建筑結構設計中概念設計與結構措施的應用探討

左 皓

天津華匯工程建筑設計有限公司 天津 300392

建筑結構設計直接關系到建筑工程整體結構的穩定性和安全性，對于保證建筑工程的質量安全具有重要的意義。隨著建筑行業的發展，新時期的建筑結構設計更加追求多元化、個性化以及獨特性，對建筑結構設計水平提出了較高的要求。在此背景下，設計人員應加強對概念設計以及結構措施等先進建筑結構設計理論方法的研究，準確把握概念設計以及結構措施要點，結合建筑工程結構設計的實際情況，合理運用概念設計與結構措施，不斷優化建筑結構設計方案，科學計算分析建筑構件受力情況，以形成穩定可靠的建筑結構體系，全面提高建筑結構設計的質量，促進我國建筑行業以及建筑結構設計的現代化發展。

1 概述建筑結構設計中概念設計與結構措施

1.1 建筑結構設計中概念設計分析

1.1.1 基本涵義

所謂概念設計主要是指通過對用戶需求的分析二產生概念性設計產品的有目標的科學有序的設計活動，概念設計是以設計概念為主線的從粗到精，從模糊逐漸到清晰，對抽象性的設計概念逐步落實到具體設計方案的完整設計過程，是一種先進的設計理念[1]。隨著概念設計理念的推廣，其在建筑結構設計工作中的應用日益廣泛。建筑結構設計中的概念設計是設計人員以概念設計理念為基礎，通過對建筑工程結構設計經驗的總結對結構設計方案進行對比分析以及科學評估，在宏觀層面控制建筑結構設計形式，優化建筑結構布局，合理確定建筑結構設計參數，以提高建筑結構的抗震能力、承載能力、結構剛度和強度，從而確保建筑結構的質量安全。在建筑結構設計中運用概念設計理念能夠全面提高結構設計的水平和質量，并對建筑工程造價、結構安全以及設計方案的落實等因素進行綜合性的分析，有利于提高建筑結構設計方案的可行性和合理性，減少建筑結構設計中的問題，為建筑工程的施工建設奠定良好的基礎。

1.1.2 建筑結構設計中應用概念設計的方法

設計人員在建筑結構的設計工作中應用概念設計理念時應準確把握概念設計的逐步優化特點，并在設計實踐中按照分析——綜合——評價——完成這個基本步驟有序開展設計工作。同時，在每隔設計步驟中均應達到預設的設計目標，之后才能進行下一步驟的設計活動，以確保建筑結構的質量安全。

在建筑結構概念設計的分析階段，設計人員應結合設計實踐經驗對建筑結構設計中的常見問題進行全面的收集，并采取相應的結構措施注意解決問題。在概念設計分析階段由于相關數據信息尚不清晰，因此應首先確保信息收集的全面性和完整性。而在進入建筑結構概念設計的綜合階段后，設計人員應根據建筑結構設計歸于要求，結合自身設計經驗和相關知識初步完善建筑結構的圖紙設計，將抽象的概念設計理念落實到具體的設計方案中，這也是建筑結構概念設計中的關鍵性環節之一。在完成了建筑工程結構的初步設計后，設計人員應構件建筑結構模型，并對不同設計方案進行比選分析，以確保各項設計參數均符合設計規范要求，提高建筑結構設計方案的可行性。在此階段還應充分考慮不同設計方案的經濟性，通過綜合性的分析實現對設計方案的優化。在建筑結構概念設計的最后完成階段，設計人員應根據已確定的結構設計方案內容進行細化以及計算復核，為后續工作的開展創造有利條件。

1.2 建筑結構設計中的結構措施

結構措施對于建筑結構設計有重要的影響。在現代建筑結構設計中，設計人員應以建筑結構的概念設計為基礎，采取科學的結構措施，確保二者能夠實現有機融合，從而全面提高建筑結構設計的質量和水平。建筑結構設計中的結構措施通常包括建筑基礎的加固處理、建筑結構的抗震設計以及建筑結構材料的選擇控制等。設計人員應充分了解建筑工程擬建區域的基礎條件、地質水文數據。歷史地震資料等，并根據建筑工程的抗震等級要求、建筑類型等科學確定建筑高度、層高以及結構形式，準確計算分析建筑結構受力情況和結構荷載，優化建筑結構布局，合理控制建筑結構配筋率等，以確保建筑結構設計符合相關技術規范要求。

1.3 建筑結構設計中概念設計與結構措施應用的重要意義分析

近年來我國建筑行業取得了較快的發展，新時期的建筑工程規模不斷擴大，結構形式日益復雜，對建筑結構設計工作也提出了更高的要求，建筑結構設計逐步成為了涉及多個環節和多領域學科知識的系統性工程，傳統的建筑結構設計理念和設計方法已經難以滿足現代建筑結構設計工作的實際需要。因此，設計人員必須加強對概念設計等先進設計理念的學習和研究，通過運用概念設計方法準確把握建筑結構的設計方向，對建筑工程的具體結構設計進行宏觀層面控制[2]。同時，在建筑結構設計實踐中，結構措施與概念設計的相互結合是實現建筑結構設計目標的重要途徑。設計人員只有準確把握概念設計與結構措施的平衡點，才能更好的優化設計方案，創作出符合用戶實際需求且結構設計質量符合設計規范要求的建筑結構設計作品，從而為我國建筑行業的現代化發展提供重要支持。

2 概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用分析

2.1 應用概念設計與結構措施合理選擇建筑工程基址

建筑基址的合理選擇是保證建筑結構安全穩定的重要基礎，也是建筑結構設計工作中的重要環節之一。設計人員在選擇建筑基址時應根據建筑結構概念設計以及建筑結構設計規范要求，加強對建筑場地地質水文條件的了解，盡量避免選擇地震活動較為頻繁的區域以及軟土分布等不良基礎區域作為建筑工程基址。如果受客觀條件限制，必須將建筑工程設置在不良基礎場地時，設計人員則應采取科學的結構措施對建筑場地進行加固處理，以確保建筑基址的承載能力、基礎沉降等各項關鍵性指標參數均符合相關技術規范要求[3]。同時，設計人員應注意不得將甲乙丙類建筑場地設置于存在較高地震風險的區域。

2.2 應用概念設計與結構措施優化建筑結構選型和布局

在建筑結構設計工作中，設計人員應合理運用概念設計與結構措施，優化建筑工程結構選型以及結構布局，以保證建筑工程結構質量，并為實現建筑工程的設計功能奠定良好的基礎。設計人員在確定建筑工程的結構形式時，應充分考慮建筑結構在對稱性以及連續性等方面的要求，盡量避免為片面追求獨特建筑風格而采用不規則結構形式，以保證建筑結構的安全性和穩定性。例如建筑工程對抗震性能有較高要求時，設計人員在結構形式選擇中應盡量避免采用框架結構[4]。在建筑結構布局設計中，設計人員應結合建筑結構的概念設計對建筑工程的功能定位、使用用途以及結構體系等因素進行綜合性的分析，在確保建筑結構穩定安全的基礎上對結構布局進行優化設計，以確保建筑結構布局科學合理。此外，在建筑工程的平面結構布局設計中，設計人員應注意總結實踐經驗，提高平面布局的規則性，并應盡量避免采用L型的建筑平面結構布局方式，以控制建筑結構的扭轉變形，提高建筑結構的穩定性。

2.3 應用概念設計與結構措施分析建筑結構受力

在建筑結構設計工作中，科學分析各建筑構件的受力情況是保證建筑工程整體結構受力平衡的重要環節，特別是在結構較為復雜的現代建筑中，設計人員應積極運用概念設計理念以及先進的專業分析軟件對建筑結構各重要節點的受力進行全面的計算分析，且應對各結構構件的受力變形等進行綜合考量，以便采取有效的結構措施對建筑結構設計方案加以優化。特別是在不規則建筑結構的設計中，設計人員應以建筑結構概念設計為基礎，準確計算分析各建筑構件之間的受力情況以及受力傳導關系，并運用相關結構措施簡化建筑結構。

例如在采用剪力墻結構的建筑工程設計中，設計人員既要充分考慮剪力墻結構在建筑平面內的抗側力，同時還要對建筑平面外水平方面上的橫向阻力等因素進行綜合分析，以確保結構件的受力平衡。在設計實踐中可以采取建筑墻體垂直相交的結構措施，以提高建筑結構對不同方向側向力的受力能力，從而減少建筑結構的扭轉效應，達到增強建筑結構抗震性能的目的。同時，建筑結構設計人員還應以建筑工程結構的概念設計為基礎，采取科學的結構措施合理控制剪力墻的厚度以及長度等，從而實現調整控制建筑結構質心、改善建筑結構抗扭轉性能的設計目標。

2.4 應用概念設計與結構措施優化建筑結構體系

建筑結構的設計是一項系統性工作，設計人員既要考慮單一結構件的受力情況，同時也要考慮建筑工程整個結構體系之間的受力關系，以保證建筑整體結構的穩定性和安全性。因此，設計人員應積極運用概念設計以及結構措施等設計方法，對不同結構件之間的相距作用以及建筑整體結構之間的應力作用等進行綜合性的分析，應用專業三維建模軟件構建建筑結構模型，從而對建筑結構設計方案進行優化設計，提高建筑結構體系設計的水平和質量。目前在建筑工程的結構設計中，鋼筋混凝土結構是最為常見的結構體系，設計人員應準確掌握鋼筋以及混凝土的物力力學特征，通過二者的有機結合充分發揮其技術優勢，提高建筑工程的結構強度、剛度以及承載能力，從而確保建筑工程結構的質量安全。

2.5 應用概念設計與結構措施科學選擇建筑材料

在建筑結構的設計中，建筑材料的選擇是設計工作的一個重要環節，建筑結構材料的質量性能將對建筑結構整體設計效果產生較大的影響。設計人員應積極運用概念設計以及結構措施，按照建筑結構設計規范要求合理控制建筑結構材料的各項指標參數。例如，在建筑結構設計方案中對較為常用的鋼筋材料進行選擇時，設計人員應充分了解當前建材市場上各類鋼筋材料的規格、型號以及質量性能，并結合建筑工程結構設計的實際需要進行科學選擇，且應充分考慮建筑材料選擇的經濟性，提高建筑結構材料選擇的性價比，從而在保證建筑工程整體結構穩定性和安全性的基礎上，優化結構設計方案，合理控制建筑工程造價，從而為建筑結構概念設計目標的實現奠定良好的基礎。

2.6 應用概念設計與結構措施合理確定關鍵性建筑結構設計參數

在建筑結構設計工作中，設計人員應嚴格遵守建筑結構設計技術規范，通過概念設計以及結構措施的合理運用，確保建筑結構設計中的各項關鍵性設計參數均符合技術標準要求，從而提高建筑工程整體結構的安全性和穩定性。建筑結構設計中的關鍵性指標參數主要包括建筑結構的承載性能、結構剛度、結構振動周期、結構剛重比以及剪重比等，設計人員應以建筑結構的概念設計為基礎，積極應用PKPM等專業有限元分析軟件對設計方案進行綜合性的分析，并采取相應的結構措施，對相關設計參數加以優化。

2.6.1 優化層間位移角參數

建筑結構設計人員可以應用概念設計以及結構措施在地震等不良工況條件下對建筑樓層之間的位移角參數進行對比分析，以確保建筑結構的質量安全。所謂層間位移角指的是建筑樓層層高與層間位移最大值之間的比例關系，這時衡量建筑結構整體剛度以及對建筑結構設計中的不規則性加以合理控制的重要指標參數之一。設計人員應基于概念設計，采取科學的結構措施對層間位移角進行合理的控制，以優化建筑結構彈性，防止建筑構件由于形變過大而出現結構開裂封現象，從而減小建筑工程在地震發生時墻體結構以及其他非結構件受到明顯的破壞。

2.6.2 優化橫向剛度參數

建筑結構設計人員還應運用概念設計以及結構措施合理確定建筑結構設計中的橫向剛度參數。剪力墻是很多現代建筑工程中的主要抗側結構構件，根據統計分析結果發現，剪力墻承擔了建筑結構80%的風荷載作用以及水平地震作用，因此剪力墻抗側剛度參數設計的科學性直接關系到建筑工程整體結構的安全性和穩定性。設計人員應基于建筑工程的概念設計以及建筑工程結構設計規范要求優化設計參數。以高差建筑工程的混凝土結構設計為例，其樓層側向剛度應控制在其上一層剛度的70%以上，且不應地域上三層剛度平均值的80%。

2.6.3 優化結構振動周期參數

在建筑結構設計工作中，結構周期比指的是結構扭轉周期和結構平動周期之間的比例關系，其所體現的是建筑結構轉動管理以及扭轉剛度的分布情況，因此周期比是控制建筑結構扭轉的關鍵性設計參數。為避免建筑結構存在明顯的扭轉效益，設計人員應運用概念設計以及結構措施對周期比進行科學的計算分析，以確保平動變形大于扭轉形變，從而有效提高建筑結構的安全性和穩定性。

2.6.4 優化建筑結構剪重比以及剛重比等設計參數

通常在建筑結構設計中，由于豎向重力荷載對建筑結構穩定性的影響相對較小，因此設計人員應重點分析水平地震以及風荷載作用對建筑結構的二階效應，并在建筑結構概念設計的基礎上，按照建筑結構設計技術規范的相關要求，通過運用結構措施合理控制建筑結構設計中的剪重比以及剛重比等設計參數，優化建筑結構設計方案，保證建筑結構的質量安全。

3 總結

為促進我國建筑行業的現代化發展，在現代建筑結構設計工作中，設計人員應在嚴格遵守建筑結構設計規范的基礎上，積極應用概念設計以及結構措施，結合建筑工程的實際情況對建筑結構設計方案進行總體概念設計，并基于概念設計綜合分析建筑工程結構體系，比選建筑結構設計方案，優化各項設計參數，以保證建筑工程整體結構的安全性以及穩定性，不斷提高建筑結構設計水平和質量，為后續建筑工程項目的順利實施奠定良好的基礎。