建筑結構設計中概念設計與結構措施的應用

楊玲

凌云科技集團 湖北 武漢 430040

引言

近年來，我國建筑行業得到了迅速發展，建筑工程項目的施工規模以及結構復雜性也得到了提高，對建筑結構設計工作提出了更高的要求。如果建筑結構設計不合理，會直接影響到筑工程的施工效果跟施工效益，甚至導致一系列安全事故。因此，相關建筑設計人員還需要加強概念設計在建筑結構設計工作中的應用力度，促進建筑結構設計的科學性和可行性進一步提高，為建筑工程的后續建設奠定良好基礎。

1 概念設計在建筑結構設計中應用的重要意義

1.1 概念設計在建筑結構設計中的重要性

近些年來，建筑行業發展迅猛，在科技、經濟、理念、技術等多個方面的支持下，建筑行業逐步實現了領域內的創新，快速普及網絡技術與信息技術等高新科技，提高了施工效率，提升了建筑質量，有利于為客戶提供更高端、更優質的建筑產品。對于概念設計而言，其本身的定性化特征雖然限制了自身的發展，但從另一個角度來看，也不失為一種天然優勢。概念設計的重要意義主要體現在兩個方面：首先是由于在當前的設計理論中存在很多不足之處，例如混凝土的相關設計等。概念設計自出現以來，有效解決了諸如內力計算與截面設計等矛盾，最終導致計算出的真實力值存在差異。其次是在設計初期，初始的設計無法通過電子設備獲取，只得依靠籠統的概念進行模糊的探討，而概念設計恰巧符合這一設計標準。概念設計在具體的建筑結構設計過程中，有三個應用意義：①利用概念設計可有效避免電腦設計的缺陷；②大幅提升設計水平，設計師們通過提前落實概念設計，逐步明確建筑功能、用處等，從而確保設計質量；③確保設計方案的有效性，建筑設計過程中，利用概念設計可形成良好的施工構思，并以此做出合理的施工決策[1]。

2 建筑結構設計中概念設計與結構措施的應用

2.1 在施工場地規劃中的應用

在建筑結構設計中，首先需要就項目的施工場地進行合理規劃，為后續的工程建設施工奠定良好基礎。施工場地的規劃效果直接影響建筑后期的建設效果，通過概念設計的應用，能夠對以往場地規劃中存在的弊端進行及時解決。概念設計的全局性特征，能夠幫助設計人員對地形、地質以及建筑物結構等進行綜合分析與協調，基于多種方案的評估進行最適合施工要求場地的選擇，減少地形地質條件要素對建筑結構設計效果所造成的影響。例如在進行高層建筑的結構設計過程中，通過概念設計技術的應用，能夠幫助設計人員就建筑物的地方光照、樓層高度、人口密度以及停車位布局等參數進行綜合考慮，實現建筑設計和施工用地兩者之間的協調性，促進施工場地規劃的合理性進一步提高。

2.2 選擇科學的結構材料

除了施工場地外，建筑結構施工材料也是影響工程質量的重要因素，建筑工程結構所涉及的材料類型較為豐富，其中最常見的是鋼筋與混凝土，這兩種建材是建筑質量的審查核心。由于概念設計的本質，因此在建筑結構設計的過程中，應結合該項工程的特定要求進行選購建材，而非一味地按照普通建筑標準進行購置，以加強建筑結構設計的合理性。例如，一般的建筑工程均挑選強度達到C20的箍筋與混凝土，同時縱向筋應達到10mm的直徑標準，且強度標準必須達到C25水平。另一方面，建筑材料的選擇與購置必須充分考慮建材本身與建筑整體的契合度。具體而言，鋼筋結構的連接區域必須按照一、二級抗震標準進行焊接固定，以此確保建筑整體結構的安全質量，并充分考慮節點與弱桿件兩部分。

2.3 基于場地情況選擇建筑基礎結構

在選定的開發區域中進行調查和設計時，應根據建筑物的形狀和該區域的地形對建筑物的基礎進行科學合理的選擇。建筑基礎通常包括樁基礎和箱基礎，箱形基礎具有良好的整體剛度，可以均勻分解并將載荷轉移到基礎上，從而提供更安全、更穩定的建筑物，并防止由于不均勻力而導致基礎發生沉降，這樣可以有效提高建筑物的抗震性能。樁基礎是建筑物基礎結構的另一種形式，通常在地面較軟或荷載相對較差的多層建筑物中，這種基礎結構可以將頂部產生的負載傳遞到底部，并將其分配到土壤上，從而確保建筑物的安全性、穩定性和可靠性。

2.4 設好防震縫及后澆帶

在達到規范條件下要求盡可能避免建筑結構領域“設縫”。然而，在設計現代化的建筑物結構中，在概念設計、實踐結構設計中已經積累下來的經驗，卻進一步證實了采取“設縫”措施的必要性。所以，一般而言，會綜合考量“設縫”的具體位置，并按此位置需匹配一整套的防水及保溫基礎措施。因為“設縫”施工復雜度高，既會擴大施工成本，又會影響建筑物的美觀性，特別是施工顯得更加困難?，F階段，基于結構縫概念，成功做出了防震縫、伸縮縫、沉降縫等，且獲得甚為理想的效果。所以，根據設計規范標準，先認真分析項目當中存在的結構縫需求，再從實際要求出發設置各種結構縫。在本工程中，需設下防震縫、必要的后澆帶。防震縫一般用于減震，而后澆帶則主要用于取代伸縮縫。根據實際需求可知，本項目的建筑主要采用“十”字形連拼體型。按照勘察報告及規定要求作出的初步估算顯示，全樓的總高80m已經在規定范圍以外，是超限類型高層建筑。因此，按設計單位要求設計防震縫、后澆帶的措施，得到業主代表及投資方的一致肯定，并將有關聲明、緣由記錄在正式文件內。根據設置功能可知，防震縫、后澆帶之類的必要結構縫，能夠起到改善結構扭轉、減小溫度應力、降低薄弱部位出現風險的效果。

2.5 建筑結構體系的協同工作

建筑結構構件設計、構件耐久性等方面都是建筑結構設計中需要重點關注的內容。我國近些年建筑行業持續發展，促使涌現出了越來越多的高層建筑、超高層建筑，有的工程中會發生短柱現象，這不利于保證建筑結構的抗震性，所以需要采取加固措施。在設計過程中，通常需要采用加強構造柱的方式發揮建筑結構中所有構件的水平應力。此外，成本是現代企業非常關注的一項工作內容，通過優化建筑工程結構設計有助于將成本降低，從而達到提升建筑企業經濟效益和社會效益的作用。為此，可以采用協同設計的方法，充分發揮建筑結構中每個構建的作用，將建筑材料的利用率提高，真正地落實結構措施和概念設計的方式，在保證建筑物質量水平的同時加強節約，為企業創造更多的經濟效益[2]。

2.6 在平面設計中的應用

我國建筑行業不斷發展，高層建筑數量也得到了大幅度增加，導致建筑結構所受的風荷載以及水平荷載進一步增加，如果沒有做好平面設計工作，容易導致建筑物出現側移問題，直接影響建筑物的使用性能跟安全性。通過概念設計進行建筑結構的平面設計工作，需要對建筑物的側移問題進行認真考慮，在進行方案設計過程中，應盡量降低建筑物承受的風荷載。進行概念設計時，需要就建筑物周圍物體受到的風荷載影響進行認真觀察，借此保障建筑物能夠具備良好的風荷載抵抗效果。此外，在概念設計過程中，要求設計人員在平面設計過程中對建筑物結構的抗震性能進行綜合考慮。在剛度選擇過程中，要求設計人員能夠通過詳細計算進行剛度的確定，避免剛度不足對建筑結構穩定性所產生的影響。應用概念設計進行建筑結構的平面設計過程中，需要對抗側力結構進行完善，最大限度地保障建筑結構自身的抗傾覆能力。通過概念設計能夠促進建筑結構的平面設計效果進一步提高，將建筑結構的風荷載能力、水平荷載抵抗力以及抗側力結構控制在合理范疇內，對建筑結構自身穩定性以及后期使用安全性的提高具有積極意義。

2.7 布設好電梯間

現階段，在設計建筑結構中，盡管有大量選取剪力墻結構、澆筑混凝土的建設方案，并充分確保了建筑物的系統性及完整度，使建筑得以凝聚成為牢固的建筑整體，但設置電梯間卻會從一定程度上削弱樓板層的作用。因此，在開洞分離建筑區時，便可按概念設計的基本應用思路，基于一定的實踐經驗，采取開洞預防作業方案來予以妥善處理。結構措施的具體應用如下。①按照純框架的標準，及時規避在電梯井中用到鋼混井筒。從框架及其結構上來看，要求創新剪力墻設計，令抗剪切用剪力墻的量滿足實際需求。也需控制剪力墻的量以滿足對應結構的實際承重、受重要求。②建筑高25層，要求在結構設計中規避高度引起的非穩定性。盡量降低錯層概率，而針對局部越層柱，則要求注意避免使用梁板，立足實際需求嚴控高度。③歷經諸多次大地震災害后，國內也更加重視結構設計中有關防震的因素。其中尤其關注建筑結構和防震縫間的關聯性，減小對建筑立面具體效果的影響。因此，要求從結構措施出發，通過精準計算轉換結果到施工實踐領域。

2.8 合理的結構體系

較常見的結構體系包括許多方面，例如鋼結構、磚石結構、鋼筋混凝土結構等。其中最常見的是鋼筋混凝土結構，主要包括框架結構、剪力墻結構、管結構、剪力墻結構和框架芯管結構。在一定程度上，它直接受建筑功能、建筑高度、抗震設防強度、工地條件、經濟條件、建筑條件、建筑材料和其他相關因素的影響。對科學和智能的結構系統進行有效解釋具有一定的難度，所以必須更加深入、詳細地思考才能清晰結構系統。

3 注意事項

隨著概念設計這一理念在建筑行業中的深入滲透，建筑結構設計環節的合理性與科學性均得以有效提升。雖然概念設計在建筑行業中迅速普及，但是在應用過程中仍然存在諸多問題有待解決。基于此，設計師在落實概念設計的過程中需要注意四點問題：一是參考建筑的抗震要求；二是重視建材的抗震性能；三是做好構件組合；四是嚴格遵循設計方案。建筑施工各環節中均存在協同作業的形式，同時協同工作也是結構設計中所必須考慮的因素之一。協同作業能夠全面反映各構件之間的配合關系，基于此，充分激發構件的最大性能。協同核心即為各組構件的性能指標，具體表現在荷載以及壽命等多個方面，高度重視接觸結構、上部結構等各環節之間的關系，以不影響質量為前提，盡可能縮減施工設計成本?；趨f同工作的合理性，通過結構設計可幫助企業節省大量梁結構中的材料消耗，同時不會對構件的完整性帶來任何影響，甚至降低構件本身的重量。其原理就是當具備構件軸心受力狀態時，材料的利用水平將被大幅提升，因此做好結構設計工作，相當于幫助企業實現了降本增效[3]。

4 結束語

綜上所述，近年來我國建筑行業發展迅速，要求建筑設計人員能夠積極在建筑結構設計中應用到概念設計，在結合現代化建筑管理信息服務系統的基礎上，充分發揮概念設計的應用效果，促進建筑結構的設計合理性和可行性進一步提升，從后續的建筑項目施工建設提供良好的設計方案。本文主要就概念設計的內涵以及在建筑結構設計中的應用重要性進行了闡述，隨后深入探究了概念設計在建筑結構設計中的應用途徑。