概念設計在建筑結構設計中的應用

宋淳

漢嘉設計集團股份有限公司 浙江 杭州 310005

引言

建筑行業是國民經濟中的支柱性產業，在工程建設活動中，建筑結構設計相關建筑物的安全以及建設的經濟性，國家也有相關的綠色建筑要求。在開展結構設計的過程中，存在多種不確定因素，如果在隱蔽項目驗收之后發現結構存在隱患或者浪費，嚴重情況下會出現安全事故，不利于和諧社會的構建。為了保障施工的正常開展，在設計圖紙深化之前就要注重概念設計與建筑結構設計的結合，預先避免一些不合理的結構布置。根據以往建筑研究案例，先期的概念設計促使建筑整體結構質量已經經濟性的提升，縮短建筑施工所需時間，提升項目品質。

1 概念設計的重要性與具體流程

1.1 概念設計的重要性

在開展建筑設計的過程中，要將概念設計作為工作開展的前提，立足于特定的空間基礎之上，使用空間思維與理論經驗的結合，完成整體設計工作，給出建筑結構設計方案。也就是說，概念設計是建筑結構設計的重要內容，主導整體思維的發展，成為工作開展的核心。概念設計的認知及理解依靠設計人員從業時間延長相應提高，但從一些角度而言，該觀點的應用過于理想化，當外在的因素不會對整個設計工作開展產生制約時，才能夠將這一規律展現出來[1]。根據現今施工開展情況，在大多數設計單位的工程建設中，缺乏對技術施工內容的優化，并且沒有注重概念設計工作開展的創新性，依舊采取的是傳統、陳舊的思維手段，導致工作開展呈現出格式化現象，在不斷地模仿各種姿態開展工程設計，并不愿意進行工程的創新，設計人員短時間內無法接受全新的建筑工藝手段，導致實際規劃設計的建設施工方案質量不達標，自身所具有的應用價值和社會意義得不到發揮。對問題原因分析，主要是設計單位的人員培訓管理不積極、不及時，項目周期比較緊湊無法及時復盤思考，以及設計人員對電算的依賴性等。

在時代發展背景下，計算機軟件層出不窮且讓從業人員產生較強依賴，設計師偏向于建模師。相應人員依賴計算結果的限制，而不具備根據相應細節進行調整結構體系的能力。同時一旦計算機系統運行出現問題，設計人員也無法及時地對設計中的問題加以處理，無法對設計方案進行判斷及調整。比如在混凝土結構設計的過程中，經常使用到彈性理念，根據彈塑性理念的應用進行適當的延伸，當其達到極限狀態后，可以完成截面的操作[2]。有些設計師并不清楚計算結構與設計結構受力不均的問題，完成的設計雖然不會顯示超筋等信息，但相應造成配筋過大或抗扭過大等問題，卻不是通過調整受力路徑等方式解決。這樣需要在后續圖紙深化中進行適當的修改，但是修補中需要花費較多精力與成本。

在開展日常的設計工作中，要注重對相關內容的強化，使用概念設計工作原理，完成對整個結構布局的調整，根據最初的設計方案完善整體建筑施工方案，促使施工人員專業化水平的提升，能夠將結構概念設計落實到工程項目中，不僅提升施工設計工作開展的整體性與安全性，同時促進設計單位工作的開展質量。設計人員彼此之間經過理念的溝通與交流，激發出作品設計的靈感，對工作方案進行創新，滿足施工開展的各項需求。

1.2 概念設計具體流程

在開展概念設計的過程中，設計人員在電算前需要根據方案及項目訴求采取妥善的結構體系選擇，這可以幫助建筑及方案排除一些不適宜的理念，并具有針對性的完善方案。再構建起穩定的結構模型選擇適當的構件尺寸將工作開展內容覆蓋到建筑結構體系、計算簡圖等多項內容中。

設計人員在明確建筑物的功能之后，保障相關功能的可實現性進行充分全面的發揮，同時對各種可能存在的影響因素進行分析，適當地對結構構件展開微小的調整，以此保障結構體系的空間、美觀、功能符合建筑的要求，同時為建筑物的經濟性創造出更多效益[3]。

2 概念設計在建筑結構設計中的應用

2.1 場地選擇

在開展結構設計中，注重場地選擇的科學性與適宜性，能夠安全及經濟地完成方案設計。在一些施工場地的地基選型中，采用概念設計法，對整體因素加以綜合考慮，不同建筑對地基基礎的需求差異較大，不同的地基沉降會影響到建筑的穩定性。結合施工所選擇的場地情況，進行結構基礎設計的優化，避免出現失誤，對后期整個結構沉降產生影響[4]。同時還需要派遣施工人員前往施工現場考察，掌握當地的水文、地理等多種條件。明確結構選型的關鍵參數，得到相應的抗震等級，場地類別粗糙度等制約因素，深入對施工區域的抗震因素分析，確定周邊區域的抗震指標數據，提升建筑施工結構的安全度。

2.2 結構方案選擇

在建筑設計過程中，所選擇的不同結構體系對安全及經濟性產生的影響是比較大的，通常情況下，將概念設計法應用在設計中，工作要按照方案要求展開，經過篩選之后選擇出最佳結構體系。建筑結構設計最終成果對建筑施工質量產生較大影響，一旦明確外部施工因素后，也要掌握內部的影響因素，保障所有設計人員設計工作開展的規范性，并且融入工程施工開展的標準中，提升建筑結構設計工作開展的合理性，為建筑施工開展質量奠定堅實基礎。施工中對結構應用方案的選擇，要從多個不同因素加以分析，保障選擇所具有的適宜性特點，為后續施工開展奠定堅實基礎。

2.3 抗震設計

通常情況下，在組織開展建筑結構設計的工程中，需要注重對抗震因素的設計，通過優化抗震設計內容，保障建筑施工的穩定性，強化建筑整體的災害預防能力，最大限度降低地震等自然災害造成的影響。施工人員在開展設計工作時，要根據施工區域的地質條件，明確混凝土的施工等級強度，混凝土作為建筑施工的重要材料，要保障材料整體質量與性能滿足施工需求，提升建筑施工質量的結構剛性與耐久性[5]。在建筑工程開展之前，事先完成對施工區域地震等級的評測，為設計人員提供相關數據資料。在檢測地震強度時，如果施工區域的地震力比較高的話，就需要增加建筑鋼筋數量，設計人員要明確鋼筋使用數量與建筑抗震能力之間的關系，根據施工區域的測量放樣獲取的結果，進行適當的優化調整配置。設計人員在使用概念設計法時，借助BIM技術的應用，完成對地震發生過程的仿真模擬設計，客觀的展開對建筑施工區域抗震設計，保障工作開展的科學性，有效彌補設計中存在的不足，優化建筑抗震性能，提升工作開展質量。

2.4 平面設計

想要提升建筑結構設計的抗震能力，就需要設計人員在開展平面設計時，要注重對結構部署情況的考量，合理實現對建筑結構的扭矩度加以調控，避免在建筑應用過程中出現連接問題。對于建筑局部區域需要完成抗震縫的設計，根據相關方法的應用，逐漸的細化現存結構單元，將其分為多個不同抗震單元。結合現今建筑結構的平面設計特征可知，當建筑施工高度在不斷提升時，建筑自身所承擔的風險壓力也在不斷增加。經過專業化的檢測之后，此時圓形的建筑平面風荷載矩形面變小，在不同位置上整個平面剛度是比較接近的，還需要在建筑的周邊布設抗側立柱，以此不斷提升建筑整體的抗側剛度[6]。通過對建筑結果設計的優化，實施科學的設計工作開展方案，按照結構特征、環境特征等，實現對概念設計原理的科學化應用，優化建筑的坡面設計，避免建筑施工中出現更多漏洞。

2.5 縱向設計

在組織開展抗側力結構設計時，建筑的結構性剛度需要嚴格遵守從上至下的分布施工法，減少出現突發事件的概率，同時保障在施工中降低結構設計的水平荷載力抵抗。而在進行縱向建筑結構設計時，適當地加強或者是減弱對建筑結構構件的處理，如果遇到的建筑結構規模比較大，就需要采取高剛度束筒操作，以此提升建筑的節能減震效果。通過對建筑結構自身特征的分析，結合整個建筑結構設計操作實踐，將創新理念融入設計中，借助斜拉索工作開展模式，保障建筑整體空間環境的安全性。建筑施工設計工作的開展，要合理的強化對概念設計法的應用，保障建筑結構設計施工方案更加完善，提升結構設計工作開展效率的同時，促使施工設計方案更加合理。

2.6 基礎結構設計

將概念設計應用在建筑結構設計中，對整體施工的穩定性產生一定的影響，但是需要保障施工方案設計的準確度。設計人員在進行概念設計時，需要掌握施工區域的地形地貌，強化對大數據技術的應用，完成對區域內部各項數據資料的采集與分析，提升結構設計方案的優化，促使建筑施工水平得以提升[7]。在地基施工中，主要采取的是箱形基礎、樁基礎屬于常見地基形式，將其所具有的應用價值充分發揮出來，在基礎選擇工作中，需要注重對基礎承載力、變形沉降量等數據資料的分析。如果建筑施工的樓層比較高，就需要使用樁基礎完成操作，最大限度實現對變形量的控制，將其所具有的調控作用發揮出來。

3 概念設計在建筑結構設計中的具體案例

項目位于杭州市臨平區某住宅小區，17層剪力墻體系住宅樓，層高2900，剪力墻抗震等級為3級。項目分析在建筑平面中間兩戶之間的分戶墻在計算時是否設置剪力墻，此做法符合概念設計中的“墻柱弱梁”概念，即讓豎向構件吸收更多的地震力，減少梁的相應配筋。同時也符合“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設防標準[8]。

在此概念下，得出的相應兩個不同的結構電算模型，其主要區別即為增加此剪力墻，其余微調構件尺寸以保證兩個樓的位移角等指標幾乎一致。經過相應配筋計算后，得出增加剪力墻的電算模型相應減少整樓用鋼量的0.3kg/m2。造成此結果的主要原因為：增加的剪力墻吸收了大部分的地震力，且減小了梁的跨度，相應增加的構造鋼筋遠小于梁增加的彎矩計算配筋。

在后續的設計中也相應結合了場地，以及基礎的造價，以及項目的進度進行考慮，先行區樓棟的基礎按照筏板考慮，所以沒有增加新樁，則按照增加剪力墻的方案更為經濟，其余區塊考慮做防水板+樁基基礎，此處須增加1～2根樁，且首層按照建筑考慮有南入門廳，也相應影響建筑空間的使用，則取消該剪力墻設置。

4 結束語

總的來講，當前建筑行業發展速度較快，現今要求設計人員在進行設計的過程中，需要采取到概念設計，與現代化建筑管理信息服務系統相結合，將概念設計所具有的效果發揮出來，保障設計工作的合理性與可行性得以提升，為后續項目施工工作的開展提供安全和經濟的保障。本文闡述了概念設計的重要性，而后深入展開對概念設計在建筑結構設計中應用途徑的分析。