芻議概念設計在建筑結構設計中的應用

劉麗

（太原城市職業技術學院，太原 030027）

1 前言

概念設計在建筑結構設計中扮演著重要的角色，其具有的創新性與優化性特征打破了傳統的設計模式，為建筑設計師開展建筑結構設計工作提供了新思路，極大確保了建筑結構設計質量，同時能有效減少不必要的材料與人工浪費，對建筑行業結構設計的合理性、科學性、規范性發展具有價值。但就目前建筑企業概念設計實際應用情況來看，受到人員專業素養、綜合能力、重視程度等因素的影響，實際應用出現諸多問題，深入研究概念設計在建筑結構設計中的應用步驟與應用措施成為許多建筑企業未來重要的工作方向。

2 概念設計概述

概念設計具體指向確定需求之后創建產品或者提供服務的過程。建筑結構設計中應用概念設計遵循整體性、原則性和概念性原則，對建筑結構設計中存在的一些基本的、重要的、關鍵的問題進行明確與決策，具體涉及結構方案的設計與選定、設置負荷轉移與傳遞路徑、加強薄弱環節審核與判定、提升整體結構穩定性、穩定發揮耗能作用等諸多環節。

概念設計屬于一種融入經驗總結的非規范性設計，在實際應用的過程中，不需要采用計算機或者計算工具開展嚴密的數據運算，而是綜合應用地震參數、試驗結果與結構體系中的整體或者個體間力學聯系、結構破壞機理及工程經驗等實際研究成果，這種具有概念性的設計有助于對建筑結構設計進行整體調控和規劃布置，并且有助于對建筑結構設計方案進行整體構思、比較和選擇，最終做出最優選擇。實施最優方案，不僅快速便捷有效，還具有極高的經濟效益，同時也能為具體的建筑施工提供一定的設計支撐。建筑結構設計中采用概念設計對設計師的水平要求比較高，只有具有豐富經驗、應用熟練的設計師才能有效且快速地將概念設計應用到實際的建筑結構設計實際環節中，提升建筑結構的可靠性[1]。

3 概念設計在建筑結構設計中應用的必要性

概念設計一經提出便受到了建筑行業的廣泛關注，其具有的顯著優勢在實際應用中被不斷證實。第一，概念設計提高了建筑結構設計的安全性。概念設計強調從宏觀角度把握建筑結構的整體性能與可靠性，遵循整體性原則合理確定建筑結構形式與實際布局，盡可能減少細節構造處理中潛藏著的安全隱患，以此增強建筑結構的安全性。第二，概念設計有助于建筑結構設計優化。概念結構注重綜合考慮建筑、水暖電、結構等各個環節之間的協調性，從整體角度出發，把握建筑物的總體性能，綜合考量各個環節與要素的要求和限制，從而不斷優化建筑結構設計方案，提升建筑使用舒適度的同時，提高建筑空間利用率。第三，提升設計效率。概念設計在實際的建筑結構設計應用過程中，具體采用草圖、模型等方式快速生成設計方案，并開展初步的可行性評估對其進行優化，一定程度上避免了后期的時間與成本浪費，與此同時，概念設計可為后續詳細設計與施工提供針對性地指導，能極大提升整個建筑結構設計過程的工作效率與工作質量。第四，貫徹設計師意圖。概念設計是連接建筑師與結構設計師溝通交流的橋梁，能幫助結構設計師更好地理解建筑師的設計意圖，并將具體的想法貫徹到實際的建筑結構設計方案中，使建筑設計更加滿足預期要求，達到預期風格[2]。

4 概念設計在建筑結構設計中的應用步驟

4.1 明確設計要求，初定結構方案

目標分析是建筑結構設計中應用概念設計的第一步，可為后續的設計工作提供基礎性支持。第一，明確設計要求。建筑結構設計中，對建筑物的功能、規模、用途、預算、安全性要求、經濟性要求等諸多方面進行深入了解是概念設計應用的基礎和前提條件，通過對建筑物的深入了解與分析，能幫助設計師明確設計的方向和重點，為后續的設計工作開展奠定基礎。第二，初定結構方案。在掌握建筑結構基本設計要求與標準之后，可依據實際情況，充分考慮到建筑物的空間布局、結構體系、材料選擇、施工條件等方面的因素，初步確定結構方案[3]。以某個商業綜合體為例，具體的設計任務和要求有：建筑規模5 萬平方米，建筑高度為3 層，每層建筑面積為1萬平方米，主要功能為商場、餐廳和娛樂設施，建筑物安全性與穩定性需滿足消防和抗震要求，建筑物空間布局需盡可能提升商鋪的實用性和租金收益，采用節能環保的材料和設備，降低建筑物的能耗和維護成本。設計師在充分開展目標分析之后，依據實際情況，初步明確了采用具有較高承載力和剛度的剪力墻結構作為主要的結構方案，為后續的工作開展奠定了基礎。

4.2 開展概念分析，把握建筑要求

在實際的概念分析時，設計師需充分考慮以下因素：第一，不同的建筑使用功能不同，對建筑結構的選擇也有所差異；第二，建筑物的規模和高度對結構形式和材料選擇有很大的影響；第三，設計師需依據不同的地質條件選擇合適的結構形式和基礎類型[4]。如商業建筑和住宅建筑在結構形式和材料的選擇上存在著很大差異性，商業建筑通常包括商場、酒店、辦公樓等，需具有足夠的空間滿足商業活動的需要，還需采用具有現代感與美觀感的結構形式和材料突出外部形象的美感，同時需滿足易于改造和升級的要求，因此鋼筋混凝土框架結構和鋼結構的組合是商業建筑的首選，而住宅建筑更加關注建筑使用的安全性與舒適性，磚混結構、框架結構、剪力墻結構更受歡迎。

4.3 制定設計方案，明確設計方向

制定設計方案需以概念分析結果、建筑物實際情況和各種因素為基礎和依據。首先，設計師需選擇合適的結構體系。將建筑需求與墻承重結構、排架結構、框架結構、剪力墻結構、筒體結構、大跨度空間結構、混凝土框架結構、木框架結構、鋼框架結構等基本特征與優勢相匹配，選擇適合建筑需求的結構體系，以此提升建筑的安全性。其次，選擇合適的材料。依據概念分析結果與承重結構要求選擇鋼材、混凝土、木材等不同的材料。最后，選擇合適的施工工藝與方法，并預算和控制成本，在確保建筑結構設計安全性和穩定性的前提下，對施工工藝與方法及成本進行優化[5]。某市492 米高的超高層建筑，作為世界上最高的鋼筋混凝土建筑之一，在實際的建筑結構設計中采用了概念設計制定了詳細的設計方案。在實際設計中，設計師多因素考慮下，決定采用鋼筋混凝土框架結構和組合樓板設計等方案，以增強建筑的穩定性和安全性，采用高強度混凝土、鋼材等材料，確保結構的強度和剛度；為更好地提升施工效率、降低成本，明確采用預制裝配式施工方法、逆作法等，并實時優化施工工藝與結構設計方案，降低實際施工中影響結構穩定性因素出現的風險。

4.4 完善具體設計，完成圖紙制作

完善具體設計與圖紙制作屬于應用概念設計開展建筑結構設計中的核心環節。在實際實施過程中，建筑師需對建筑結構進行全面的分析和計算，不僅需要對結構梁、板、柱、墻等部件的尺寸、形狀、材料、連接方式等進行精準的計算和設計，對建筑結構承受的重力、風力、地震力等荷載進行分析，還需關注建筑結構的彎矩、剪力、軸力等內力，同時需根據內力分析與荷載計算結果，明確建筑結構的配筋種類、直徑、數量、布置方式等，以此確保建筑結構的安全性與穩定性。將詳細的計算與分析結果在各種施工圖紙、節點大樣圖、結構剖面圖等施工圖紙上顯示出來，使概念設計應用到建筑結構設計環節中的最后步驟，需明確表達概念分析與結構設計的具體結果，同時需以詳細的建筑結構設計規范和標準進行印證，以確保建筑結構的安全性與穩定性。詳見圖1。

圖1 應用概念設計完善具體建筑結構設計流程圖

4.5 進行設計審查，優化施工圖示

應用概念設計開展建筑結構設計后，需要對設計方案進行設計審查，其目的是評估設計是否符合相關的規范和標準、是否存在安全隱患等。在設計審查的過程中，需著重從以下幾個方面進行：第一，評估建筑結構、建筑抗震設計等是否滿足國家及地方的相關標準與規范，如果不符合相關規范，需進行針對性調整和修改；第二，審查結構體系是否具備足夠的承載力和穩定性，構件設計是否切實符合施工難度和使用要求；第三，檢驗結構計算分析的準確性，采用合適的計算模型與方法，對各種負荷工況與組合方式進行重新審核；第四，審核構件措施的可靠性，注重細節問題確保建筑結構的安全性與穩定性。此外，還需對施工圖進行完善，針對出現的審查問題進行針對性修改，并關注細節處理，以提升其指導實際施工的準確性，滿足建筑結構質量要求。

5 概念設計在建筑結構設計中的應用措施

5.1 增強結構體系概念，考慮結構耐久性

建筑結構體系是結構設計的核心，增強結構體系概念是發展概念設計的關鍵。在應用概念設計開展建筑結構設計的過程中，設計師需深入理解不同結構體系的性能和適用條件，結合具體的建筑工程實際需求進行合理選擇和應用，與此同時，加強結構體系概念設計，從整體性能和安全性角度出發對建筑結構設計質量進行嚴格把控，以此確保建筑物充分發揮其功能，如選擇結構體系時，采用對抗震有利的建筑平面、立面布置，在不影響建筑使用需求的位置設置防震縫，且寬度取值應比規范規定值大50㎜，以免在地震中的發生碰撞。

5.2 強化概念設計意識，建立概念設計規范

強化概念設計意識是建筑結構設計的內在要求。實際應用中，設計師需樹立概念設計應用意識，充分認識到其對建筑結構設計的重要價值，與相關專業人員加強溝通和協同的同時，采用整體思維和創造性思維，將概念設計貫徹到整個設計中。概念結構設計規范是發展概念設計的重要保障，也是設計師應用的基本準則，通過制定相應的規范和標準，明確概念設計原則與方法，將引導設計師在實踐中更合理地運用概念設計開展建筑結構設計。

5.3 提升設計師綜合素養，奠定人才基礎

在建筑結構設計中應用概念設計，涉及多個方面和環節，設計師作為其中關鍵的參與者，其綜合素養將直接影響到概念設計實際應用質量和效率，因此，設計師的培訓與能力提升是建筑企業不容忽視的一個環節。一方面，建筑企業需提升設計師對概念設計知識體系的完善，搜集整理相關內容和案例加快設計師的經驗積累，提升其專業能力，另一方面培養設計師的創新意識、全局觀念，采用研討會、交流會、講座等方式，循序漸進培養設計師的創新意識和能力，促使其能用自身知識體系，開展概念設計應用工作，同時提升其全局意識，兼顧建筑結構的安全性、經濟性、美觀性等，從整體角度出發進行設計。

6 結論

目前，概念設計已經成為建筑結構設計中不可或缺的一個環節，對建筑結構設計質量提升和建筑工程的順利進行起到了重要作用。在實際應用概念設計開展建筑結構設計過程中，設計師需樹立全局意識、整體觀念，明確設計要求，開展概念分析，制定設計方案，完善具體設計，并進行設計審查，以此提升建筑結構的安全性和可靠性，確保建筑使用的質量。