概念设计在建筑结构设计中的应用

关键词：建筑 概念设计 结构设计

前 言 

随着社会经济的飞速发展及人民生活水平的提高，建筑工程项目的规模越来越大、技术越来越复杂、设计涉及的影响因素越来越多，特别是建筑设计、施工、使用中的不确定性，对建筑设计提出了更高的要求。概念设计的思想、方法、手段、理论为解决上述问题提供了一个可行的、科学的、有效的技术平台，也为处理工程设计中的不确定性影响因素提供了先进的手段。因此，从概念设计的理念入手，分析概念设计在建筑结构设计中的有效应用具有重要的研究价值。

一、 概念设计在建筑结构设计中的涵义

1、概念设计的概念

概念设计是指在建筑结构方案设计初期，工程设计师依据已知设计理论结合工程经验，从宏观的角度对建筑设计方案进行概念性的分析估算和比较选择，通过对建筑结构的总体布局和布置必要的抗震措施，以实现合理设计的目标。所得方案往往概念清晰，定性正确，易于手算，避免后期设计阶段中不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能，同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的重要依据。

2、概念设计的步骤

概念设计阶段是由不断趋于满意的循环过程构成的，其过程可分为以下三个阶段：

 

(1)分析:对问题过程进行深入理解。其主要特点是信息模糊性，在分析的过程中，数据都是不完整的，以及一些可供设计人使用的都是一些较为准确的陈述。  

 (2)综合:即产生解决方案的过程。在这个阶段，运用各种知识结合工程经验将想法方案通过图纸的方式综合表达出来，其特点主要是由工程师的灵感和思维起主导作用，从而将建筑结构和设计意图的图形表达方式产生出来。

(3)评估:即判断和比较选择方案的阶段。这是一个选择循环的过程，该循环过程会一直持续直到方案达到双方满意为止。设计人员在进行评估时，会用功能模型方式并运用数据计算等手段将各方案进行比对选择，以期获取合理的经济可行性和技术可行性。

二、概念设计在建筑结构设计中的应用

建筑结构设计方案的经济合理是概念设计的最终目标。因此一个适用的、经济的、合理的结构方案是概念设计的首要选择，这其中所必须考虑的因素包括：

1、 合理选择利于建设的建筑场地

建筑场地的选择时设计的首要必经阶段，一个合理的利于项目建设的场地对整个结构概念设计后期阶段起到重要的作用。建筑场地的选择首先应遵循这几个基本要素：建筑退界、防护距离、防火间距、日照间距、防噪间距、建筑高度控制、通视要求、现有地形分析等。同时在建筑结构设计体系中，建设的场地应尽量选择有利于抗震的地点，尽量避免在不利于抗震的危险地段建造建筑，如果实在无法避免，也应采取有效措施尽量减少和消除不利影响，一般在初步设计前就要进行勘探和选址。

2、 合理选择建筑基础

完成建筑场地的选择后，再根据不同建筑的地形特征和结构形式选择合理的建筑基础。一般常包括有桩基础，箱形基础和筏形基础这三种建筑基础形式。

(1)桩地基：普遍应用于地质松软并且负载较大的多层建筑结构。使用天然地基无法足够承载时，而采用桩地基可将荷载由上部结构传送到下部坚实的持力层。 (2)箱形基础。箱形基础广泛应用于高层建筑中，其整体刚度适当，可以将荷载通过上部结构均匀地传至下部基础中，从而使结构组成良好地得以嵌固，并且降低了箱基不均匀沉降的问题，增强了建筑物的抗震抗灾承受力。

(3)筏形基础。该基础适用于低承载力地基、大荷载上部结构的建筑工程。其特点是刚度大结构整体良好，可以将上部结构的超荷载有效地进行分散从而将基地的压力有效的调整并解决不均匀沉降的问题。

3、 合理选择结构规则和对称的建筑主体

主体建筑结构选择必须合理、简单和对称，布局合理的结构可减小扭转力，稳定非结构件工作状态，降低耗材成本。通常建筑结构的对称是指抗侧力主体结构的对称，可选择较容易对称的平面结构如简体框架结构、剪力墙结构等。另外，建筑内结构的对称亦需要结合建筑平面工程对其进行合理布置。实现结构基本对称的方法可通过调整结构刚心、建筑物质心及平面形心的距离，使三者尽可能靠近。

4、 合理设计抗震抗灾防线

作为一个建筑最基本的要求就是必须具备良好的抗震和重力承载的能力。设计中应设计多道抗震防线避免和消耗地震发生时的破坏性。可以采用适当的控制结构动力来减轻建筑物受震动时破坏程度。若建筑结构遭受强烈震动的时候，通过赘余杆件的变形和屈服可以耗散地震的能量，同时可使赘余杆件停止工作从而将避开共振效应，使整个建筑结构过渡到另一种稳定的体系。

5、 合理选择结构刚度

设计中选择的建筑结构必须具备一个适当合理的刚度，同时也是建筑结构设计中的不可忽略的指标之一。选择合理的结构刚度，可加长结构的基本自振周期，从而减小地震作用的危害。合理的结构刚度，主体承受的水平力，倾覆弯矩，地基基础负担都能有效的减少，从而配置合理数量的建筑构造材料，减少耗材。同时，合理的主体结构刚度，可有效减少结构占用空间，提高建筑平面的利用率，做到既经济又合理。

6、 合理选用计算简图

计算简图是概念设计结构计算的基础，选择合理的计算简图可以保证建筑的安全和稳定，否则，不当的计算简图可能引发安全事故的隐患及发生。设计合理的计算简图的同时，设计师应同时提供构造措施进行相应的保证。

三、概念设计在建筑结构设计中广泛应用的意义

1、采用概念设计有效弥补计算机设计能力的不足

在方案设计的阶段，工程师采用概念设计可弥补计算机初步设计能力不足的问题，运用自身掌握的能力选择成本低廉、结构合理、效果明显的方案。

2、采用概念设计更具创新性

    目前，工程师在进行结构设计时还停留在循规蹈矩的参照过往设计、依赖规范手册及应用计算机设定程序进行传统设计的方式，造成设计方案新意不足。采用概念设计，工程师可利用已知理论结合自身积累的工程实践经验，展现个人先进的设计思想，从而使设计方案更具创意和新意。

3、采用概念设计可提高设计水平

    采用概念设计可以体现工程师的设计水平，它以正确的设计原则为依托，解决设计存在的问题，提高设计水平。同时利用概念设计分析设计中出现的技术问题，可以准确的发现问题症结，使最终电算结果的判断更具可靠性。

4、采用概念设计使设计方案更为合理

在建筑设计的方案阶段，采用概念设计可以有效地构思结构体系，进行对比并做出最终选择。最终的设计方案具有清晰的思路、正确的定性等优点，更为凸显了概念设计经济、可靠的性能和特点，避免了设计后期阶段产生不必要的繁琐运算。

结 语

概念设计运用于建筑结构设计的新思路是满足经济发展需要的必要产物，概念设计在结构设计中的有效应用必须在设计方案中体现结构体系的合理性。随着概念设计的广泛应用，概念设计越来越多的优点将会被更多的工程师所发现和接受，并将成为今后结构设计的主流思想。因此，研究建筑结构的概念设计对今后建筑设计的发展是具有深远意义的，这就需要建筑设计师不断探索和学习，为建筑设计做出更大的贡献。

参考文献

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