關于建筑結構設計中概念設計的分析研究

摘要:本文著力分析了概念設計的概念，概念設計在建筑結構設計中的重要作用以及建筑結構設計中概念設計需要注意的要點，針對目前建筑結構設計當中墨守陳規的現象，提倡采用概念設計思想來促進結構工程師的創造性，推動結構設計的發展。

關鍵詞:建筑設計;概念設計;分析

概念是一種反映事物本質屬性的思維形式，它反映客觀事物一般的、本質的特征，是人們在實踐基礎上經過感性認識上升到理性認識而形成的。目前，人們在具體的空間結構體系整體研究上還有一定的局限性，在設計過程中采用了許多假定與簡化。因此，這就要求結構工程師對整體結構體系與各基本分體系之間的力學關系有透徹的認識，把概念設計應用到實際工作中去，打破建筑結構設計中墨守陳規的現象，充分發揮結構設計工程師的創新能力。隨著社會經濟的發展和人們生活水平的日益提高，對建筑結構設計也提出了更高的要求，概念設計的思想被越來越多的結構設計工程師所接受，并將在結構設計中發揮越來越大的作用。

一、概念設計的概念

所謂的概念設計一般指不經數值計算，以工程概念為依據，用符合工程客觀規律和本質的方法，對所設計的對象作宏觀的控制，尤其在一些難以作出精確力學分析或在規范中難以規定的問題上，依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想，從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。

二、概念設計在結構設計工作上重要性分析

在不斷的結構設計研究與實踐中，人們積累了大量有益的經驗，并體現在設計規范、設計手冊、標準圖集等等。隨著計算機技術和計算方法的發展，計算機及其結構程序在結構工程中得到大量地應用，每個設計單位都在為徹底甩掉圖板而做努力。結果給部分結構工程師造成一種錯覺，覺得結構設計很簡單，只需遵循規范、手冊、圖集，等待建筑師給出一個空間形成的方案(非結構的)，使用計算機，然后設法去完成它，自己只不過是一個東拼西湊的計算機畫圖匠而已。這不僅不能有效地運用他們的知識、精力和時間，而且還會在與建筑師的交流中產生分歧與矛盾。

我國結構計算理論經歷了經驗估算、容許應力法、破損階段計算、極限狀態計算，到目前普遍采用的概率極限狀態理論等階段。現行的《建筑結構設計統一標準》(GBJ68-84)則采用以概率理論為基礎的結構極限狀態設計準則，以使建筑結構的設計得以符合技術先進、經濟合理、安全適用。概率極限狀態設計法更科學、更合理。但該法在運算過程中還帶有一定程度的近似，只能視作近似概率法。并且光憑極限狀態設計也很難估計建筑物的真正承載力的。事實上，建筑物是一個空間結構，各種構件以相當復雜的方式共同工作，且都并非是脫離總的結構體系的單獨構件。目前，人們在具體的空間結構體系整體研究上還有一定的局限性，在設計過程中采用了許多假定與簡化。作為結構工程師不應盲目的照搬照抄規范，應該把它作為一種指南、參考，并在實際設計項目中作出正確的選擇。

所謂的概念設計一般不經數值計算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規范中難以規定的問題中，依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想，從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念性近似估算方法，可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設計階段一些不必要的繁瑣運算，具有較好的的經濟可靠性能。同時，也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。比如，有的設計人員用多、高層結構三維空間分析程序來計算底層框架，還人為的布置一些抗震墻，即不能滿足樓層間的合理剛度比，也不能正確地反映底層框架在地震時受力狀態。問題在于結構概念不明確，沒考慮這兩種結構體系的差異。軟件的選擇和使用不當，造成危害是不容忽視的。美國一些著名學者和專家曾警告工業界:“誤用計算機造成結構破壞而引起災難只是一個時間的問題。”然而避免這種情況，概念設計的思想不失是個好方法。

運用概念設計的思想，也使得結構設計的思路得到了拓寬。傳統的結構計算理論的研究和結構設計似乎只關注如何提高結構抗力，以至混凝土的等級越用越高，配筋量越來越大，造價越來越高。結構工程師往往只注意到不超過最大配筋率，結果肥梁、胖柱、深基礎處處可見。以抗震設計為例，一般是根據初定的尺寸、砼等級算出結構的剛度，再由結構剛度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，結構剛度越大，地震作用效應越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結構的剛度，反而使地震作用效應增強。其實，為什么不考慮降低作用效應呢?目前在抗震設計中，隔震消能的研究就是一個很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎與主體之間設柔性隔震層;加設消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個“反擺”，地震時它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從對建筑物的振動加大阻尼作用，降低加速度，減少建筑物的位移，來降低地震作用效應。合理設計可降低地震作用效應達60%，并提高屋內物品的安全性。這一研究在國內外正廣泛地深入展開。

三、建筑結構設計中概念設計需要注意的要點

1、合理選擇結構方案

概念設計的目的是力求設計方案經濟、合理、適用，概念設計必須選擇一個經濟合理的結構方案，即要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應該明確總體布置、抗震節點分析、應力等方面。同一結構單元不宜混用不同結構體系，力求平面和豎向規則。總之，必須對建筑師設計要求、結構特點、材料供應、施工條件等情況進行綜合分析，并與施工、業主等方面充分協商，在此基礎上進行結構選型，確定結構方案，必要時還應進行多方案比較，擇優選用。

2、選用恰當的計算簡圖

計算簡圖是進行結構計算的基礎，如果計算簡圖選用不當會導致結構安全事故的發生，因此選擇恰當的計算簡圖是保證結構安全的重要條件，設計師要從實際出發選擇合理的計算簡圖，并且計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。此外，設計師還要注意到在實際結構的節點不可能是純粹的剛結或鉸結點，但是在計算簡圖的誤差應在設計允許范圍之內。

3、正確分析計算結果

在結構設計中普遍采用計算機技術，但是由于軟件種類的繁多，而且不同的軟件也是存在著很大的差異性，這樣就會往往導致計算結果的不相同。因此，設計師要對程序的適用范圍、技術條件等全面了解。由于軟件本身有缺陷均會導致錯誤的計算結果，因此，設計師要充分認識到計算參數的重要性，要憑著自己過硬的專業知識、豐富的經驗，在拿到電算結果時應認真分析，要正確地輸入合理的計算參數，慎重校核，作出合理判斷。

隨著各項建筑理論的日益豐富，發展先進計算理論，加強計算機的應用，加快新型高強、輕質、環保建材的研究與應用，使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟是當務之急。推廣概念設計思想是一種有效的辦法，概念設計也必然會成為今后結構設計的主流思想，這就讓我們來共同學習、發展它，為結構設計的發展作出應有的貢獻。

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