建筑結構設計中的概念設計初探

【摘 要】關注業主的經濟利益、滿足建筑結構的功能要求、達成業主的其他重要需求，是一個優秀的設計人員最起碼的目標，而其中的重中之重，就是建筑結構概念設計的優化。

【關鍵詞】建筑設計；結構設計；概念設計

1 概念設計相關知識概述

所謂的概念設計就是運用清晰的結構概念，不經數值計算，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、實驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想，對結構及計算結果進行科學正確的分析，并充分考慮結構實際受力狀況與計算假設間的差異，對結構和構造進行設計，使建筑物受力更合理、安全、協調。概念設計對結構設計起著宏觀控制的作用，

2 概念設計的重要性

隨著建筑行業的發展和人們生活水平的提高，對建筑結構設計也提出了更高的要求。為了使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟必需快新型高強、輕質、環保建材的應用，比結合計算機的應用，充分發揮結構工程師的創新能力，深化概念設計思想，體現概念設計的重要作用。主要表現為：

2.1 概念設計能夠充分從挖掘工程師的內在潛力

充分地展現結構工程師的先進的設計思想和理念。在特定的建筑空間內整體概念來制定結構總體方案，不僅能精確地計算和分析一個給定的分體系和構件，而且要有意識地利用總結構體系與各基本分體系之間的力學關系，將基本分體系有機地組合，確保結構體系受力明確，傳力簡捷。這就要求工程師必需有富于創新并具有豐富實踐經驗，設計成果才能更具創新性、完美性。設計質量才能得到最佳的保證。

2.2 概念設計可以借助概念性簡化計算來完成

雖然存在誤差，但它的概念清楚，定性準確，能很快選擇和確定最佳方案。同時也是施工圖設計階段判斷計算機計算結果是否準確的主要依據。

2.3 概念設計可以預防或減少不均勻沉降的危害

可以從建筑措施、結構措施、地基和基礎方面加以控制。例如：避免采用建筑平面形狀復雜、陰角多的平面布置；避免立面形體變化過大；將體形復雜、荷載和高低差異大的建筑物分成若干單元；加強上部結構和基礎的剛度；同一建筑物盡量采用同一類型基礎并埋置于同一土層中等一系列措施。在建筑中常常遇到軟土地基，需要經過地基處理的方式來達到控制建筑物沉降的目的。目前，常用的軟土地基處理方式類型較多，但在選擇地基處理方案前，必須認真研究上部結構和地基兩方面的特點及環境情況，并根據工程設計要求，確定地基處理范圍和處理后要求達到的技術指標，以及各種處理方面的適用性，同時綜合考慮處理方案的成熟程度及施工單位的經驗，進行多方案比較，最終選定安全實用、經濟合理的處理方案。地基經處理后，還必須滿足規范所規定的強度和變形要求。因此，概念設計影響整個建筑構造的可行性，直接影響建筑物的構造布局的合理性。其在建筑結構設計中的作用是計算機無法比擬的。

3 建筑結構設計中概念設計的具體應用

3.1 平面設計中的概念設計

在目前的建筑概念設計中，尤其是對于高層建筑而言，需要重點考慮在水平荷載作用下產生的結構側移，必須嚴格遵守相關設計要求，構建完善的抗側力結構體系，這已經成為一個優秀建筑結構設計人員的必備素質。為降低風壓等因素的影響，要注重建筑平面形狀的選擇，并考慮到周邊建筑物對風壓分布的影響，保證建筑物的豎向荷載和抵抗能力；同時，如果涉及到地震因素的影響，對建筑平面的設計則應當力求簡單。此外，考慮到風荷載因素的影響，建筑物的剛度設計不宜過小，以更好的保證建筑物的抗傾覆能力。

3.2 剖面設計中的概念設計

概念設計在建筑結構設計中的應用，主要涉及到兩個方面，即豎向傳力體系設計和豎向形體設計。

3.2.1 豎向傳力體系

在進行豎向傳力體系設計時，要注意以下幾點：①嚴格控制建筑物的高度比，避免不必要的失誤和設計缺陷；②對高層建筑來說，必須保證相應的錨固深度，以更好的滿足地下停車庫和設備用房的建設需求，同時一到兩層地下空間的設計與利用，能夠在一定程度上降低建筑物的重心，這對提高建筑物的穩定性是非常有利的；③在對建筑物抗側力結構的剛度進行設計時，要考慮到基礎向頂層之間的逐漸過渡，想方設法減少豎向上發生剛度突變的可能性，進而避免因為剛度上的較大變化導致的建筑物抵抗水平荷載能力的降低；④假如因為設計或施工需要，而不得不對剛度結構布置進行較大改變時，建筑結構在設計時要設置相應的結構轉化層。

3.2.2 豎向形體設計

在進行豎向形體設計時，主要采用以下幾種形式：①上窄下寬形。隨著高度的增加，高層建筑為了增強自身的抗風能力和結構上的穩定性，建筑結構隨著高度的增加而不斷變細或縮進，以求降低建筑的整體重心，增強自身的穩定性。該形體主要包括退縮形體和削楔形體，前者具有截切式、收進式、臺階式等多種形式，后者則更有利于抗震與抗風，具有良好的穩定性和韌性。②截錐形。該形體不僅在抗震性能和抗風性能方面具有一定的優越性，在建筑的使用功能方面也具有自身的優勢，因為其為了增加房屋的剛度，由下而上對樓層面積進行分段式的縮小，呈現出階梯狀的體型。③新月形。該類型的建筑房屋能夠有效增強建筑物抵抗側向力的剛度，重力荷載被科學的分布在柱、殼、框架等結構上，豎向的殼體合理的承受了建筑物的側向荷載，非常有利于側向力和建筑物對稱作用的抵抗。

3.3 基礎設計中的概念設計

在對建筑物基礎的地質環境進行充分調研的基礎上，可以根據建筑物的位置和結構形式對建筑物基礎的類型進行合理選擇，具體說來，主要有箱式基礎、樁基礎和筏形基礎等類型。箱式基礎在高層建筑中的應用比較廣泛，因為其擁有很好的整體剛度，能夠將高層建筑的上部結構荷載合理的傳遞到建筑基礎上，在對建筑上部結構進行有效嵌固的同時，能夠有效抑制地基的不規則沉降，增強了建筑物的整體穩定性。而對于建筑層數較多、荷載較大、地基土承載力不理想的情況，則應盡量采用樁基礎，這樣可以使建筑物的上部荷載直接傳遞到下部的持力層，樁基礎有鋼管樁、混凝土灌注樁和預制鋼筋混凝土樁等形式。筏形基礎具有剛度大、整體性好的特點，優勢是能夠有效控制基地的壓力和建筑上部結構的荷載，因此常常應用于地基承載力不高、上部結構荷載較大的建筑結構。

基礎不但和和地基之間有相互作用，它和建筑的上部的那些結構也是相互作用的，所以必須要做好基礎和上層建筑之間作用力的分析，加強基礎的承載力，控制好建筑高低層的差異，使用最合適的結構類型，從而保證建筑的穩定和安全。比如，進行高層的地下室通道設計的時候，在確保通道與外部平行的時候，更要做好外壁的設計，從而對建筑防水層設置起到積極作用，更可以加強建筑的使用性。

4 結語

總而言之，建筑結構設計的發展是必然的，作為一種新的設計理念，概念設計必然有自己的發展空間，它不但可以更好的激發設計的靈感，更可以不斷的做到建筑設計的創新，滿足建筑行業更高的需求，順應了建筑發展的趨勢，所以建筑設計的工作人員需要加強對概念設計的了解和使用，利用信息化的時代資訊，更好的使用新型材料和技術，把概念設計的作用更好的發揮，從而保證建筑結構設計的不斷發展，提高建筑行業的水平，保證建筑的質量和安全的同時滿足人們對建筑設計的需求。

參考文獻

[1]韓蔚.合肥地區某住宅小區9~#樓工程結構優化設計[J].安徽建筑，2009，（03）

[2]葉永毅，張為民，舒贛平，姚一丹.南通游泳館鋼結構屋蓋的受力分析及研究[J].安徽師范大學學報（自然科學版），2008，（02）

[3]戰宇，李長鳳，張歡，齊浩然，王精源.高層建筑結構抗震優化設計探討[J].低溫建筑技術，2011，（01）