建筑結構設計中結構概念應用分析

摘要：當前，隨著我國建筑行業的不斷發展，在建筑結構設計中，概念設計憑借其多樣性和靈活性在建筑領域越來越普遍的被采用。正確地應用概念設計，可以提高建筑結構設計的整體素質，使施工建筑本身贏得更大的社會效益效率。本文主要分析了建筑結構中對結構概念應用的意義及其實際應用。

關鍵詞：建筑結構設計；結構概念；應用

1概念設計在建筑結構設計中的應用

1.1結構方案的優化

概念設計的最終宗旨是使設計方案更加合理、經濟、適用。所以概念設計需要從結構系統的總體布置、抗震點分析、應力等各個方面進行考慮。值得注意的時，在建筑結構整個方案中融入概念設計需要從兩個方面做好管控。首先，在建筑整體方案設計的過程中，結構設計師要和建筑師之間進行深入溝通，探索和比較適合建筑環境、經濟環境、政治環境和文化環境的設計方案。其次，要從宏觀出發，進行整體性考慮，加強對設計中環境、使用、建筑、荷載等各種影響因素的綜合考慮，再結合理論設計進行正確的判斷。

1.2建筑場地的優選

建筑場地的選擇是設計的首要步驟，對整個建筑項目都起著決定性作用。在場地概念設計中要通過對基礎資料的搜集、整理、分析、研究，明確各種制約因素和有力條件進行分析，盡量避免不利于抗震的地段建造建筑。

1.3基礎方案的選擇

基礎設計也對建筑結構有著很大的影響。概念設計就是要根據上部結構特征和荷載分布、相鄰建筑等多種條件進行綜合分析，選擇合理經濟的建筑基礎。一般而言，建筑基礎形式主要有樁基礎、箱形基礎和筏形基礎三種。此三種基礎形式各有所長，樁基礎適用于地質松軟，負載較大的多層建筑；箱形基礎適合高層建筑，有較強的抗震抗災能力；筏形基礎事業低承載力地基、大荷載上部結構的建筑工程。基礎設計的過程中需要借助詳細的地質勘測報告以及鄰近建筑資料進行分析，從而確定最適宜的基礎形式，最大限度發揮地基的作用。

1.4結構構件的設計

在概念設計之前要掌握好基本構件的受力特征和變形特征等，然后根據建筑要求、環境、荷載條件選擇符合的基本構件，形成基本結構單元。特別是在建筑結構抗震性能設計過程中要確保構件強度和剛度達到建筑抗震等級的需求，根據“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉”的原則加強結構構件強弱關系的處理，形成多道抗震防線。

1.5結構體系的優化

結構體系中的概念設計主要是合理設計建筑物的的高度和抗震等級，保證抗側力體系的合理性。概念設計為了符合抗震要求，應多采取規則設計方案；建筑和抗側力結構平面應均勻、對稱，并且具有良好的整體性，結構對稱的原則是：結構剛心、建筑物質心、平面形心的距離越小越好；建筑結構的豎向剖面除規整外側向剛度要均勻變化，豎向抗側力構件的截而尺寸和材料強度自下而上逐漸減小，避免沖突。

1.6計算簡圖的確定

結構計算簡圖是進行結構力學分析之前，首先將實際結構進行抽象和簡化，使之反映實際受力特征，同時又能使計算大大簡化。不正當的計算簡圖能夠引起安全事故，影響建筑的安全和穩定性。因此，設計人員在進行結構計算前，應全面了解該程序軟件的適用范圍和技術條件，使用時要避免操作失誤，對電算的結果再用概念設計進行科學分析，從而做出正確判斷。

1.7抗震設計中的概念設計

抗震概念設計的一個重要原則是：結構應有必要的贅余度和內力重分配的功能。利用贅余桿件的變形和屈服來耗散地震能量，還可以使贅余桿件退出來避開共磁效應，達到穩定體系的目的，這種方式結構抗震設計中對付高烈地震的一種有效方式。

2 工程實例

2.1工程概況

某大廈為高層建筑，其高度為90.5m，面積為30948m2，平面形狀較為復雜。該建筑地下1層是六級人防地下室；地上1-2層是幼兒園，平面形狀是工字型，層高為3.8m；3-30層是標準層住宅，平面形狀是凸字型，層高為3.0m。

2.2結構概念設計

經過勘查發現，該工程項目所處的場地地質條件較好，沒有不利地段。該工程采用的為框架—剪力墻結構體系，因為抗震設防列度是7度，設計基本地震加速度值為0.15g，除了通過計算達到規范的要求，還應采取有效的抗震構造措施。為了保證結構的安全、舒適與經濟，概念設計主要是通過以下幾點來體現：

①結構工程師在建筑工程的方案設計階段，根據建筑平面布置與使用功能的要求，將結構抗震概念設計融入到初步設計方案當中，例如：把電梯、樓梯、管道井等豎向公共設施盡可能地布置于建筑物的中心部位，同時利用樓梯、電梯間設置剪力墻筒體；此外，在建筑物外周邊轉折處布置水平抗側力構件（剪力墻），從而加強結構抗側移與扭轉剛度，并盡量保證剛心和質心的重合，以降低水平作用下因為結構偏心而導致的空間扭轉效應。

②合理考慮樓層的平面布置，增大外周邊框架梁、連梁斷面，增大豎向剛度變化大的樓層平面剛度，將三層樓板板厚設為120mm，從而加強周邊抗側力構件的聯系，提高結構整體性與空間協同工作的能力。

③在進行結構計算時，首先應根據工程項目的實際情況，正確設置結構參數與特殊構件。其次，按照初算結果，根據規范限值調整調整剪力墻沿豎向的厚度變化，控制周期比、層間位移以及層間位移比。此外，注意控制框架柱與小墻肢的軸壓比，增強結構的延性，從而保證經濟和安全的統一。

④進行構造設計時，應有針對性地對轉折部位、連接部位以及因為水平力作用引起結構受力變形復雜或是相對薄弱部位的結構構件進行構造與配筋的加強，保證主要受力構件具有良好的變形能力與耗能能力，從而提高結構的抗側變形性能。例如：對建筑物中部的樓梯、電梯、管道井和周邊的梁板進行加強，將其板厚增加到150mm，從而降低該處樓板開洞對于平面內剛度的削弱影響。

⑤盡可能地使用輕質墻體，從而降低樓層自重；同時加強地下室外回填土的夯實，通過人防地下室高強度的側壁和周邊回填土的共同作用，增強其對結構的約束力，以提高結構抗側的整體穩定性，減少地震能量的放大。

⑥在構造措施中遵循“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉”的設計要求，調整梁柱墻的承載力，并適當提高框架柱縱向鋼筋的最小配筋力率。

2.3工程評價

通過上述概念設計，本工程結構構件在延性、剛度以及承載力等方面相匹配，形成了一個在抗震、抗風中能夠高效協同工作的結構整體，從而使建筑物實現了安全、適用、經濟的統一。該工程竣工之后投入使用，各方對工程質量均給予了高度的評價。

結語

綜上所述，概念設計在結構設計中能夠綜合分析各種因素，提出有效的解決方案和措施，保證結構體系的合理性和安全性。在今后的建筑結構設計中，相關技術人員應積極應用結構概念，對建筑結構進行整體性的設計；同時，我們也要在實際的應用中，不斷積累寶貴的經驗，從而使得結構概念設計不斷完善。

參考文獻：

[1]胡麗榮.概念設計在建筑結構設計中的應用意義[J].黑龍江科技信息.2010（27）.33-34

[2]侯小紅.結構概念設計與結構措施[J].山西科技.2008（06）.20-21

[3]莫星月.概念設計在高層建筑結構設計中的應用[J].黑龍江科技信息.2010（25）.16-17