建筑結構設計中的概念設計

陳宗飛

摘 要：建筑結構設計中的概念設計是新興的設計理念，逐漸被建筑結構工程師運用于現代建筑設計之中。這種理念的逐漸成熟，促進了我國建筑行業的進步和發展，對于結構設計的改革也有很重要的意義。本文從概念設計的重要性以及概念設計的推廣方面來闡明概念設計在建筑結構設計中的作用。

關鍵詞：建筑結構；概念設計；結構設計

隨著時代的進步，科技的發展，我國人民的生活水平的提高，人民對生活質量的要求也逐漸提高。為了滿足人們日益增長的物質文化需求和滿足消費者的需要，我國的建筑行業在建筑結構方面的設計也在變革。在國外先進設計理念的影響下，我國結構工程師也在總結自身的設計經驗，利用概念設計的新理念來進行建筑結構設計。

1 概念設計的概念

所謂的概念設計一般指是以工程概念為依據，不經數值計算，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。尤其在一些難以作為精確力學分析或現存規范中難以顧及的問題，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的設計思想，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。

2 概念設計的重要性

在傳統的建筑結構設計中，結構工程師依據以前的設計施工經驗，經過不斷的總結和完善，設計經驗與理念在實際工作中得到發展和創新。隨著時間的推移，經驗不斷豐富，設計理念不斷更新，設計的作品也逐漸成熟。但是，由于很多工程在創新方面的努力不夠，習慣依據規范和設計手冊等傳統方式，只是借鑒以前的設計風格和設計手法。不僅對于國外、國內的先進技術和理念沒有給予足夠的重視，在設計中進行改進和運用上也過分依賴設計程序，熱衷于傳統設計，缺乏創新導致手工的設計作品不符合設計的要求。有的工程師在設計的過程中，因為過度依賴設計程序，對運算數據不質疑、不驗證，沒有足夠認真和質疑的精神來對待設計結果，造成遺漏程序設計中的錯誤。另外，結構設計中需要運用的知識涵蓋建筑學等很多方面，很多知識是在實際工作經驗中總結的，或者是自己的領悟得出，并非在學校學習的系統知識，比較分散又不容易記憶，導致在設計中也不容易運用。概念設計的重要性不僅在于概念設計與傳統設計理念的優點融合，而且可對傳統設計的不足之處進行改進，將計算理論的漏洞從整體的角度來進行解決。

3 概念設計的所要遵循的原則

3.1 優化建筑結構體系

建筑結構體系是概念設計的重要體現。在結構體系中，設計人員能夠將整個建筑的構成完整、清晰地呈現出來。在建筑結構體系中，我們看到的每一個結構組成部分都是統一、不可分割的完整實體，而不是建筑中單一部件的個性呈現，各個部件之間只有組合在一起時才具備建筑實體的具象涵義和建筑結構價值，倘若將其中某個部分分割開來，結構便不是真正意義的結構，體系也無法繼續發揮其應有的效能。因而在規劃結構體系時，切不可將其中某個部件拿出來，否則將失其特定的內涵和價值。

3.2 要選用適用的計算簡圖

在進行計算簡圖選用時，要明確的選擇那些能夠有某些構造措施來保證的計算結構簡圖。作為結構計算的重要組成部分，計算簡圖的選用是否得當一定程度上來說是決定結構計算是否準確、能夠確保結構安全的關鍵前提。所以說，在計算簡圖的選用上要慎之又慎。

3.3 數據結果精確分析

建筑結構的數據結果是結構計算的重要目的，所以說，在這一過程中，要嚴格對待，不能盲目進行。能否實現數據結果，是決定建筑結構能否順利進行、確保建筑結構安全的重要途徑和重要條件。從計算數據的輸入、計算過程、計算結果的三部分嚴格審查。同時，外部因素同樣可導致數據計算結果不精確，例如不同計算工具的使用、不同程序軟件的使用等都可造成計算結果不精確。所以在計算機結果時，設計師應該更多的給予人的思維，而非機器化處理的結果。

4 建筑結構設計中主要結構措施

4.1 建筑結構體系和協同工作

協同工作概念在工業產品的制造和設計中廣泛地應用，主要的含義是針對任意一個工業產品，在沒有充分達到使用壽命規定的時間，在生產過程中每一個結構構件倘若出現損害，都會造成機器的非正常運行。但是在工程建筑結構設計中，協同工作通常是指在工程建筑過程中每一個構件都可以發揮其自身作用，還會和工程建筑中其他結構構件相互配合。這不僅要求工程結構構件具有一定長的使用壽命，同時還需要構件所承受的荷載力保持一致，不能出現長期受力不均的現象。建筑工程結構協同工作中，應該正確處理上部結構和樁筏基礎之間的關系，并有機結合在一起。例如建筑工程磚混施工中，這就需要依靠構造柱和鋼圈之間形成一個統一的整體來預防自身剛度所帶來的不均勻沉降的現象。

當建筑結構受力時，在工程施工中每一個部件都可以達到較高的應力水平，并能設計出較為理想的運行狀態。建筑工程進行多層結構設計時，盡量避免出現短柱現象，主要目的是為了提高在相同建筑平面中所承載的能力，在逐漸增加的高層建筑中，出現短柱現象日趨增多，為了降低這種狀況，需要使同層結構的抗側能力在相同的水平位置上發生位移現象。

4.2 協同工作中建筑材料的利用率

在建筑結構設計中協同工作不但可以提高建筑結構的穩定性，同時還可以提高建筑材料利用率。通常可以理解為，建筑材料利用率越大，協同工作能力和結構穩定性越大。我國在建筑結構設計過程中，最根本的目標是要求用少量的投入獲得最大的收益。因此，針對建筑材料使用是建筑結構設計中最根本的要求。例如在建筑結構設計中矩形截面是普遍存在的受壓構件，矩形截面主要的構成材料在建筑結構設計中利用率過低，主要原因是：一是建筑工程施工中梁中軸周圍建筑材料應力水平較低，還有一個原因是由于工程中梁的彎矩程度隨著梁長的變化而不斷的變化。針對等截面梁而言，在工程結構中絕大部分區域中應力較低。基于這種受力情況下，在建筑結構設計中采用概念設計結構進行分析研究，調整梁截面中應變梯度的變化，使得構件保持一定的軸心受力，才可以提高建筑材料的利用率。同時，通過一段時間的研究和探索，產生了平面桁架結構，平面桁架結構是將工程中多余的建筑材料去除，不僅可以節約成本，還可以減少建筑材料的自重。最后，協同工作的原則也是整體工作的原則。

參考文獻

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