論述概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)合

張紀(jì)英

摘要：隨著國(guó)民生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，良好的設(shè)計(jì)已成為社會(huì)各領(lǐng)域發(fā)展與前進(jìn)的必要條件，也是建筑設(shè)計(jì)工作得以持續(xù)進(jìn)步的關(guān)鍵。在當(dāng)前的建筑工程設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)不再局限于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式之中，而是利用各種新技術(shù)、新思想和新理念為指導(dǎo)的綜合性設(shè)計(jì)模式，這種設(shè)計(jì)工作模式的開(kāi)展有效的促進(jìn)了建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新與優(yōu)化，也給建筑施工技術(shù)帶來(lái)了更好的發(fā)展模式。本文就概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)合問(wèn)題作一個(gè)簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)合

引言：概念設(shè)計(jì)已經(jīng)被越來(lái)越多的結(jié)構(gòu)工程師所接受，概念設(shè)計(jì)的成效，一方面取決于工程師們掌握理論基礎(chǔ)的深淺，另一方則關(guān)系到有否豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。在近年來(lái)的社會(huì)發(fā)展中，我國(guó)設(shè)計(jì)行業(yè)呈現(xiàn)出高速發(fā)展態(tài)勢(shì)，其設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法也有傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算、容許應(yīng)力計(jì)算和破損計(jì)算狀態(tài)逐步發(fā)展成為一種普遍被人們所采用的設(shè)計(jì)模式，在這種設(shè)計(jì)環(huán)境下，設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)模式的優(yōu)化對(duì)于整個(gè)工程而言十分有效，其在工作中是一種以工程施工效率和施工質(zhì)量為核心的設(shè)計(jì)模式。但是這種工作流程中，概率極限狀態(tài)下的設(shè)計(jì)理論應(yīng)用較為廣泛，對(duì)于其應(yīng)用中存在的整體性布局問(wèn)題以及建筑空間理念上存在的局限性進(jìn)行全面系統(tǒng)的優(yōu)化，這也就要求設(shè)計(jì)工作人員在工作中能夠?qū)⒄w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系與各個(gè)單元結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成一種新的力學(xué)關(guān)系，并將其深入系統(tǒng)的理解和全面應(yīng)用，從而促進(jìn)工作的順利持續(xù)開(kāi)展。

一、概念設(shè)計(jì)的重要性

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，概念設(shè)計(jì)主要是展示先進(jìn)性設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵性要求，在工程中一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師的主要任務(wù)就是通過(guò)特定的空間以滿(mǎn)足整體、相互作用和關(guān)系的模式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)全面的統(tǒng)計(jì)與總結(jié)，從而使得工程中各環(huán)節(jié)要求都能夠滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展需要。目前，概念設(shè)計(jì)做得好的建筑機(jī)構(gòu)必然顯得新穎、個(gè)性，且隨著社會(huì)的發(fā)展和人們對(duì)于建筑追求的不斷提高與完善，建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)也變得更加的完整與合理。但是，由于在工作中設(shè)計(jì)師自身存在著一定的缺陷與問(wèn)題，對(duì)于設(shè)計(jì)工具與設(shè)計(jì)程序的操作不科學(xué)，從而造成了工作中缺乏創(chuàng)新，不愿意也不敢去面對(duì)各種新技術(shù)和新要求，這就促使了在工作中對(duì)于工作管理不夠完善。因此就需要我們?cè)诠ぷ髦羞\(yùn)用科學(xué)、完善的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理，從而確保工程質(zhì)量的順利進(jìn)行。

二、運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的方法

運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路得到了拓寬。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R，以至混凝土的等級(jí)越用越高，配筋量越來(lái)越大，造價(jià)越來(lái)越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過(guò)最大配筋率，結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見(jiàn)。以抗震設(shè)計(jì)為例，一般是根據(jù)初定的尺寸、砼等級(jí)算出結(jié)構(gòu)的剛度，再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實(shí)，為什么不考慮降低作用效應(yīng)S呢？目前在抗震設(shè)計(jì)中，隔震消能的研究就是一個(gè)很好的例子。隔震消能的一般做法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層，加設(shè)消能支撐，有的在建筑物頂部裝一個(gè)“反擺”，地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從對(duì)建筑物的振動(dòng)加大阻尼作用，降低加速度，減少建筑物的位移，來(lái)降低地震作用效應(yīng)。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我國(guó)結(jié)構(gòu)計(jì)算理論經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)估算，容許應(yīng)力法，破損階段計(jì)算，極限狀態(tài)計(jì)算，到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段。現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》則采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以使建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)得以符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法更科學(xué)、更合理。但該法在運(yùn)算過(guò)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(tài)設(shè)計(jì)也很難估計(jì)建筑物的真正承載力的。事實(shí)上，建筑物是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，各種構(gòu)件以相當(dāng)復(fù)雜的方式共同工作，且都并非是脫離總的結(jié)構(gòu)體系的單獨(dú)構(gòu)件。目前，人們?cè)诰唧w的空間結(jié)構(gòu)體系整體研究上還有一定的局限性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了許多假定與簡(jiǎn)化。

在不斷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐中，人們積累了大量有益的經(jīng)驗(yàn)，并體現(xiàn)在設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)圖集等等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，計(jì)算機(jī)及其結(jié)構(gòu)程序在結(jié)構(gòu)工程中得到大量地應(yīng)用，每個(gè)設(shè)計(jì)單位都在為徹底甩掉圖板而做努力。結(jié)果給部分結(jié)構(gòu)工程師造成一種錯(cuò)覺(jué)，覺(jué)得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，只需遵循規(guī)范、手冊(cè)、圖集，等待建筑師給出一個(gè)空間形成的方案（非結(jié)構(gòu)的），使用計(jì)算機(jī)，然后設(shè)法去完成它，自己只不過(guò)是一個(gè)東拼西湊的計(jì)算機(jī)畫(huà)圖匠而已。這不僅不能有效地運(yùn)用他們的知識(shí)、精力和時(shí)間，而且還會(huì)與建筑師的交流中產(chǎn)生分歧與矛盾。MLKKKKK結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求建筑物的結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)濟(jì)、安全，要求建筑在受到一些外力破壞時(shí)能夠不造成人員傷亡，因?yàn)橐艿絿?guó)家標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格地限制，所以很難讓別人接受你的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

四、概念設(shè)計(jì)結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。發(fā)展先進(jìn)計(jì)算理論，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。其中，打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的墨守成規(guī)，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力，是相當(dāng)必要的。因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動(dòng)者和執(zhí)行者。這則需要工程界和教育界進(jìn)行共同的努力。推廣概念設(shè)計(jì)思想是一種有效的辦法。

運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路得到了拓寬。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力，以至混凝土的等級(jí)越用越高，配筋量越來(lái)越大，造價(jià)越來(lái)越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過(guò)最大配筋率，結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見(jiàn)。以抗震設(shè)計(jì)為例，一般是根據(jù)初定的12構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實(shí)，為什么不考慮降低作用效應(yīng)呢？目前在抗震設(shè)計(jì)中，隔震消能的研究就是一個(gè)很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層；加設(shè)消能支撐（類(lèi)似于阻尼器的裝置）；有的在建筑物頂部裝一個(gè)“反擺”，地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從對(duì)建筑物的振動(dòng)加大阻尼作用，降低加速度，減少建筑物的位移，來(lái)降低地震作用效應(yīng)。合理設(shè)計(jì)可降低地震作用效應(yīng)達(dá)60%，并提高屋內(nèi)物品的安全性。這一研究在國(guó)內(nèi)外正廣泛地深入展開(kāi)。在日本，研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中，取得良好的經(jīng)濟(jì)、適用效果。而我國(guó)由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和人們認(rèn)識(shí)的限制，在工程界還未被廣泛地應(yīng)用。

總結(jié)：隨著當(dāng)前人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)需求的不斷增加，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅僅要對(duì)建筑質(zhì)量進(jìn)行衡量與評(píng)估，更需要滿(mǎn)足當(dāng)前人們的觀念需求。在概念設(shè)計(jì)日益重要的今天，要求結(jié)構(gòu)工程師在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，除應(yīng)有深厚的基本理論基礎(chǔ)，還應(yīng)把概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，并能不斷吸取他人先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，使設(shè)計(jì)成品具有更高的水準(zhǔn)、更合理和更經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。概念設(shè)計(jì)必然會(huì)成為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流思想，這就讓我們來(lái)共同學(xué)習(xí)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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