概念設計在建筑結構設計中的應用

龍昌會

（銅仁市工程設計質量監督站　貴州　銅仁　554300）

概念設計在建筑結構設計中的應用

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經濟的快速發展帶動了建筑行業的進步，同時隨著人們生活質量的不斷提高對于各種建筑的需求也越來越高。為了滿足這種發展趨勢，建筑結構設計過程中出現了許多中全新的設計理念，其中具有一定代表性作用的就是概念設計，由于概念設計具有多種優勢和其他設計方法不要具備的特點，該設計方法逐漸成為當前各類建筑結構設計的主要方法。本文簡單介紹了概念設計的概念與步驟，在此基礎上對其在建筑結構設計中的實際應用、建筑結構設計措施以及概念設計在建筑結構中的意義進行了全面的分析和概括，旨在提高建筑結構設計水平，推動建筑工程的持續發展。

概念設計；建筑結構設計；應用

建筑產業的快速發展體現在設計的高要求上，在該背景之下，設計理念與方法必須得到一定的改善，在眾多設計方法當中，概念設計憑借其明顯的優勢以及獨特的自身特點而得到了十分廣泛的應用。概念設計方法在眾多領域中都為具體的設計過程提供完備的參考與平臺，這是傳統意義上建筑結構設計方法無法實現的，因此，在建筑結構設計過程中應用概念設計具有很高的實際效益，應得到設計部門及人員的高度重視。

1　概念設計的概念與步驟

概念設計實際上就是一種可以滿足多樣化設計所提出的眾多要求的整體設計方法，是設計人員通過自身積累的經驗、知識理論與各個建筑工程的實際特點，并對結構的整體性進行抗震方面的布局規劃等，同時在實際設計的初級階段，對初級設計方案進行基于概念化的分析與對比。概念設計局具有準確性高、靈活性好等特點，如果正確的加以使用，將取得十分良好的經濟效益，對于建筑工程的進一步發展具有很好的推動和促進作用。

通常，按照流程可以對概念設計的過程進行分步，即為分析、整合和評價。其中，分析主要是對設計過程中存在的問題進行初步的了解，但由于分析對象本身并不完整，所以分析的結果往往存在一定模糊性；整合是設計人員通過自己掌握的專業知識以及工作經驗，對設計規劃進行主觀判斷和客觀分析；最后的評價是指通過對比選擇最佳的設計方案，由此可見，整個過程循序漸進，在設計方案同時滿足各方要求以后，設計方案得以固定。在對設計方案進行評價時，需要得到數據分析工具以及運算工具的支持，進而得到技術與經濟方面均切實可行的設計方案。

2　概念設計在建筑結構設計中的應用

2.1合理選擇建筑場地

選擇適宜的建筑場地是整體設計過程中需要最先進行考慮的因素，而且對于建筑項目設計目標的實現具有決定性的作用。在實際的選址過程中，需要綜合考慮三方面因素，分別為：防護距離、日照時間以及建筑退界。除此之外，在設計過程中，還要綜合考慮結構的抗震性能，及可能的避免那些存在一定危險性的區域，在設計以前還需對場地的抗震性能進行全面的分析和勘察。

2.2選擇建筑結構

建筑場地選取完畢之后，則需根據周邊地形地貌的實際特點與建筑功能方面的要求，選擇最佳的建筑結構。較為常用的建筑基礎結構主要有樁基礎以及箱型基礎等形式。其中，對于地基土質較為松軟的情況中，一般使用樁基礎，這一基礎結構在高層和超高層建筑中十分常見。特別是在未進行處理的地基當中使用這種形式的基礎結構能將承受的載荷由上方傳遞至下方，這樣一來，地基的穩定性得到了很大程度的保障。箱型結構具有很高的整體性，在承受載荷之后，可以穩定的將載荷傳遞至地基下方，進而確保建筑結構的穩定性與可靠性，有效避免地基不均勻沉降的發生，進而提高建筑結構設計水平。

2.3主體結構選擇

在對建筑結構進行設計的過程中，往往要遵循對稱性以及合理性的基本原則，進而達到降低扭轉力維持建筑結構穩定性的目的。建筑結構的對稱性實際上就是借助抗側力結構完成的，比如剪力墻結構等，如圖1所示。為了滿足結構設計對稱性的要求，可通過調整物質心或控制平面形心距離的方法進行操作，以此滿足對稱性需求。

2.4結構剛度選擇

結構剛度是衡量建筑穩定性的重要指標，同時也是設計過程中需要嚴格設計的主要內容，所以，在具體的設計過程中，需要對建筑結構的具體剛度進行妥善選擇。合理的建筑結構剛度設計可以很好的延長建筑結構的自振周期，進而避免振動過大帶來的損壞。另外，鋼筋等剛度材料的合理設計，可以充分發揮出剛度結構的性能，減少無謂的消耗，提高建筑內部的有效空間，達到結構剛度合理選擇的根本目的。

圖1　剪力墻結構示意圖

3　建筑結構設計措施

3.1協同工作中的材料利用率

通過系統的協同工作，不但可以提高建筑結構自身的穩定性，還可以使材料得到更為有效的利用。大量的實驗證實，如果材料實際利用率達到一定高度，建筑結構自身的協同能力與穩定性就越高。特別是在現階段節能減排的大趨勢之下，設計目標在于使用相對較少的資源來達到最佳的效果。比如，較為常見的受壓構件，此構件的實際應用率較低，造成這一現象的原因有兩條，分別為：建筑中梁長度發生變化以后，其彎矩也隨之發生變化；梁中和軸周邊材料的利用率較低。所以，對于截面積相等的橫梁而言，受壓構件的實際利用效率相對較低。在此前提下，運用概念設計方法，對橫梁截面的變化進行全面的調整，使得構件自身保持較高的軸心受力，最終提高材料的利用效率。通過長時間的研究和發展，新型結構層出不窮，比如平面桁架結構等，進而去除掉價值不高的材料，這樣一來，不但完成了最初的設計效果，還大幅降低了結構材料的自身重量與經濟成本。

3.2結構體系中保持協同工作

概念設計當中提出的協同工作對于建筑結構設計而言，具有很好的推動作用，所以實際應用十分廣泛。協同工作要求建筑內部結構所對應的構件應確實處在協同或者是共同進行的過程當中。該協同效應需要構件在滿足承載力要求的基礎上，長時間保持共同運行，此時這些構件也需要保持相同的耐久性。除此之外，建筑結構上方以及基礎需在受到實際載荷過程中維持一個相對統一的整體，從而同時承受載荷。

如今，建筑越來越高，在這種局勢之下，短柱現象層出不窮。為了使每一個構件都能發揮出最佳的實際效果，在對多層結構進行整體設計時，要有效避免短柱現象的發生，從而提高同等平面位置的承載水平，因此，需要把相同抗側力的建筑結構設置在同等的位移水平之下。

4　概念設計在建筑結構中的意義

4.1概念設計體現了設計的創新性

由于傳統意義上的建筑結構設計過程，需要由設計人員通過查找文件以及軟件程序等方法進行，這種循規蹈矩的方式不僅效率低下，而且缺乏創新性與獨特的設計風格。如果使用概念設計，設計人員則可以根據自身積累的工作經驗與掌握的專業知識，結合具體的設計要求和全新的設計思路進行全新的設計工作，使設計方案更加合理、科學、創新。

4.2概念設計可以有效地提升工程師的設計能力

如果運用概念設計對建筑結構進行設計，可以在很大程度上提高設計人員的綜合能力，使他們的想象能力能夠全面的發揮，進而提出更多有效且合理的設計方案，并準確找到設計過程中存在的問題和不足。此外，概念設計所提出的理念和原則具有一定指導的作用，以便于設計人員找到潛在的問題，進而提高設計方案的準確性與可靠性。

4.3彌補原有理論的不足與缺陷

概念設計方法可以十分有效的消除理論中存在的不足與缺陷。

4.4優化設計結果

借助概念設計，通過對比選擇中眾多方案之后最為適宜的結構設計方案，通過該模式之下選取的設計方案，可以很好的體現出設計方案的科學性與經濟性，此外，還可以有效消除設計過程中反復出現的計算，進而提高設計工作效率，減少工作量。

5　結束語

在建筑結構設計過程中充分利用概念設計，不僅可以形成一個即極為科學合理的結構體系，而且還可以節省大量的施工原材料。伴隨著該設計理念的不斷應用，大多數設計人員主動接受該理念，并在不斷實踐的過程中成為主導的設計理念。相信通過不斷的發展與改進，概念設計必將在多種建筑形式的結構設計當中得到大規模的發展和應用，為具體的結構設計帶來更多的便利和實惠。

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1673-0038（2015）32-0052-02

2015-7-23