概念設計與結構措施在建筑結構中的應用

楊志艷　王卉

摘要：文章分析了概念設計的定義以及重要性與建筑結構設計措施，探析了概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用，旨在為建筑結構的設計人員提供一定的參考。

關鍵詞：概念設計；結構措施；建筑結構設計；應用

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：1674--3024（201 7）05--45--02

1概念設計的定義以及重要性

1.1概念設計的定義。概念設計指的是不經數值計算，尤其是在沒有在設計規范中明確規定或者無法進行精確的理論性分析狀況時，綜合分體系與整體結構體系的力學關系、結構破壞機理等，以宏觀、整體地角度對建筑結構進行設計，概念設計主要是從建筑結構的整體方案入手，嚴格的處理建筑結構在設計過程中經常出現的力學分布計算、結構構件延性等問題。

1.2建筑結構設計中概念設的重要性。概念設計在建筑結構設計中發揮著至關重要的作用，通過合理的應用概念設計，不僅能夠不斷的完善設計理念以及設計成果.還能夠豐富結構工程設計師的實踐經驗。但是在建筑結構設計實際應用過程中，許多建筑結構設計師把設計鎖定在設計手冊以及規范等范圍內，不敢承接新技術的挑戰以及機遇，這種缺乏創新動力與精神的設計，導致建筑結構設計難以創新與突破。同時，建筑結構設計理論以及計算理論中經常會出現實際與計算不相符的問題，這就需要采用概念設計措施對結構構件設計進行優化，作為結構設計工程師，應該綜合的利用概念設計以及自身的經驗，選擇安全、可靠、經濟、適用的設計方案，以此保證建筑結構設計方案的合理性，成功的完成建設設計任務。

2建筑結構設計措施

為了保證建筑結構的安全性與可靠性，提高建筑結構的抗震能力，因此在盡心建筑結構設計時，應該采取以下措施：其一，應該選擇有利于抗震設計的建筑場地，盡可能的避開在不利地段建設工程，以此提高建筑的穩定性：其二，應該選擇抗震性能高的建筑結構材料，以此保證建筑結構具有足夠的均質性以及延性，進而保證建筑結構體系能夠滿足建筑抗震要求：其三，優化設計建筑結構，盡可能多的設置抗震防線，這樣能夠保證建筑結構在地震持續往復的作用下，依然保持較高的抗震能力：其四，選擇延性高的建筑構件，提高結構抗側移剛度，合理的分布建筑結構的承載力，這樣能夠有效的提高建筑結構的整體抗震性能：其五，保證抗震的計算節點以及構造連接，合理的掌握整個建筑構造連接在范圍內的度的問題，以此保證建筑結構的整體性：其六.不僅僅應該利用傳統的計算機設計方式，還應該結合使用概念設計理念，然后再結合設計的實踐經驗，有效的分析建筑結構的實際問題，以此保證建筑結構抗震強度：其七，保證建筑物的立面布置、平面布置負荷概念設計的相關規范，禁止出現不規則方案。

3概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用

概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用主要包括以下兩個方面：

3.1協同工作和結構體系。協同工作廣泛的存在與工業產品設計與制造中，對于建筑結構，協同工作的概念要求建筑結構內部的各個構件相互配合，并進行共同工作，這不僅要求各個結構構件在承受能力極限狀態下共同受力并協同工作，還要求各個結構構件在極限狀態下具有共同的耐久壽命。建筑結構的協同工作主要表現在上部結構與基礎結構的關系上，應該講上部結構與基礎結構當做一個有機的整體，以磚混結構為例，必須將構造柱和圈梁的基礎結構和上部結構形成一個整體，而不能單純的根據基礎或者上部結構的剛度進行設置。對于建筑結構設計中的協同工作，應該從結構受力入手，保證建筑結構的各個構件痛死處于較高的應力水平，在進行多高層建筑結構設計時，應該保證同一層各個結構處于相同的水平位移，這樣能夠保證建筑結構的所有構件同時達到最大承載能力，但是隨著建筑層數與高度的增加，巨大的水平與豎向荷載對于底層截面造成的壓力越來越大，導致高層建筑的底部出現許多短柱，為了防止該種現象的發生，通過對柱截面開豎槽，將矩形柱轉變成田形柱，有效的增加長細比，防止出現短柱，這樣能夠保證同層抗側里結構在發生水平位移時，同時達到最大水平承載能力。建筑結構實際設計過程中，存在長柱、短柱混雜的現象，同一框架中既存在長梁又存在短梁，這種設計方式是非常不合理的，短跨量在受到水平力作用時，梁端負彎矩與正彎矩都相對較大，配筋通常全部由水平力決定，豎向荷載基本上起不到作用，再加上剪力增大，會導致支撐柱的軸力顯著增加，該種設計方式不滿足協同工作的設計要求，同時還會增加建筑設計的成本。因此，在進行高層或者超高層建筑結構設計時，應該盡可能防止扭轉，防止扭轉的目的在于：當建筑結構發生扭轉時，各個節點會出現不同的水平位移，在扭轉中心較遠的地方產生很大的角柱監理，導致建筑結構出現由外向里、先外后里破壞現象，因此應該保證平面上兩個正交方向的尺寸盡可能的接近，其目的在于防止在一個方向上存在過大的強度儲備，另一個方向上過弱現象的發生。同時，還應該增加樓層或者梁的剛度，保證剪力墻或者柱能夠撐到建筑結構的整體彎矩。

目前.許多建筑結構采用的在四角設置巨型鋼柱的方式，有效的增加了建筑結構的抗變形能力以及角柱的強度。在進行高層建筑結構設計的過程中，柱軸壓比的限值已經成為困擾建筑工程結構設計師的主要問題，隨著建筑層數以及高度的增加，柱的軸壓比直接決定了柱的塑性變形能力。因此，為了能夠增加柱在地震作用下的變形能力，應該嚴格的控制柱的軸壓比，例如，采用鋼管混凝土、密排螺旋箍筋柱的方式，都能夠提高柱軸壓比的限值。

3.2協同工作以及材料利用率。建筑結構設計中的協同工作還有另一種含義，即全面的利用建筑材料。一般狀況下，建筑工程利用的材料越多，則表明其應力水平越高，對建筑結構設計工作的要求也相對較高，從結構設計優化的另一個方面來看，提高材料的利用率對于優化結構設計方案具有非常重要的做有關，尤其是對于處在發展階段的我國建筑行業來說，建筑結構設計的目的在于提高建筑結構整體質量和節約成本。因此，在進行建筑結構設計時應該盡可能的提高材料的利用率。以梁類結構設計的材料利用率為例，矩形截面量的受彎構件相對常見，但是材料的利用率相對較低，主要是應為彎矩受到結構梁的影響，接近中和面的交線位置存在較低的應力水平，不論邊緣是否受到拉力或者壓力的影響，都會存在較低的水平應力。通過應用概念設計以及結構措施，分析梁結構的受力狀況，采用平面桁架的結構，該種結構設計方式能夠將梁結構中的材料去除，可以理解為梁結構被“掏空”，保證平面桁架的下弦對應結構受力的鋼筋，平面桁架的上弦對應梁結構的受力邊緣，這樣能夠保證梁結構中拉力、壓力始終處于相同的受力方向，該種結構設計方式既能夠降低梁結構的自重，又能夠節約材料，有效的節約成本。

4結束語

總之，概念設計以及結構措施的設計理念已經被廣泛的推廣和應用在建筑結構設計中，作為建筑結構設計工程師，應該具備扎實的理論基礎，不斷的學習、總結以及進步，進而設計出更多、更加杰出的建筑作品。