概念設計在建筑結構設計中的應用分析

呂杰

摘要：本文簡單介紹了概念設計的含義，對其在建筑結構設計中的重要性進行了分析，同時探討了概念設計在建筑結構設計中的具體應用，以供參考。

關鍵詞：建筑結構設計；概念設計；應用

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3024（2017）05-46-02

前言

概念設計是一種新型的設計理念，是工程設計人員以理論知識為基礎，結合多年的工作經(jīng)驗總結出的設計方法，是理論知識是實踐經(jīng)驗完美融合的成果，也是評判工程設計人員綜合能力高低的重要標準，概念設計能夠保證建筑結構設計更加科學、合理，在現(xiàn)代建筑行業(yè)結構設計中發(fā)揮著重要作用。

1概念設計的定義

建筑工程設計者在進行數(shù)據(jù)計算以前，無法以理性的思維分析某種特定情況，或者是出現(xiàn)了規(guī)定以外的實際問題，僅憑借工程經(jīng)驗和基本設計原理進行理論分析的設計過程即為概念設計。為實現(xiàn)設計的根本目標，建筑結構設計者需要對建筑的整體實施全面的分析，同時準確把握整體和個體之間的聯(lián)系，然后在遵循規(guī)范流程的基礎上，運用合理的設計思維，站在宏觀的角度上進行思考與設計。比如在地震多發(fā)地帶，為確保建筑結構安全，在開展設計工作時，一些設計者會采用隔震消能措施，不同項目的具體方法有所差別，一般常見的就是在基礎和主體間設置隔震層。除了這種常用方法，設計者還可以在建筑頂端設置反擺設備，通過反擺裝置提供的反向作用力，減弱地震對建筑造成的影響，達到保證建筑穩(wěn)定的作用。

2建筑結構概念設計的重要性

2.1完善了計算機設計的不足

在現(xiàn)今的建筑結構設計過程中，大多數(shù)設計工作都是利用計算機完成的，此種設計方法便捷而且高效，耗時短且計算結果較人工手算正確率高，能夠為設計人員提供很多便利，但是計算機設計也同時存在較多缺陷。設計人員在借助計算機對建筑結構進行輔助設計的時候，由于計算機運行的簡單、高效以及智能化特點，部分設計人員認為全部設計工作由計算機完成即可，對計算機軟件產生過度依賴心理，忽視了對軟件結果正確與否進行甄別的重要性，在結構設計知識和設計技巧方面的學習意識明顯不足，導致建筑結構設計水平參差不齊。一些設計人員沒有認識到計算機軟件運行雙面性，即只看到了計算機軟件的便捷性，沒有認識到計算機程序運行參數(shù)設置錯誤時導致的嚴重后果：再加上在選擇適用于具體工程項目的軟件程序的計算假定有時候可能會出現(xiàn)不合適的情況，這些都會直接影響到建筑結構設計結果的準確性。將概念設計應用于建筑結構設計中能夠促使設計人員加強自身學習，合理解決計算機軟件設計中存在的缺陷，完善了計算機軟件設計的不足，從而提高了建筑結構設計的安全性、合理性、適用性和經(jīng)濟性。

2.2優(yōu)化了建筑結構設計

熟練掌握建筑結構概念原則并加以合理運用是每一個結構設計師的最基本的職業(yè)素養(yǎng).將概念設計原理運用于建筑結構設計中能夠將結構設計進行合理優(yōu)化，在提高建筑結構的安全以及可靠性方面發(fā)揮了重要作用。概念理論在《建筑結構設計統(tǒng)一標準》中就有提及到，其以概念理論為核心提出了一系列相關設計準則，為概念設計理論的實際應用提供了重要參考依據(jù)。概念設計要求設計人員充分發(fā)揮自己對結構原理思考能力，將理論化的想法具體化，以所掌握的建筑結構概念理論知識，并利用多年積累工程經(jīng)驗所形成的系統(tǒng)思維方式對整體結構進行全面把控，從而減少了結構設計風險，能夠有效避免結構工程設計中不安全因素的出現(xiàn)。利用概念設計原理還能夠及時發(fā)現(xiàn)建筑結構設計過程中存在的問題，通過科學合理的措施加以解決，在極大程度上保證了工程結構設計質量。

3概念設計在建筑結構設計中的應用

3.1在建筑場地選擇中的應用

在建筑工程結構設計過程中，為了保證建筑結構設計的科學性和經(jīng)濟性，首先需要做好建筑工程場地選擇工作，只有有效提升場地選擇的合理性，才能保證建筑工程后續(xù)設計能夠有效開展。因此，在建筑工程場地選擇中，需要運用概念設計方法，具體而言，需要綜合考慮以下幾個因素：（1）地形因素：地形條件會對建筑結構設計的合理性產生較大影響，甚至會對建筑結構穩(wěn)定性造成很大的安全隱患，因此，在進行建筑結構設計過程中，應該綜合考慮建筑結構設計要求和工程項目的實際情況，以此選擇出最符合工程建設需要的地形。（2）地質因索：地質因素也會在很大程度上影響建筑結構設計的安全及經(jīng)濟性，其會對建筑工程基礎結構設計方法產生較大影響，因此，在進行建筑工程項目場地選擇時，應該對施工現(xiàn)場地質條件因素進行科學的、合理的評估，以確保地質條件能夠滿足工程項目建設的要求。（3）抗震性因素：建筑結構抗震性會直接影響建筑結構設計的結構體系，因此，在建筑工程結構設計中，必須充分考慮抗震因素，優(yōu)化建筑工程的抗震設計方式，僅提高建筑物的抗震構造措施，不提高抗震措施中的其他要求，這樣才能夠有效提升建筑工程結構設計水平。

3.2在計算機分析中的應用

計算機輔助設計是建筑結構工程設計中必不可少的環(huán)節(jié)，但是，在建筑工程設計實踐中，建筑結構設計效果往往并不盡如人意，難以達到設計初衷.計算機參數(shù)正確與否對計算假定及計算結果合理性影響很大，這也會導致結構設計的不科學。計算機分析時應用概念設計，就是要求結構設計師不把計算機軟件分析結果作為唯一的設計依據(jù)，還需要設計師對結構設計知識原理的熟練掌握與應用，利用實踐經(jīng)驗對計算機分析結果進行評估，初步判斷其科學性及準確性，然后根據(jù)具體需求對設計方案進行合理適當?shù)膬?yōu)化調整，這樣才能有效避免過度依賴計算機分析，從而造成設計隱患甚至安全事故。

3.3在基礎設計中的應用

在建筑結構設計中，基礎設計是重中之重的設計內容，基礎工程往往施工后較為隱蔽，不易修復，在基礎設計過程中運用概念設計理論加以分析，能夠有效提升基礎設計的合理性，避免安全問題。在設計過程中，首先需要對建筑工程施工現(xiàn)場環(huán)境以及地質條件進行全面勘查，確保結構設計形式符合地理條件要求，通過概念設計確定建筑結構形式基礎。在建筑工程設計過程中，常用到的基礎形式包括天然基礎、樁基礎、筏型基礎、箱形基礎等多種，其中，筏型基礎的地基所承受的壓力遠遠小于上部結構承受的壓力，因此可以將地基荷載分散到上部結構中.這樣能夠有效避免出現(xiàn)地基不均勻沉降現(xiàn)象。另外，建筑物使用箱形基礎，地基會與周圍地層形成緊密的整體，建筑所承擔的壓力將會分攤給地基，因此能夠有效提升建筑結構的整體穩(wěn)定性。又如樁基設計中考慮樁、土、承臺、上部結構相互作用，兼顧荷載與抗力平衡，優(yōu)化樁型及布樁方式，增強可靠性和耐久性，可以說，概念設計是樁基設計的核心。

3.4在建筑結構抗震設計中的應用

《工程抗震術語標準》JGJ/T 97-95中定義：“抗震設計是對地震區(qū)的工程結構進行的一種專業(yè)設計，一般包括抗震概念設計、結構抗震計算和抗震構造措施三個方面”，可見抗震概念設計的重要性。將概念設計方法應用于建筑工程抗震設計中，結構平面布置應力求簡單、規(guī)則，避免剛度、質量和承載力分布不均勻，是抗震概念設計的基本要求，在同一工程中，通過控制各次要部件和主體結構在地震中破壞的順序來達到抗震防御目標，通過加強構件間的連接來充分發(fā)揮各構件的承載能力和變形能力，以提高結構整體抗震性能，同時還應該綜合考慮建筑主體的結構體型和各個部分的基礎體系之間的力學關系。另外，通過調整建筑物質心、平面形心及結構剛心間的距離，可使得這三者盡可能靠近，進而最大限度的減小結構體系的扭轉力，增強整個結構的穩(wěn)定性，提高結構的抗震能力，節(jié)約建筑工程造價。規(guī)劃設計

3.5在高層結構設計中的應用

《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ 3-2010中3.1.4和3.1.5條文解釋規(guī)定：“高層建筑結構概念設計原則，宜采用規(guī)則的結構，不應采用嚴重不規(guī)則的結構”。高層建筑受到水平負荷時，則會產生高層建筑結構側移現(xiàn)象發(fā)生，這是高層建筑設計中的一個重點與難點問題，對此，結構設計師都必須要給予充分重視。在高層建筑結構工程設計時，設計師必須堅持概念設計基本原則，要充分考慮相關的要求與標準，同時還應多做結構方案必選，盡量選擇更科學、更合理的抗側力體系，另外，還需要對建筑物四周其他既有建筑物的位置、結構等進行綜合、全面的分析，既有建筑物對擬建建筑物的風壓布局所造成的影響進行綜合的考量，必要時可做風洞試驗。這樣才能夠采取有效的措施提升建筑物的豎向承載力及其水平承載力，使其能夠保證平面結構的簡單性以及規(guī)則性。高層鋼結構建筑的選型，也應注意概念設計，如減輕結構自重對減小結構地震作用有重要意義。

4結束語

影響建筑結構安全的因素有三個層次：結構方案、內力效應分析和截面設計。結構方案屬概念設計的范疇，由此所決定的整體穩(wěn)定性對結構安全的重要意義遠超過其他因素。所以，利用概念設計對建筑特點進行分析，優(yōu)化結構設計方案，對其結構設計要求及設計形式進行準確把握，保證建筑工程質量為前提，提高結構設計水平，使設計效果更加理想，力求設計出集安全、可靠、經(jīng)濟等多方面特點于一身的高質量建筑。