淺談概念設計在建筑結構設計中的應用

王娟　宋茂磊　孫翠鳳

【摘 要】概念設計是基于工程經驗以及結構體系來設計建筑結構，既能豐富傳統建筑結構設計，也能有效彌補計算機程序設計中的硬性問題，有助于提升建筑結構設計的科學性和實用性。本文主要分析了概念設計的含義及作用，并著重探討了其在建筑結構設計中的應用，以供參考。

【關鍵詞】概念設計；建筑結構；結構設計

Talking about the Application of Conceptual Design in Architectural Structure Design

Wang Juan，Song Mao-Lei，Sun Cui-feng

（Shandong Wan Si Da Group Co.， Ltd Jinan Shandong 250014）

【Abstract】Concept design is based on engineering experience and structural system to design the building structure， both to enrich the traditional building structure design， but also can effectively compensate for the rigid programming of computer programs， help to enhance the architectural structure of the scientific and practical. This paper mainly analyzes the meaning and function of conceptual design， and focuses on its application in the design of building structure for reference.

【Key words】Conceptual design；Building structure；Structural design

概念是人們對能代表某種事物或發展過程的特點及意義所形成的一種思維結論，概念設計則是設計者根據既有的工程經驗，并結合建筑工程實際，來獲取設計思想和原則，并不應用精準的數據計算，屬于一種諸多感性思維的歸納與總結。概念設計以設計概念為主線，分析用戶需求，然后，將設計者的感性和瞬間思維上升到統一的理性思維，最終完成整體設計。在建筑結構設計中，概念設計具有重要的作用，美國工程院士林同炎教授撰寫的《結構概念和體系》（1985），最早為人們提供了結構概念設計的基礎知識和一些實例。在過分依賴設計軟件的今天，概念設計有效彌補了傳統設計的單調性，而在建筑設計實踐中，概念設計也因其獨特的設計理念正受到建筑結構設計人員的普遍重視。

1. 概念設計的原則

（1）結構的簡單性。

結構的簡單性是指具有直接的、明確的傳力途徑結構，以便承受各種外在力量的重壓和作用，這就要求在進行結構體系設計時，必須具備明確的計算簡圖，以便于內力和位移分析，最大程度限制薄弱部位的出現。

（2）結構的整體性。

建筑結構類似于具備水平隔板功效，能夠聚集并將慣性力傳遞至各豎向抗側力子結構，但這些子結構需要具備協同承受地震的作用，以發揮抗御地震等自然災害的破壞作用。堅持整體性設計原則，才能提高結構抗震效果。

（3）結構的規則性和均勻性。

建筑結構的規則性與均勻性能夠有效避免薄弱子結構過早破壞、倒塌問題的發生，從而使得建筑物分布質量與結構剛度的分布協調，有利于整體結構抵抗自然災害破壞作用的充分發揮，進而最大限度的避免承載力和傳力途徑的突變。

（4）優化選型原則。

在建筑結構中，對于概念設計的運用，主要是對結構體系與結構布置的優化，其中，結構體系的優化主要是依據其基本構件特征與荷載實際情況等形成基本結構單元，然后通過集合形式構成主要的結構體系。結構布置的優化是指基礎系統、柱墻豎向支撐系統、樓屋蓋水平系統的設置。

（5）合理受力原則。

一般情況下，在建筑結構概念設計過程中，通常需要對均勻受力、超靜定受力體系、剛性連接、空間作用等進行充分的考慮，并且還要重視建筑結構宏觀受力狀態、直接受力狀態以及主要受力狀態的分析，以便運用力學原理來處理好受力分析問題。

2. 概念設計在建筑結構設計中的重要作用

概念設計立足整體，運用聯系的觀點來綜觀整個建筑結構設計，整個設計也立足從用戶的概念產品出發，追求建筑結構設計的理性分析。概念設計是現代建筑結構設計不可或缺的一部分，概念設計在建筑結構設計中具有重要作用。

（1）更好地滿足用戶多元需求。

建筑從設計變為實物，不僅是用戶需求量化為實物的過程，也體現了建筑結構設計者個人和用戶的意志。在這一過程中，用戶是主角，建筑結構設計者是引路人，引路人按照用戶的概念與需求來設計路線，把用戶引到正確的軌道上去。在建筑結構設計前，設計者如未有清楚的結構概念或明確的設計思路，設計過程中就會出現概念模糊、混亂等定性錯誤，用戶要求也難以實現。概念設計從用戶角度出發，設計者可根據用戶產品概念規劃一個詳細的設計思路，如此便化解了設計過程中出現的概念模糊、混亂等定性錯誤，用戶需求也能得到最大化滿足。

（2）彌補計算機程序操作的硬性問題。

如今，信息化已經廣泛融入到社會各領域中，并成為重要的生產推動力，很多工作任務都可借助計算機來輕松地完成，建筑結構設計也不例外。其結果就是設計人員對利用計算機程序進行結構設計產生過度依賴，設計者也往往忽視結構概念的學習，自身設計能力也在隱性退化。諸多建筑結構設計者只看到運用計算機程序設計的良性優勢，而未發覺運用計算機程序設計的負性影響。如果未找準設計軟件，諸多問題便會顯現。概念設計則能彌補利用計算機程序進行設計出現的漏洞問題。設計者如果能深入掌握概念設計的相關知識，建筑結構設計工作便會游刃有余，如果計算機程序操作出錯，就可用自身相關的概念設計知識來彌補運用計算機程序造成的錯誤。

（3）可以提高設計師設計水平。

概念設計能夠準確反映建筑設計師的真實設計水平，它依托于合理的設計原則，可以解決建筑設計存在的難題，提高建筑設計師的設計水平。同時能分析出建筑設計方案中的技術性問題，準確的找到問題的癥結所在，讓電算結果更加準確可靠。

3. 概念設計在建筑結構設計中的應用策略

（1）在建筑結構方案選擇中的應用。

在建筑結構設計過程中，結構方案的選用具有十分重要的作用，并且還是整體建筑結構設計的核心內容。在選取建筑結構設計方案的過程中，為了確保選擇方案經濟性與合理性，需要融入概念設計思想，即在基礎方案選擇過程中，需要全方面考慮結構類型、施工現場地質條件、荷載的分布情況與施工條件等因素，選取基礎設計的最優方案。在進行建筑結構方案的選擇時，應重視以下兩方面內容：①在進行建筑結構方案的選擇時，必須對建筑工程項目施工現場所有的相關影響要素進行充分的分析與全面的調查，例如建筑場地的一些地形條件、地質結構以及承載力狀況，是概念設計整體性要求的主要體現。②在選用具體建筑結構設計方案時，應充分考慮用戶的一些基本要求，是概念設計的主要特點與作用體現，且其還能夠根據用戶所提供的一些基本要求進行具體化設計，將其體現在建筑結構方案中，可有效提高建筑結構方案選擇的準確性。

（2）在設計分析計算中的應用。

如今，人類社會已經步入信息科技時代，信息技術已成為當今時代的核心技術，在建筑結構設計中應用計算機輔助技術，可以提高設計的效率，減輕建筑行業人員的工作負擔。然而，計算機運行需要依靠相關的程序，程序本身也會存在缺陷或漏洞，在建筑結構設計過程中，如未選對、選準計算軟件，計算結果便會產生誤差，從而造成巨大損失。例如，結構計算的軟件計算簡圖選用不妥當，就會導致結構安全事件。因此，在分析計算中應引入概念設計，設計人員通過計算機軟件獲得相應的計算結果，而后再根據概念設計知識及實踐經驗，對計算結果進行精準判斷，可以更好地確保計算結果的真實性與合理性。

（3）在建筑結構抗震設計中的應用。

在對建筑結構進行抗震設計時，設計人員應當結合建筑平面，基本都了解初始尺寸與砼等級，并計算結構實際的剛度，然后按照剛度對結構進行計算，對建筑結構體系進行合理的布置，并且還要仔細分析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，從而準確判斷地震力。配筋數量、結構剛度與地震力三者是呈正相關的管理，結構剛度愈大，地震力就會愈大，所需配筋數量也就會愈多。如果配筋數量愈多，結構剛度就會愈強，地震力就會愈大。因此，將概念設計應用在建筑工程抗震設計中，可以對設計思路進行拓展，充分結合配筋數量、地震力與結構剛度三者之間的關系進行設計，確保工程建筑抗震設計的效果。此外，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，增強整個結構的穩定性，提高結構的抗震能力，節約建筑工程造價。

4. 結語

綜上所述，在建筑結構設計中，通過概念設計的合理應用，不僅能夠有效提升建筑結構設計的科學性、合理性，還可在充分融合設計人員想象力與個人經驗的基礎上，增強建筑結構設計的經濟性、安全性，提高建筑質量與效益。

參考文獻

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