建筑結構設計中的概念設計與結構設計

柳鵬

摘要：隨著社會的進步以及生活水平的不斷提高，我國經濟的快速發展為建筑行業的持續發展注入了新的活力，并加快了建筑領域對其作業中所使用的建筑技術的完善和優化的腳步。建筑行業中最為關鍵的部分就是建筑結構設計，它直接關系著整個建筑工程能否順利實施以及能否投入使用。而概念設計和結構措施則是建筑結構設計中的核心所在，因此為提高建筑結構設計的水平，需要合理的應用概念設計和結構措施。文章針對建筑結構設計中的概念設計與結構設計作了具體的分析，以供參考。

關鍵詞：建筑結構設計;概念設計;應用

在設計建筑結構過程中，概念設計和結構措施則發揮著重要作用，通過對概念設計和結構措施的有效運用，從根本上增強了建筑結構設計的水平和程度，從而推動了我國建筑行業的快速發展和提高了我國國民經濟的發展水平。

一、概念設計與結構設計

概念設計與結構設計相比，前者屬于“定性”的過程，而結構設計則是將前者“定性”轉化為“定量”的過程。概念設計側重的是從全局角度綜合建筑物功能、結構安全以及建設場地情況等因素確定結構體系、基礎形式以及構件尺寸等項目的過程。而結構設計則是以概念設計確定的項目為基礎，依據力學原理與數學計算結果以及構造規定對結構進行最終設計的過程。

現實生活中，許多設計人員都忽略了概念設計的重要性。在進行結構設計時，最先強調的是計算結果，對結構的構造則不夠關心。據筆者的了解，部分結構設計單位總工都不重視工程概念設計環節，他們的主要精力都放在對設計人員計算過程、計算結果以及設計圖紙的審核。此外，行業的一個誤區就是過分強調軟件的重要作用，許多設計人員（尤其是新手）一切設計均以軟件計算結果為準。這是極為不妥的，嚴重的甚至會導致事故的發生。

當然，我們應當在設計過程中同時加強對概念設計與結構設計的重視，切不可厚此薄彼。概念設計固然重要，但是沒有準確的受力分析計算、沒有各組成構件的安全保障，就沒有整體結構的安全可靠。

二、概念設計對于建筑結構設計的重要性

（一）建筑結構設計的中心思想就是概念設計

在進行結構設計時，將整體的概念應用于一個特定的建筑空間，最后實現建筑結構總體方案的設計，這也是一個結構工程師主要的任務。概念設計可以體現先進設計思想的本質，一般情況下人們的普遍想法是，一個結構工程師對概念設計成果的完善以及創新，將會在他們工作年限不斷增加的過程中處理得越來越到位，然而這個規律只是一種假設，它只有在不被外部的一些條件加以約束限制的前提下才會出現。在進行實際的操作時，伴隨著不斷明確細化的社會分工，對于大多數的結構工程師，他們不僅專業知識十分陳舊，而且缺乏概念設計的創新，在進行具體的設計實施工作時，他們也會十分依賴那些設計手冊以及規范，抑或是進行模仿性質的創新，同時他們害怕于突破性以及自主性的創新，嚴重的甚至會產生抵觸的情緒對于新的工藝以及建筑方面的新技術。

（二）優秀的概念設計有利于建筑結構設計目標的實現

在當今社會，計算機結構程序設計一體化已經被廣泛應用，這些結構工程師在使用計算機進行處理而獲得的設計結果，它們存在的不合理甚至產生的錯誤都沒有被結構工程師及時地發現，就是因為它們過分地信賴計算機的設計處理結果。同時這也就導致了它們失去了學習結構設計時的信念，這個信念就是要獨立自主地進行結構設計，由此也導致了這些結構工程師很難在創新上出現突破性的進展。概念設計十分重要有個最主要的原因，就是由于計算理論以及結構設計理論這二者有很多的不可計算性以及缺陷性。例如在設計混凝土的結構時，結構工程師是使用彈性理論這個計算方法來計算內力，然而在進行截面設計時，卻是使用的極限狀態設計方法，這個設計方法是基于塑性理論的。由于這個計算結果十分矛盾，就導致了設計的結構受力狀態與計算結果相比，具有很大的差別，所以有必要對計算方法以及計算理論造成的差別進行彌補，要達到滿足結構設計這個目標，就需要應用非常優秀的概念 設計以及結構對策。

三、建筑結構設計中概念設計的應用

（一）基礎概念設計

基礎設計中的概念設計應在對建筑物基礎的地質環境進行充分調研的基礎上，根據建筑物的位置和結構形式對建筑物基礎的類型進行合理選擇，主要有樁基礎、箱式基礎和筏形基礎等類型。當地基土質較軟弱，建筑物層數較多，荷載較大的情況下，天然地基不能滿足地基承載力的要求，則盡量采用樁基礎。箱形基礎因為其擁有很好的整體剛度，能將上部結構的荷載均勻地傳遞到建筑基礎上，在對建筑上部結構進行有效嵌固的同時，能夠與周圍土體協同工作有效抑制地基的不規則沉降，所以在高層建筑中的應用比較廣泛。

（二）結構的平面布置

在目前的建筑概念設計中，尤其是高層建筑，需重點考慮在水平荷載作用下產生的結構側移，構建完善的抗側力結構體系，如何在滿足相關要求的前提下選擇更好的抗側力體系已經成為一個優秀建筑結構設計人員的必備素質。為降低風壓等因素的影響，建筑平面的形狀宜選用風壓較小的形式，并應考慮鄰近高層建筑對其風壓分布的影響，還必須考慮有利于抵抗能力和豎向荷載。對于任何平面形式的高層建筑來說，其抗側力結構的布置原則都是盡量使平面的質量中心接近于抗側力結構的剛度中心，沒有好的流體外形，就會對建筑產生長時間的水平應力。在地震作用下，建筑平面要力求簡單規則，簡潔、規整、均勻對稱的平面設計對于合理布置抗側力結構是有利的。但是在實際中，質量的分布不可能做到絕對的均勻，不可避免地會產生扭轉效應，因此設計人員除了考慮平面形狀對稱外，還要注意通過抗側力構件的布置來提高結構的抗扭轉能力。

（三）結構的豎向布置

良好的豎向布置不僅能夠滿足建筑使用功能的需求，更重要的還能滿足結構的安全和傳力直接、明確、合理的要求。在豎向傳力體系設計設計中，首先要注意建筑不能超高，因為新的設計準則對建筑超高有了更嚴格的要求。其次，對高層建筑來說，必須保證相應的錨固深度，以更好的滿足地下停車庫和設備用房的建設需求，且能夠在一定程度上降低建筑物的重心，可提高建筑抗震能力及抗傾覆能力。在豎向形體設計中，有以下幾種形式可以選擇：（1）截錐形。該形體采用由下而上分段逐漸減小，呈現出階梯狀的體型。由于房屋頂部的樓面尺寸比底部小，除了在建筑使用功能方面存在優點外，在抗風和抗震方面也具有一定的優越性。（2）上窄下寬形。隨著高度的增加，在符合豎向結構的要求下，樓身向上不斷收進與變細，這樣可減輕承受的風力，降低樓體的重心，加強結構的穩定性，該形體主要包括退縮形體和削楔形體，前者具有截切式、收進式、臺階式等多種形式，后者則更有利于抗震與抗風，具有良好的穩定性和韌性。（3）新月形。新月形房屋就像一個豎向的懸臂殼體一樣，它的作用就像波形的屋面殼體能有效地抵抗重力荷載，重力荷載被科學的分布在柱、殼、框架等結構上，豎向的殼體合理的承受了建筑物的側向荷載，能有效地抵抗對稱作用與它的側向力。

四、結語：

總之，概念設計是建筑結構設計過程中必不可少的組成部分，而結構措施對建筑工程的順利進行起到了關鍵的促進作用，因此，在進行建筑結構設計過程時，需要綜合運用概念設計與結構措施，只有這樣才能最大限度的優化建筑結構，從而增加建筑的使用時間并提高建筑的質量。

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