建筑結構概念設計

閆燕燕

摘? ? 要：文章簡述了概念設計的含義，闡述了概念設計在結構布置、基礎設計、截面設計及構造措施中的一些體現，認為概念設計是結構設計的靈魂，呼喚結構設計人員持之以恒的學習和鉆研專業知識，扎實基礎理論，重視概念設計。

關鍵詞：概念設計? 建筑結構設計

1? 概述

結構設計過程中所指的概念設計，是指結構設計人員在結構選型、布置、分析計算、截面設計到細部處理的整個設計過程中，對所遇到的問題，在符合建筑、結構專業的基礎理論的前提下，結合實踐經驗，綜合考慮全面因素，確定合理的分析、計算以及處理方法，力求得到最為經濟、合理的、安全的結構設計方案。

現階段，計算機的應用使結構設計變得簡潔，方便，設計人員不必通過手算各種復雜的力學公式來進行結構設計，只要模型建立的合理，荷載輸入的準確，PKPM、YJK等各大設計軟件的應用可輕而易舉的將構件的受力分析呈現出來。然而，人和軟件是有本質區別的，軟件不是萬能的，結構設計人員應注重培養自己主觀分析判斷構件受力的能力，并能區分軟件的計算結果是否符合實際受力，做出正確合理的結構方案，這個判斷的過程即為概念設計。

對于同一個建筑方案，不同的結構設計師會給出不同的結構布置方案。假設有一個7層的住宅建筑，它的結構形式可以是異形柱框架，可以是剪力墻，甚至可以是框架剪力墻結構，不同的設計師會給出不同的結構布置，即便定準了同一結構形式，荷載的選擇，計算參數的確定，材料的選用也會有區別，這些就需要設計人員自己做出判斷，所以概念設計也體現在結構方案的選擇中。

概念設計需要處理的問題很多，貫穿從結構選型到施工完畢的全過程，概念設計的目的，就是為了處理各種意想不到的外部因素的干擾，確保結構體系合理，安全，經濟。概念設計對設計師的整體要求比較高，筆者認為概念設計是結構設計中最為核心的部分，需要一直探索，精益求精。

2? 概念設計在結構設計中的體現

2.1? 結構布置過程中的概念設計

建筑的初步設計階段就需要結構設計人員參與討論平面及豎向的布置了，在滿足建筑設計師千奇百怪的創造靈感的同時，必須兼顧到結構的布置是否合理，盡量做到最簡單、最經濟、最合理，大致原則為：首先平面應盡量對稱，使整個建筑的質量中心與剛度中心之間的距離減小，質心和剛心重合就會滿足結構在水平荷載作用下不會產生過大的扭轉效應，對結構有利;其次是滿足豎向不應有過大的剛度突變，豎向構件應上下貫通，避免轉換，否則會在水平力的作用下產生嚴重的應力集中的現象，對整體結構不利。

比如剪力墻結構，剪力墻布置應對稱，Y方向要成榀，建筑的四角應布置，可以抵抗較大的扭轉作用;梁板的布置要求傳力簡單明確，以最快的方式將樓板荷載傳遞到主梁上，然后傳遞到豎向構件，最后傳遞到基礎。結構布置不合理，導致荷載傳遞周期過長，會使結構受力復雜，不但導致結構受力復雜，容易產生意想不到的破壞，也會造成經濟上的浪費，所以結構的布置應力求結構受力合理，簡單。

2.2? 基礎中的概念設計

筆者認為基礎設計是整個結構設計中最為重要的部分，然而地基土的不確定性最強，地基勘測并不能完全真實的反映地基土的實際情況，所以基礎的設計更加需要結構設計人員具備扎實的基本功和豐富的實踐經驗，概念設計在基礎設計中體現的至關重要！

基礎設計要綜合考慮上部結構、基礎和地基之間的相互作用，地基基礎承擔上部結構的全部荷載，上部結構對基礎變形也有約束作用，基礎的剛度變化、基礎的沉降變形也會對上部結構的次應力、豎向構件的開裂有一定影響，所以它們三者之間相互作用相互影響。此外，不同的基礎計算模型也會在基礎的計算中存在區別。

實際工作中遇到的基礎問題很多，一旦遇到地下水，就會涉及更多的專業知識：抗浮的計算，選擇抗拔樁或者抗拔錨桿或者可以單純的通過增加配重解決抗浮，是否設置防水板等等問題，都需要通過聯系上部結構，基礎剛度，基礎變形，造價等因素綜合考慮，所以基礎的選型，布置，計算基礎時的各項參數都應適當選擇，力求設計出最經濟、合理的地基基礎設計方案。

2.3? 截面設計中的概念設計

截面設計一般情況下是通過計算構件的正截面、斜截面等確定截面尺寸及配筋，滿足要求即可。然而很多情況下，并非如此。前文提到的PKPM、YJK等結構計算軟件求得的計算結果，很多情況下與實際受力狀況相差甚遠，設計人員需要在電算的基礎上通過判斷構件的實際受力，分析比對其合理性。比如下圖為一實際案例：圖中L1為懸挑梁，模型計算所用軟件為YJK1.8.3.0，計算得到的配筋面積為該懸挑梁上部配筋面積1300mm2，L2跨度7.5m，支撐在L1上，設計人員認為該模型所得的計算結果偏小，故繪制施工圖時，人為加大此梁配筋，電算結果加之設計人員的思考，確保結構安全可靠。

鋼筋用量算出后還涉及選筋的問題，不同構件，甚至同一構件的不同部位選筋也不盡相同，結構設計中與鋼筋直徑相關的計算公式很多，比如鋼筋錨固長度的計算、裂縫寬度的計算等，以錨固長度為例：鋼筋越粗，錨固長度越長，尤其在需要加固植筋的項目中，錨固長度是非常重要的考量因素，所以當錨固體厚度較小時，選擇較細的鋼筋則可以減小錨固長度，防止植筋深度過大，刺穿錨固體。

樓板厚度一般取自跨度的1/30～1/40，但當樓板兩側有較大洞口時，樓板厚度應適當加大，并增加樓板配筋率，提高樓板剛度，盡量保證樓板與整體的一致性。

2.4? 構造措施中的概念設計

提起構造措施，結構設計中并不少見?？拐鹪O計、高層設計中對構造措施的規定也很多，比如《高層建筑混凝土結構技術規程》中為了保證上部結構的地震作用可以順利傳遞到下部結構，對于體型收進結構的樓板厚度、配筋方式及配筋率都有相應的規定。為了減小溫度應力對樓板的影響，可以適當提高樓板的配筋率等等。結構計算可以保證整體建筑的安全性，構造措施的加強則能減少局部構件出現的質量問題，結構設計中將結構計算與構造措施聯合起來使用，對結構整體的安全性起到有效提高的作用。

3? 結語

概念設計是結構設計的靈魂，概念設計同時要求設計人員具備扎實的理論知識和大量的實踐經驗，這就需要結構設計人員持之以恒的學習和鉆研。它的目的是使結構設計更經濟，合理，實際工作當中遇到的問題，有時候是必須靠概念設計支撐的，施工現場遇到一些緊急的小問題，結構設計人員不能一味的靠軟件計算結果來回復，這時候概念設計就顯得異常重要?？傊?，概念設計是結構設計的靈魂，應該被足夠重視起來。

參考文獻：

[1] 毛國偉.論建筑結構設計中概念設計及其優化[J].建筑標準化，2018.

[2] 呂清海.概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用[J]. 建材與裝飾，2017（16）：87～88.

[3] 周自強.概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用[J]. 居業，2017（11）：81～82.