概念設計在建筑結構設計中的應用分析

王 攀，郎明偉

（錦州市建筑設計研究院有限公司，遼寧 錦州 121000）

近些年來，隨著我國建筑行業的不斷發展，建筑工程數量、規模都在不斷擴張，這也對建筑結構設計提出了新要求與新目標。建筑結構設計是建筑工程的一項關鍵內容，若是結構設計不合理，不僅會影響建筑施工效率，也會影響到建筑工程的安全性。而在建筑結構設計中應用概念設計，能夠準確把握結構設計方向，提高結構設計科學性、可行性，保證建筑工程可靠性與穩定性，實現我國建筑行業的可持續發展。

1 概念設計內涵

從本質上分析，概念設計指的是明確概念設計方向之后，由工程師收集、整理、分析有關設計資料，然后針對具體步驟與內容進行有效分解，重新設計一套與建筑方案構思相契合的科學方案。而在概念設計過程之中應該綜合考慮建筑涉及的各個方面，如地理環境、建筑形狀以及建筑功能等，同時也要對這些內容展開深度分析與科學規劃，才能設計出融合多方要素的設計概念。此外，概念設計對工程師的要求比較嚴格，其要具備超強的綜合能力。

2 建筑結構設計中概念設計的重要性

2.1 優化建筑結構設計方案

在建筑結構設計中引入概念設計，通過架構與對比，能夠實現結構設計方案的優化與完善。關于概念設計的實踐應用，設計師必須考慮建筑總體性，有效把握設計整體框架，這樣不但能夠緩解設計工作壓力，也能夠節省人力、物力資源。此外，在建筑結構設計中引入概念設計，也能夠提高結構設計方案的科學性與合理性，保證建筑工程的建設質量。

2.2 創新建筑結構設計方式

建筑結構設計并不是一揮而就的，需要通過大量實踐積累更多的經驗，根據豐富的實踐經驗，能夠逐步完成建筑結構設計方法、理念等的優化、創新、調整。而概念設計就是根據以往建筑工程實際情況進行總結與歸納，從而設計出一套科學、完善的思路方案，并把這一思路方案應用在新的建筑結構設計之中，有效規避建筑結構設計發生同樣問題，切實提升建筑結構設計效率與成果。針對傳統意義上的建筑結構設計，一般是設計師根據設計規范要求完成建筑結構設計，雖然可以保證建筑結構設計方案的標準性、規范性以及完善性，可是也存在一些弊端，比如嚴重依賴計算機等信息軟件。若是缺少概念設計，那么很難判斷出計算結果是否正確，從而留下安全隱患。在進行建筑結構設計中引入概念設計，需要設計師相互交流概念設計理念，啟發新的設計靈感，提升建筑結構設計方案的創新性和合理性。

2.3 提升建筑結構設計整體水平

通過深入理解與有效把握概念設計，能夠在很大程度上提升建筑結構設計方案的可行性、合理性。與此同時，設計師能夠及時發現與解決建筑結構設計階段的問題，最大程度地提升建筑結構設計工作效率與成果。從建筑結構設計方面分析，需要對有關數據進行計算，而概念設計能夠準確、有效借鑒其他工程計算結果，通過對初期數據的處理，從而實現設計方案的優化與完善，這樣就能夠有效提升建筑結構設計效率與水平。

3 建筑結構設計中概念設計需要考量的因素

3.1 建筑場地

建筑場地是建筑工程建設的根本性前提，因此必須選擇一塊最佳的建筑用地，才可以實現工程建設的有序推進。而在建筑場地選擇過程之中，需要設計師綜合考量各種有關要素，比如地質結構、人文地理以及自然氣候等，以綜合評估結果最佳的位置為建筑場地。若是無法兼顧所有方面，就必須有所傾向、側重。此外，也要考慮到建筑用地抗震與泥石流等方面的防護，保證建筑工程施工的安全性。

3.2 建筑結構體系

目前，建筑工程的結構體系基本分為框架結構、框剪結構、巨型結構以及剪力墻結構等。根據我國出臺的結構設計規范，對于框架結構、剪力墻結構以及框剪結構等都有著不同要求。事實上，這些建筑結構體系并沒有優劣之分，僅僅是適用不同的建筑類型或者是不同的建筑功能。因此結構工程師必須全面了解各個建筑結構體系，并且準確把握不同建筑結構體系的具體適用類型與構造特點。

3.3 建筑主體結構

通常狀況下，建筑工程需要貫徹對稱合理的基本原則。大多數中國人比較喜歡對稱美，而且采用對稱結構也可以最大程度地減小扭矩，從而保證建筑安全性、穩定性，最重要的是還可以節約材料，提高施工便捷性。此外，也會選擇剪力墻結構減小建筑側力破壞對建筑穩定性的影響。在進行建筑結構設計時必須綜合分析建筑平面中心與結構側心以及建筑物質心保持對稱，實現建筑整體結構設計的對稱。

3.4 建筑基礎設計

建筑結構設計中概念設計的有效應用發揮著重要作用，不僅可以提升建筑結構設計科學性，還可以實現各項資源的優化配置。概念設計的實踐應用，首先需要改造建筑不利影響要素，以使其達成建筑設計基本要求。其次結合概念設計完成建筑設計，保證各個方面的設計都具備可行性、科學性，同時也使建筑施工更具操作性與實際性，充分滿足現代建筑學基本要求。如今概念設計中采用的基礎設計類型主要分為箱型基礎與筏形基礎，其中筏形基礎設計不但能夠把地基承受力均勻分散至建筑整體，還能夠防止地基發生沉降問題。而箱型基礎設計和筏形基礎設計正好相反，其可以和建筑底層連接成為一個整體，可以在很大程度上提高地基承載力，保證建筑的穩定性與安全性。總而言之，不管采用哪一種基礎設計類型，都必須以建筑實際情況為依據，這樣才可以保證建筑工程建設質量。

3.5 結構材料利用率

在建筑結構設計中應用概念設計，必須和結構措施同步進行，絕不能獨立進行，將結構設計與概念設計相協同，才可以實現建筑材料利用率的最大化。隨著結構設計與概念設計協同度的不斷提升，建筑材料利用率也會持續提高。但是也存在概念設計與結構設計協同度比較高，且建筑材料利用率也很低的情況，這就需要制定更好的建筑材料利用方案。近些年來，隨著綠色節能環保理念的推廣與普及，在建筑設計中應融入節能環保理念，不但提高建筑材料利用率，也是順應國家可持續發展戰略的重要表現。根據建筑設計實踐經驗，在受彎構件設計中普遍采用矩形截面，但是利用率卻比較低。隨著梁長度的不斷增加，矩形截面梁的邊緣應力就會有所減小。結合梁的基本特點，其梁截面也會受到盈利梯度變化而發生改變，其利用率也會有所增加。基于此，在建筑結構設計中應該選擇平面梁架，這樣不但可以減小載重，也可以提高經濟效益。

4 概念設計的實踐應用

4.1 工程概況

以錦州某建筑工程項目為例，該工程樓高是33 層，分為地下1 層，地上32 層。設計的風荷載為50 年一遇，基本風壓為0.6kN/m，抗震等級為二級。

4.2 地形地質條件

此建筑工程設計了地下1 層，因此在很大程度上提高了建筑結構抗震性能。通過對建筑現場地質結構勘查報告進行綜合性分析，設計師選擇了混凝土預應力管樁，這樣不僅能夠保證建筑工程質量，也提高了建筑施工效率。與此同時，建筑工程中樁基設計為乙級，具體長度設計為25m。

4.3 結構體系

結構柱的軸壓比大小決定著其塑性變形能力，事實上構件變形能力對機構延展性起著良好的制約作用。此項工程綜合分析與考量了平面布局與抗側力性能，然后選擇了剪力墻結構。此外，經過對建筑工程現場地質環境的深入分析與研究，應將剪力墻抗震等級應該設計成為二級。

4.4 布置剪力墻

對于建筑物的統一布置而言，其中剪力墻布置必須以建筑物軸線方向為基準，同時兩個方向相應的抗側力度也要保持一致。進行具體施工時需要保證建筑工程總體受力情況平衡對稱，使建筑物剛度中心與質量中心達成高度契合，這樣建筑物的總體受力情況就會處于平衡狀態。此外，建筑物豎向布置過程中也要確保剛度均勻，避免剛度發生變化。由于建筑抗震能力和建筑剛度是息息相關的，所以建筑剛度設計必須滿足標準規定要求，由此才可以切實提高建筑工程抗震性能，從而保證建筑物的穩定性與可靠性。

4.5 抗震驗算

針對高層建筑工程中抗震等級設計而言，因為電梯間建設位置相對比較偏，為了能夠使其滿足抗震等級標準要求，就必須在電梯門洞之上設置圈梁，根據具體情況也可以于電梯井四角設置構造柱。此外，在進行梁柱軸壓比設計過程中也必須滿足標準規定要求，嚴格根據偏拉構件設計施工，同時適當地延長過街樓梁上筋長度。

5 結束語

隨著我國建筑行業的不斷發展，概念設計在建筑結構設計中發揮的作用越來越重要，所以結構工程師應該在設計中科學地應用概念設計，根據概念設計理念合理指導建筑結構設計各個環節與過程。由此不僅能夠保證建筑設計方案的科學性、合理性以及可行性，而且還能夠實現建筑材料利用率的最大化，切實提高建筑工程的建設質量，促進建筑行業的進一步發展。