探析概念設計在建筑結構設計中的應用

劉茂

南昌大學設計研究院

在概念設計過程中，結構工程師要立足于自身的設計經驗、理論知識和項目需求，對建筑物的整體結構布局和抗震結構開展合理化的設計，同時還需要對結構設計計劃進行概念性的分析對比。總的來說，概念設計是一種可實現建筑結構設計多元化需求的方式，實際應用時的優勢十分凸顯，比如準確性高、更加的便捷，對增加項目的整體效益有積極作用[1]。因此，概念設計在建筑結構設計中的應用一直都非常的普遍和廣泛，非常值得推廣應用。基于此，本文從多個方面分析探討了概念設計在建筑結構設計中的應用，現作如下的論述。

一、選擇施工場地

施工場地的選擇是建筑工程結構設計的重要內容，可對建筑工程后續的設計質量與施工質量造成直接的影響。為此，結構工程師要將施工場地的選擇始終作為重點工作來對待。總的來說，在施工場地選擇時要重點考量以下要素：

①要充分考慮防護安全距離，建筑結構的牢固性是否可以達到設計需求。

②明確施工場地的日光照射時常，并去考慮現場的抗震因素，要盡量避開帶有危險性的選址，一些極易出現自然災害和地震的場地要放棄。若是施工場地的地震因素無法有效地避免，則要充分做好抗震措施的設計工作，最大限度減少安全隱患的存在。

③在正式開展概念設計時，結構工程師要對施工場地的地質情況做好全面地勘察，觀測建筑物抗震點的作用是否可以充分發揮。另外，結構工程師要結合建筑結構設計的要求來制定合理可行的設計方案，對設計量作不斷的優化，確保整個建筑物的布局與抗震結構的設計質量。

二、確定建筑結構設計方案

待確定施工場地后，結構設計師要對現場的地質地形特點作全面的勘察分析，同時結合建筑物設計形式來確定建筑結構設計方案。在建筑結構設計中，可以優先選擇兩種基礎，一種是樁基礎，另外一種是箱型基礎，實際應用時有不同的適用條件。

樁基礎非常適合應用在地質土壤松軟和負荷較大的多層建筑結構中，比如將其應用到天然地基中，可以確保建筑物的壓力由上至下來傳遞，這對保障建筑物結構的實用性和穩定性均有重要的意義。箱型基礎的整體剛度是非常值得稱贊的，可以有效地將建筑整體結構的承載壓力傳遞到下方結構中，可以減少建筑基礎不均勻沉降問題的發生，有助于保障建筑結構的穩定性，可進一步保障建筑物的使用價值。另外，通過應用箱型基礎，可以很大程度上優化建筑物的抗震性能，建筑結構應對地震因素的能力大大增強。基于此，結構工程師在確定建筑結構設計方案時，務必始終對施工場地的現場條件有全面地掌握和分析，結合實際情況來確定建筑結構設計方案，有效的去提升建筑結構設計質量。

三、建筑主體結構設計

在建筑主體結構設計時，結構工程師要遵循對稱和合理的設計原則，有效的去降低結構的扭轉力，確保非穩定結構構件可以正常工作，同時減少材料的使用量和損耗，在提升建筑結構設計質量的基礎上創造良好的經濟效益。總的來說，在建筑結構設計中，要想實現建筑結構的對稱性設計，需要確保各種抗側力結構主體有良好的對稱性，比如在剪力墻的結構設計中，結構工程師便是通過主體對稱這一方式來進行結構布置的[2]。除此之外，為確保建筑結構可以進一步實現對稱性，結構工程師要結合實際情況對建筑的質心、結構側心和平面形心之間的距離做合理化的調整。通過這樣的設計，可以確保建筑結構有良好的穩定性，對提升建筑質量有重要的意義。

四、建筑結構的剛度設計

在建筑結構的設計過程中，剛度設計也是要重點考量的因素，務必給予高度的重視。具體來說，在建筑結構的設計過程中，結構工程師要嚴格遵循概念設計的相關原則，合理去選擇建筑剛度。當建筑結構有合理的剛度時，一方面可以有效增加建筑結構的自振周期，提升應對地震災害的能力，另一方面可以有效減少建筑材料的使用量，不對建筑空間做過多的占用，對增加建筑物平面利用空間有重要的意義。因此，結構工程師在建筑結構的剛度設計中，務必要結合實際情況去合理地開展設計工作，需要重點把握以下要點：

①首先要確定結構整體的剛度，一是要注重分體系的設計工作，比如要設計好支撐體系和水平樓蓋體系；二是要對建筑上部結構和下部結構的變形問題做好協調；三是在結構整體剛度設計時要做到“剛柔并濟”[3]。原因在于若是建筑結構整體的變形能力較差時，則外部能量主要是由自身來吸收和抵抗，不利于應對地震作用，而若是建筑結構整體的變形過大時，則在風負荷作用下會有整體傾覆的風險，對建筑結構的安全性與穩定性會有很大的影響。因此，結構工程師在整體剛度確定時要在“剛”和“柔”之間找尋合理的度。

②在結構強度分布的調整中，結構工程師要有針對性地去優化建筑結構構件的相對剛度，對結構中一些構件的應用能力作分析。其中的一維構件要非常注重約束與支座的作用，二維構件則要更多地去關注平面外剛度[4]。當不同的結構構件要連接時，結構工程師要分清楚主次關系，以此設計出最為合理的傳力關系。

③做好細部設計工作，發揮好材料的工作性能，保證和提升整體結構的剛度設計效果。

五、提升建筑結構設計質量

在應用概念設計的方式來開展建筑結構設計工作時，為確保設計工作的質量，需要重點做好三個方面的工作，一是提升材料的利用率，二是在結構設計體系中保持協同關系，三是應用好概念設計的相關知識。

比如在材料的利用率方面，當所用材料的利用率越高時，建筑結構的穩定性和協同能力會越強。另外，在當前的節能、環保理念下，使用較少的建筑材料做出最好的建筑物已經成為建筑行業發展的必需。以建筑施工中所使用的矩形截面受壓構件為例來說，其應用頻率較低，這主要是因為矩形截面受壓構件有著明顯的兩點局限性，一是當梁的長度發生變化時，梁彎矩也會隨之改變，二是在梁的中和軸部位材料的使用率會較低。基于矩形截面受壓構件的這一特點，可以調整梁截面的應變梯度，確保相關的構件可以有良好的軸心受力，繼而增加材料的利用率。再比如要想在結構設計體系中保持協同關系，工程設計師不僅要保障好建筑結構構件可以在承載極限狀態下保持正常工作狀態，而且要確保結構構件有良好的耐久性，通過構造將整個建筑結構整合為一體，盡量避免建筑單獨承受壓力。

六、結語

概念設計在建筑結構設計中的應用有著復雜性和專業性的特點，對結構工程師的專業能力有很高的要求，這要求結構工程師要對建筑結構設計的知識有全面地掌握，可以科學的應用好概念設計方法。結構工程師在應用概念設計來開展建筑結構設計工作時，要重點做好施工場地選擇、建筑結構設計方案確定、建筑主體結構設計等多個方面的工作，并將概念設計與結構措施巧妙地結合起來，更好的去提升建筑結構設計質量。