概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用

鄭荔凱

【摘要】當前，建設項目的建設過程較為復雜，結構設計作為關鍵組成部分，不僅決定了建設項目順利實施的可能性，而且為后續建設奠定了堅實的基礎。另外，為了使建設項目本身的功能最大化，必須確保建設項目中的各個項目相互交互，從而保證項目的質量和安全。同時，這些要求也將建筑設計推向了更高的標準。建筑單位各部門的工作進度必須嚴格符合工程結構設計，以確保多個項目的可持續發展，為建設工程質量打下堅實基礎。概念設計的結構元素統稱為結構語言，而結構設計涵蓋了許多結構元素，結構設計師將每個結構元素都體現在設計計劃藍圖和工程圖中，以顯示直觀的圖形。因此，必須按照土木工程規范有條不紊地進行建筑結構設計和施工，以確保建筑結構設計科學、安全，并能滿足房屋使用需求?；诖?，本文主要介紹了概念設計以及結構措施在結構設計中的應用。

【關鍵詞】概念設計;結構措施;建筑結構設計

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

近年來，我國建筑行業得到了迅速發展，建筑工程項目的施工規模以及結構復雜性也得到了提高，對建筑結構設計工作提出了更高的要求。如果建筑結構設計不合理，會直接影響到建筑工程的施工效果跟施工效益，甚至導致一系列安全事故。因此，相關建筑設計人員還需要加強概念設計在建筑結構設計工作中的應用力度，促進建筑結構設計的科學性和可行性進一步提高，為建筑工程的后續建設奠定良好基礎。

1、概念設計的基本概念

1.1 概念設計的內涵

在概念設計的最初應用中，建筑師根據設計概念評估建筑設計計劃，并參考過去的實踐經驗，比較和分析概念設計，從宏觀層面上控制建筑結構的形狀，參照比較結果執行建筑結構設計方案，并調整和實施所需的隔振設置，以實現最佳設計效果。概念設計對建筑設計有很大影響，例如資本投資、施工時間和安全問題。對概念設計的巧妙運用使最終的結構設計計劃更加科學、合理、安全和可靠，還能有效減少估算和計算錯誤，改善架構設計的經濟性和合理性。可以看出，概念設計是建筑結構設計最重要的數據庫之一。

1.2 概念設計的實施步驟

設計特定應用程序概念的過程本質上是逐步重復整個過程的優化過程。通常，概念設計分為四個主要階段：分析階段、綜合階段、評估階段、完成階段。在繼續進行下一階段之前，每個步驟都必須達到預期的目標。如果在任一階段發現計劃中有不合理的部分，則需要重新實施設計、計算和評估，直到達到目標為止。具體分析以下四個步驟：①分析階段。在此階段收集建筑物結構設計問題，并對這些問題進行分析和解決。分析階段的主要特征是所收集的數據和信息模棱兩可，分析后可以將各種信息最大化。②綜合階段。綜合階段是概念設計的最重要階段。在這個階段概念設計師利用自身經驗和專業知識來制定設計計劃，然后以圖紙的形式展示設計計劃。綜合階段的設計實質上是用來以具體形式顯示和處理建筑設計師相對抽象的設計概念，這是概念設計中的關鍵環節。③評估階段。在此階段將對設計計劃進行專業評估，并評估其可行性，這項工作是周期性的，在計劃達到標準后可以開始下一步工作。在評估設計計劃時，首先要創建一個功能模型，然后使用各種公式對每個計劃進行比較和分析，最后選擇一個經濟、合理、安全、可靠的設計計劃。④完成階段。此階段主要根據已定義的建筑結構設計計劃來執行相關工作，以減少后續的冗余設計工作。

2、概念設計在建筑結構設計中的重要性

2.1 優化建筑結構設計方案

通過概念設計的應用，能夠借助架構和對比方式，進行建筑結構設計方案的優化與完善。因此設計人員在概念設計應用中，需要就建筑物的總體情況進行綜合考慮，進行設計整體框架的把握，緩解建筑結構設計中的工作壓力，起到良好的設計成本節約效果。因此在建筑結構設計中，通過概念設計的應用，能夠促進結構設計方案的科學性和合理性進一步提高，為后續建筑項目施工建設奠定良好的設計基礎。

2.2 創新建筑結構設計模式

在建筑結構設計過程中，還需要結合以往大量的實踐經驗開展設計工作。概念設計是在結合建筑工程實際情況的基礎上，設計出一套科學與完整的思路方案，能夠有效規避建筑結構設計中的各種問題，促進建筑結構設計效率以及設計質量進一步提高。在傳統的建筑結構設計過程中，多是由設計人員結合設計規范進行作業，過于依賴計算機等信息軟件以及設計結果，無法合理判斷合理性等缺陷。通過概念設計的應用，要求設計人員進行設計理念的互相交流與溝通，對建筑結構設計方案的合理性和創新性的提升也具有積極意義。

2.3 提高建筑結構的整體設計水平

在建筑結構設計中通過概念設計的應用，能夠進一步提高建筑結構設計方案的科學性與可行性。在概念設計過程中，設計人員還能夠及時發現建筑結構設計中存在的問題，進行糾正設計，通過對前期數據進行處理的方式，實現設計方案的優化與完善。

3、概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用要點

3.1 科學合理的選擇結構材料

首先，在選擇鋼材和混凝土的過程中，要結合特定的標準選擇強度更高的模型。通常，混凝土的強度等級不應低于C25。為了對結構元件進行縱向加固，必須使用強度更高的鋼筋，例如HRB400鋼筋。其次，要根據具體情況，選擇更科學合理的新型建筑材料，例如鋼筋混凝土材料。在建筑的建造過程中，通常使用鋼筋混凝土材料。它是一種新型的建筑材料，可以將鋼材和混凝土有效結合在一起，并相互補充，從而發揮出更大的建筑作用，這種材料使建筑物穩定而堅固。其具體優勢體現在以下兩個方面：①內層混凝土可以更有效地支撐外層鋼管，從而使兩者的優勢相互補充，完美匹配，同時也充分發揮了它們的優勢，顯著提高了它們的承載能力;②外鋼管可以有效地控制內混凝土，從而進一步提高混凝土的強度，可以大大減小變形概率。鋼筋混凝土結構進一步增加了建筑結構的抗震性能，并為超高底柱的軸向壓縮比有限的問題提供了有效的解決方案。

3.2 建筑結構體系的協同工作

建筑結構構件設計、構件耐久性等方面都是建筑結構設計中需要重點關注的內容。我國近些年建筑行業持續發展，促使涌現出了越來越多的高層建筑、超高層建筑，有的工程中會發生短柱現象，這不利于保證建筑結構的抗震性，所以需要采取加固措施。在設計過程中，通常需要采用加強構造柱的方式發揮建筑結構中所有構件的水平應力。此外，成本是現代企業非常關注的一項工作內容，通過優化建筑工程結構設計有助于將成本降低，從而達到提升建筑企業經濟效益和社會效益的作用。為此，可以采用協同設計的方法，充分發揮建筑結構中每個構建的作用，將建筑材料的利用率提高，真正地落實結構措施和概念設計的方式，在保證建筑物質量水平的同時加強節約，為企業創造更多的經濟效益。

3.3 改善結構抗震性能

在現代建筑物中，從設計評估上來看，就結構設計而言，抗震能力屬于很重要的衡量指標。為改善結構抗震性能，就應基于概念設計，聯合結構措施轉變設計思維，積累設計經驗。在本項目中從概念設計實踐經驗出發，集中采取措施來提升建筑結構的實際抗震能力，具體思路如下。（1）認真分析本項目中涉及的防震數據信息，并逐一討論會影響關聯性的基礎因素。統一認為在規范其余客觀條件時，控制建筑原材料的質量安全屬于增強建筑結構實際抗震能力的重要工作。所以，在開始施工前應從現代產業鏈思想出發，以建筑原材料為項目專題設計之一。（2）根據項目立項，先全面考察結構設計涉及的參數及有關防震數據信息。在擬建目標中，根據定位要求來調研市場，主要涉及原材料種類、名稱、性能、規格、構成、工藝、缺點、售價等內容。再基于試驗分析比較樣品，并統一確定所選原材料。（3）提出和生產要素一致的原材料驗收基礎指標、使用指標、生產指標，并在各層次結構的規劃設計中加以靈活運用，以確保材料質量安全。此外，在結構設計的各層次中，如在設計剪力墻中，通過指標化方式，來嚴格控制剪力墻原材料，以滿足剪力墻參數要求，進而改善結構的整體安全穩定性。（4）按照概念設計經驗，逐一列舉施工環節所對應的“作業要素、建設指標”總清單，進而提前預防施工中的不良偷工減料或刻意壓低原材料投入的現象，以全方位控制建筑結構的整體安全性，真正改善建筑結構的實際抗震性能。

3.4 布設好電梯間

現階段，在設計建筑結構中，盡管有大量選取剪力墻結構、澆筑混凝土的建設方案，并充分確保了建筑物的系統性及完整度，使建筑得以凝聚成為牢固的建筑整體，但設置電梯間卻會從一定程度上削弱樓板層的作用。因此，在開洞分離建筑區時，便可按概念設計的基本應用思路，基于一定的實踐經驗，采取開洞預防作業方案來予以妥善處理。結構措施的具體應用如下。（1）按照純框架的標準，及時規避在電梯井中用到鋼混井筒。從框架及其結構上來看，要求創新剪力墻設計，令抗剪切用剪力墻的量滿足實際需求。也需控制剪力墻的量以滿足對應結構的實際承重、受重要求。（2）本建筑高25層，要求在結構設計中規避高度引起的非穩定性。盡量降低錯層概率，而針對局部越層柱，則要求注意避免使用梁板，立足實際需求嚴控高度。（3）歷經諸多次大地震災害后，國內也更加重視結構設計中有關防震的因素。其中尤其關注建筑結構和防震縫間的關聯性，減小對建筑立面具體效果的影響。因此，要求從結構措施出發，通過精準計算轉換結果到施工實踐領域。

3.5 在平面設計中的應用

我國建筑行業不斷發展，高層建筑數量也得到了大幅度增加，導致建筑結構所受的風荷載以及水平荷載進一步增加，如果沒有做好平面設計工作，容易導致建筑物出現側移問題，直接影響建筑物的使用性能跟安全性。通過概念設計進行建筑結構的平面設計工作，需要對建筑物的側移問題進行認真考慮，在進行方案設計過程中，應盡量降低建筑物承受的風荷載。進行概念設計時，需要就建筑物周圍物體受到的風荷載影響進行認真觀察，借此保障建筑物能夠具備良好的風荷載抵抗效果。此外，在概念設計過程中，要求設計人員在平面設計過程中對建筑物結構的抗震性能進行綜合考慮。在剛度選擇過程中，要求設計人員能夠通過詳細計算進行剛度的確定，避免剛度不足對建筑結構穩定性所產生的影響。

應用概念設計進行建筑結構的平面設計過程中，需要對抗側力結構進行完善，最大限度地保障建筑結構自身的抗傾覆能力。通過概念設計能夠促進建筑結構的平面設計效果進一步提高，將建筑結構的風荷載能力、水平荷載抵抗力以及抗側力結構控制在合理范疇內，對建筑結構自身穩定性以及后期使用安全性的提高具有積極意義。

結語：

在設計建筑工程結構過程中，需要涉及諸多的內容，設計人員應當加強建筑結構設計需求的把控，將結構設計的要點明確，同時應當加強對施工現場情況的充分考慮，科學地分析前期勘察資料，動態把控施工現場環境，根據實際情況做好結構設計方案的設計。設計人員應當加強融合應用概念設計和結構設計措施，將建筑工程結構設計的效果優化，將建筑工程主體結構、抗震性能、結構強度等方面提升。

參考文獻：

[1]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）.

[2]陳立新.探索概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用[J].居舍，2019（14）.

[3]李林.分析建筑結構設計過程中的概念設計及結構措施關鍵研究[J].智能城市，2019，5（13）.