概念設計在建筑結構設計中的應用研究

畢正超，王 淼

（中核能源科技有限公司，北京 100080）

0 引言

在國民經濟發展中，建筑行業屬于支柱性產業，必須高度重視結構設計問題。在結構設計中，常面臨多種不確定因素，當存在設計漏洞時就有可能引發安全事故，對和諧社會建設危害影響大。為規避不良問題，需結合結構概念、設計過程，并考慮多種因素，對主體結構設計方案予以完善，確保施工工序安排的合理性，落實各項措施。通過大量建筑案例可知，融合概念設計措施，可加強主體結構質量，縮短工程建設周期，提高工程效益。

1 概念設計的內涵

在建筑設計實踐中，設計人員需掌握設計方向，對多種資料進行采集和整理，保證設計材料分析的客觀性。在設計實踐中，還要分析具體流程、方案內容，并要調整方案內容，提升建筑施工方案的契合度。在概念設計應用中，要求相關人員對工程相關因素進行分析，如工程環境、功能、形態等。因此在建筑工程中，合理應用概念設計法，要求設計人員具備較高的業務能力，并且能夠準確分析工程設計的影響因素，多方面探索概念設計方案，以保障建筑結構的實用性。

2 概念設計在建筑結構設計中的必要性

2.1 優化建筑結構設計方案

在建筑結構設計中，合理應用概念設計法，建立建筑整體架構，通過對比方法，可保證結構設計方案的合理性，同時能夠對建筑結構進行完善。應用概念設計法，要求設計人員基于整體角度，深入分析建筑結構，充分考慮到設計框架問題，從而減少設計量，降低設計壓力。在建筑結構設計中也要引入概念設計，確保結構設計方案的科學性，從而提高工程質量。

2.2 創新結構設計方式

建筑結構設計的資料需求較多，設計人員應具備豐富的經驗，通過創新思維，完善結構設計內容。概念設計可提升設計效率，從而獲得優質的設計效果。在具體工作中，參考以往設計經驗，總結歸納后獲得新思路，并按照具體設計要求進行完善，從而體現出設計思路。通過此種方式能夠減少結構設計的不良問題，確保方案內容合規化。但在具體應用中對于計算機的依賴度較強，很難判斷結構計算的準確性，無法及時發現質量、安全隱患，屬于缺少概念設計的表現。設計人員相互交流理念，能夠激發出新的設計靈感，創新設計方案，以滿足工程施工要求。

3 概念設計在建筑結構設計中的應用

3.1 場地選擇

在建筑結構設計中，設計質量會影響后續施工質量。保證施工場地選擇的適宜性，可順利實施設計方案。在選擇工程場地時可應用概念設計法，以綜合考慮地形因素。不同建筑的地形條件差異大，且地形對建筑穩定性影響大。按照具體情況，優化結構設計方案，以免地形危害結構質量。此外，在應用概念設計法時，還要考慮地質因素，要求設計人員勘察施工現場，從而掌握水文地質因素。此外，深入分析抗震因素，確定抗震指標，提升建筑結構安全度。

3.2 結構方案選擇

在建筑設計中，結構設計對設計質量影響非常大，因此相關人員要選擇適宜的結構設計方案，以免影響后續施工，導致工程質量下降。在建筑結構設計中，通過應用概念設計法，要求設計人員遵照實際要求，篩選出最佳設計方案，要點如下：全面落實施工前期準備，派遣專人考察氣候環境、地質環境、地形特征等，從而掌握建筑結構設計的要點，保障建筑結構的安全性；結構設計成果對建筑質量影響大，在明確設計外部因素后，也要掌控內部因素；在概念設計過程中，設計人員要掌握設計質量規范，將其融入工程標準內，保證建筑結構設計的合理性，同時提升建筑施工質量。所以在選擇結構方案時，要分析多個因素，保證選擇的適宜性，為后續工程提供依據。某建筑的結構設計如圖1所示。

圖1 結構設計方案

3.3 抗震設計

在建筑結構設計中，抗震設計屬于重要內容，優化抗震設計可保證建筑穩定性，提高建筑的災害抵御力，降低地震災害的影響。在具體設計中，設計人員應立足于地區實際情況，明確混凝土強度等級。在工程建設中，混凝土屬于重要的材料，因此要使其性能、質量達標，保證建筑結構剛度與耐久性。事前測評施工區域的地震級別，為設計人員提供數據依據。在檢測過程中，若發現工程區地震力較高，則要增加配筋數量。設計人員要正確認知配筋數量與建筑抗震能力的關系，按照測量放樣結果進行調整。在應用概念設計法時，要求設計人員通過BIM技術對地震發生過程進行仿真模擬，從而客觀分析抗震設計的科學性，彌補設計漏洞，對建筑抗震性能予以優化。

3.4 平面設計

為提高建筑抗震能力，在建筑平面設計時需綜合考慮結構部署情況，合理控制建筑結構扭矩度，以免遇到薄弱連接問題。在局部位置設置抗震縫，通過此種方式，將現存結構細化為不同抗震單元。根據建筑結構的平面特征可知，當高度持續增加時，其承受風壓相應增加。檢測計算后得知，圓形建筑的平面風荷載矩形面小，且不同位置的平面剛度接近，需將抗側力柱布設在建筑周邊，從而加強建筑的抗側剛度。優化建筑結構設計，編制科學的設計方案，根據結構特征、環境特征，科學應用概念設計原理，對坡面設計進行優化，減少設計漏洞。

3.5 縱向設計

在建筑抗側力結構設計時，由于結構剛度遵循由上至下分布法，為降低突發事件率，需降低結構對水平荷載力的抵抗。在建筑縱向結構設計中，加強或減弱處理建筑結構構件。當建筑結構規模較大時，設計人員應用高剛度束筒，從而獲得良好的節能減震效果。分析建筑結構特征可知，開展結構設計實踐時，需融合創新設計理念，通過斜拉索模式，確保空間環境的安全度。在建筑結構設計中，合理應用概念設計法，完善結構設計方案，在提升結構設計效率的同時，維護設計方案的合理性。

3.6 基礎結構設計

建筑基礎結構設計對建筑穩定性影響大，所以要確保方案的精確度。在概念設計中，要求設計人員掌握地區地形地貌，合理應用大數據，對區域內數據進行采集和分析，從而優化結構設計方案，提升輔助施工水平。箱形基礎、樁基礎屬于常見地基形式，在應用時能創造出高價值。因此，在基礎選型中，應注重基礎承載力、變形沉降量的分析。如果建筑層數較高，則應用樁基礎，合理控制變形量，發揮調控作用。

3.7 協同工程設計與材料利用率

協同工程設計的目的是要合理應用材料。通常情況下，當材料的利用率越高，則結構協同度越高，多數企業都希望通過低成本獲得高效益，所以要充分發揮結構材料的作用，比如梁構件的演變。矩形截面梁屬于普通受彎構件，材料利用率較低，應根據梁的受力特點，做好結構概念分析。由于梁截面存在應變梯度，當構件為軸心受力時，能夠提升材料的使用效率，平面桁架理解為掏空梁，即將梁內的多余材料去除，經濟性高，且自重優勢強，桁架的上弦相當于梁體受壓邊下弦。在規則桁架內，腹桿受力、梁主拉壓應力方向相同，將桁架外形設計為類似于彎矩的形狀，可保證桁架弦桿均勻受力。在桁架中，分布多個壓桿的強度，但并非由桿件截面材料的強度決定，而是由穩定性決定強度。所以在平面桁架設計時，需降低壓桿長細比。單純加大截面積也屬于可行的方法，但不是理想方法，尤其是上弦桿，要加大平面外剛度，并施加約束力。如果將平面外支撐與桁架連接，就會導致平面桁架變為交叉桁架。空間網架材料的使用率高，可推廣到大空間、大跨度結構中，然而在網架結構內包含壓桿，所以應力水平較低，此時就無法應用高強材料。通過消除結構壓桿，可采用懸索結構，以提升桿件的應力水平。當材料利用率較高時，可充分利用高強材料，同時施加外應力。在超大跨度結構中，首選懸索結構。分析混凝土基礎理論可知，其可發揮出各項材料的性能與作用，實現協同施工。鋼筋混凝土、預應力混凝土的區別在于，將兩種材料結合使用后可發揮各自優勢，還可反映人們對混凝土協同施工的認知。在協同施工中，要遵循整體工作原則。隨著概念設計重要性的提升，結構設計人員需具備深厚理論，并且要學習優秀的設計思想，確保每項設計的精益化水平。

3.8 計算機分析

計算機技術應用可提升工程管理效率。計算機技術可減少設計工作量，確保數據計算準確性，同時提升設計水平。但設計過程對計算機工具的過度依賴會導致工程人員學習積極性降低，阻礙專業技術的學習。通過計算機技術，盡管可提升設計人員的結構設計效率，但當軟件選擇不合理或人員工作能力較弱時，會對最終設計結果產生影響。概念設計能彌補計算機技術的不足，要求設計人員深入分析建筑設計需求，明確結構設計目標，制定具備可行性的施工方案，并可優化結構設計。

4 結語

隨著建筑行業的高速發展，對建筑結構設計提出較高要求。設計人員可通過概念設計理念，提升結構設計水平，深入分析業主需求，明確結構設計方案。必要時，聯合業主、結構技術要求，綜合評估設計方案，并按照評估意見改進設計閥桿，提升建筑結構設計安全性。