概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

宋淳

漢嘉設(shè)計集團(tuán)股份有限公司 浙江 杭州 310005

引言

建筑行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中的支柱性產(chǎn)業(yè)，在工程建設(shè)活動中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)建筑物的安全以及建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，國家也有相關(guān)的綠色建筑要求。在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，存在多種不確定因素，如果在隱蔽項目驗收之后發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在隱患或者浪費，嚴(yán)重情況下會出現(xiàn)安全事故，不利于和諧社會的構(gòu)建。為了保障施工的正常開展，在設(shè)計圖紙深化之前就要注重概念設(shè)計與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)合，預(yù)先避免一些不合理的結(jié)構(gòu)布置。根據(jù)以往建筑研究案例，先期的概念設(shè)計促使建筑整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量已經(jīng)經(jīng)濟(jì)性的提升，縮短建筑施工所需時間，提升項目品質(zhì)。

1 概念設(shè)計的重要性與具體流程

1.1 概念設(shè)計的重要性

在開展建筑設(shè)計的過程中，要將概念設(shè)計作為工作開展的前提，立足于特定的空間基礎(chǔ)之上，使用空間思維與理論經(jīng)驗的結(jié)合，完成整體設(shè)計工作，給出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。也就是說，概念設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，主導(dǎo)整體思維的發(fā)展，成為工作開展的核心。概念設(shè)計的認(rèn)知及理解依靠設(shè)計人員從業(yè)時間延長相應(yīng)提高，但從一些角度而言，該觀點的應(yīng)用過于理想化，當(dāng)外在的因素不會對整個設(shè)計工作開展產(chǎn)生制約時，才能夠?qū)⑦@一規(guī)律展現(xiàn)出來[1]。根據(jù)現(xiàn)今施工開展情況，在大多數(shù)設(shè)計單位的工程建設(shè)中，缺乏對技術(shù)施工內(nèi)容的優(yōu)化，并且沒有注重概念設(shè)計工作開展的創(chuàng)新性，依舊采取的是傳統(tǒng)、陳舊的思維手段，導(dǎo)致工作開展呈現(xiàn)出格式化現(xiàn)象，在不斷地模仿各種姿態(tài)開展工程設(shè)計，并不愿意進(jìn)行工程的創(chuàng)新，設(shè)計人員短時間內(nèi)無法接受全新的建筑工藝手段，導(dǎo)致實際規(guī)劃設(shè)計的建設(shè)施工方案質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，自身所具有的應(yīng)用價值和社會意義得不到發(fā)揮。對問題原因分析，主要是設(shè)計單位的人員培訓(xùn)管理不積極、不及時，項目周期比較緊湊無法及時復(fù)盤思考，以及設(shè)計人員對電算的依賴性等。

在時代發(fā)展背景下，計算機軟件層出不窮且讓從業(yè)人員產(chǎn)生較強依賴，設(shè)計師偏向于建模師。相應(yīng)人員依賴計算結(jié)果的限制，而不具備根據(jù)相應(yīng)細(xì)節(jié)進(jìn)行調(diào)整結(jié)構(gòu)體系的能力。同時一旦計算機系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題，設(shè)計人員也無法及時地對設(shè)計中的問題加以處理，無法對設(shè)計方案進(jìn)行判斷及調(diào)整。比如在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，經(jīng)常使用到彈性理念，根據(jù)彈塑性理念的應(yīng)用進(jìn)行適當(dāng)?shù)难由欤?dāng)其達(dá)到極限狀態(tài)后，可以完成截面的操作[2]。有些設(shè)計師并不清楚計算結(jié)構(gòu)與設(shè)計結(jié)構(gòu)受力不均的問題，完成的設(shè)計雖然不會顯示超筋等信息，但相應(yīng)造成配筋過大或抗扭過大等問題，卻不是通過調(diào)整受力路徑等方式解決。這樣需要在后續(xù)圖紙深化中進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模切扪a中需要花費較多精力與成本。

在開展日常的設(shè)計工作中，要注重對相關(guān)內(nèi)容的強化，使用概念設(shè)計工作原理，完成對整個結(jié)構(gòu)布局的調(diào)整，根據(jù)最初的設(shè)計方案完善整體建筑施工方案，促使施工人員專業(yè)化水平的提升，能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)概念設(shè)計落實到工程項目中，不僅提升施工設(shè)計工作開展的整體性與安全性，同時促進(jìn)設(shè)計單位工作的開展質(zhì)量。設(shè)計人員彼此之間經(jīng)過理念的溝通與交流，激發(fā)出作品設(shè)計的靈感，對工作方案進(jìn)行創(chuàng)新，滿足施工開展的各項需求。

1.2 概念設(shè)計具體流程

在開展概念設(shè)計的過程中，設(shè)計人員在電算前需要根據(jù)方案及項目訴求采取妥善的結(jié)構(gòu)體系選擇，這可以幫助建筑及方案排除一些不適宜的理念，并具有針對性的完善方案。再構(gòu)建起穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)模型選擇適當(dāng)?shù)臉?gòu)件尺寸將工作開展內(nèi)容覆蓋到建筑結(jié)構(gòu)體系、計算簡圖等多項內(nèi)容中。

設(shè)計人員在明確建筑物的功能之后，保障相關(guān)功能的可實現(xiàn)性進(jìn)行充分全面的發(fā)揮，同時對各種可能存在的影響因素進(jìn)行分析，適當(dāng)?shù)貙Y(jié)構(gòu)構(gòu)件展開微小的調(diào)整，以此保障結(jié)構(gòu)體系的空間、美觀、功能符合建筑的要求，同時為建筑物的經(jīng)濟(jì)性創(chuàng)造出更多效益[3]。

2 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 場地選擇

在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計中，注重場地選擇的科學(xué)性與適宜性，能夠安全及經(jīng)濟(jì)地完成方案設(shè)計。在一些施工場地的地基選型中，采用概念設(shè)計法，對整體因素加以綜合考慮，不同建筑對地基基礎(chǔ)的需求差異較大，不同的地基沉降會影響到建筑的穩(wěn)定性。結(jié)合施工所選擇的場地情況，進(jìn)行結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計的優(yōu)化，避免出現(xiàn)失誤，對后期整個結(jié)構(gòu)沉降產(chǎn)生影響[4]。同時還需要派遣施工人員前往施工現(xiàn)場考察，掌握當(dāng)?shù)氐乃摹⒌乩淼榷喾N條件。明確結(jié)構(gòu)選型的關(guān)鍵參數(shù)，得到相應(yīng)的抗震等級，場地類別粗糙度等制約因素，深入對施工區(qū)域的抗震因素分析，確定周邊區(qū)域的抗震指標(biāo)數(shù)據(jù)，提升建筑施工結(jié)構(gòu)的安全度。

2.2 結(jié)構(gòu)方案選擇

在建筑設(shè)計過程中，所選擇的不同結(jié)構(gòu)體系對安全及經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生的影響是比較大的，通常情況下，將概念設(shè)計法應(yīng)用在設(shè)計中，工作要按照方案要求展開，經(jīng)過篩選之后選擇出最佳結(jié)構(gòu)體系。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計最終成果對建筑施工質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，一旦明確外部施工因素后，也要掌握內(nèi)部的影響因素，保障所有設(shè)計人員設(shè)計工作開展的規(guī)范性，并且融入工程施工開展的標(biāo)準(zhǔn)中，提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作開展的合理性，為建筑施工開展質(zhì)量奠定堅實基礎(chǔ)。施工中對結(jié)構(gòu)應(yīng)用方案的選擇，要從多個不同因素加以分析，保障選擇所具有的適宜性特點，為后續(xù)施工開展奠定堅實基礎(chǔ)。

2.3 抗震設(shè)計

通常情況下，在組織開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程中，需要注重對抗震因素的設(shè)計，通過優(yōu)化抗震設(shè)計內(nèi)容，保障建筑施工的穩(wěn)定性，強化建筑整體的災(zāi)害預(yù)防能力，最大限度降低地震等自然災(zāi)害造成的影響。施工人員在開展設(shè)計工作時，要根據(jù)施工區(qū)域的地質(zhì)條件，明確混凝土的施工等級強度，混凝土作為建筑施工的重要材料，要保障材料整體質(zhì)量與性能滿足施工需求，提升建筑施工質(zhì)量的結(jié)構(gòu)剛性與耐久性[5]。在建筑工程開展之前，事先完成對施工區(qū)域地震等級的評測，為設(shè)計人員提供相關(guān)數(shù)據(jù)資料。在檢測地震強度時，如果施工區(qū)域的地震力比較高的話，就需要增加建筑鋼筋數(shù)量，設(shè)計人員要明確鋼筋使用數(shù)量與建筑抗震能力之間的關(guān)系，根據(jù)施工區(qū)域的測量放樣獲取的結(jié)果，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整配置。設(shè)計人員在使用概念設(shè)計法時，借助BIM技術(shù)的應(yīng)用，完成對地震發(fā)生過程的仿真模擬設(shè)計，客觀的展開對建筑施工區(qū)域抗震設(shè)計，保障工作開展的科學(xué)性，有效彌補設(shè)計中存在的不足，優(yōu)化建筑抗震性能，提升工作開展質(zhì)量。

2.4 平面設(shè)計

想要提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震能力，就需要設(shè)計人員在開展平面設(shè)計時，要注重對結(jié)構(gòu)部署情況的考量，合理實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的扭矩度加以調(diào)控，避免在建筑應(yīng)用過程中出現(xiàn)連接問題。對于建筑局部區(qū)域需要完成抗震縫的設(shè)計，根據(jù)相關(guān)方法的應(yīng)用，逐漸的細(xì)化現(xiàn)存結(jié)構(gòu)單元，將其分為多個不同抗震單元。結(jié)合現(xiàn)今建筑結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計特征可知，當(dāng)建筑施工高度在不斷提升時，建筑自身所承擔(dān)的風(fēng)險壓力也在不斷增加。經(jīng)過專業(yè)化的檢測之后，此時圓形的建筑平面風(fēng)荷載矩形面變小，在不同位置上整個平面剛度是比較接近的，還需要在建筑的周邊布設(shè)抗側(cè)立柱，以此不斷提升建筑整體的抗側(cè)剛度[6]。通過對建筑結(jié)果設(shè)計的優(yōu)化，實施科學(xué)的設(shè)計工作開展方案，按照結(jié)構(gòu)特征、環(huán)境特征等，實現(xiàn)對概念設(shè)計原理的科學(xué)化應(yīng)用，優(yōu)化建筑的坡面設(shè)計，避免建筑施工中出現(xiàn)更多漏洞。

2.5 縱向設(shè)計

在組織開展抗側(cè)力結(jié)構(gòu)設(shè)計時，建筑的結(jié)構(gòu)性剛度需要嚴(yán)格遵守從上至下的分布施工法，減少出現(xiàn)突發(fā)事件的概率，同時保障在施工中降低結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平荷載力抵抗。而在進(jìn)行縱向建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，適當(dāng)?shù)丶訌娀蛘呤菧p弱對建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的處理，如果遇到的建筑結(jié)構(gòu)規(guī)模比較大，就需要采取高剛度束筒操作，以此提升建筑的節(jié)能減震效果。通過對建筑結(jié)構(gòu)自身特征的分析，結(jié)合整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計操作實踐，將創(chuàng)新理念融入設(shè)計中，借助斜拉索工作開展模式，保障建筑整體空間環(huán)境的安全性。建筑施工設(shè)計工作的開展，要合理的強化對概念設(shè)計法的應(yīng)用，保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計施工方案更加完善，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計工作開展效率的同時，促使施工設(shè)計方案更加合理。

2.6 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計

將概念設(shè)計應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對整體施工的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，但是需要保障施工方案設(shè)計的準(zhǔn)確度。設(shè)計人員在進(jìn)行概念設(shè)計時，需要掌握施工區(qū)域的地形地貌，強化對大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，完成對區(qū)域內(nèi)部各項數(shù)據(jù)資料的采集與分析，提升結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的優(yōu)化，促使建筑施工水平得以提升[7]。在地基施工中，主要采取的是箱形基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)屬于常見地基形式，將其所具有的應(yīng)用價值充分發(fā)揮出來，在基礎(chǔ)選擇工作中，需要注重對基礎(chǔ)承載力、變形沉降量等數(shù)據(jù)資料的分析。如果建筑施工的樓層比較高，就需要使用樁基礎(chǔ)完成操作，最大限度實現(xiàn)對變形量的控制，將其所具有的調(diào)控作用發(fā)揮出來。

3 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體案例

項目位于杭州市臨平區(qū)某住宅小區(qū)，17層剪力墻體系住宅樓，層高2900，剪力墻抗震等級為3級。項目分析在建筑平面中間兩戶之間的分戶墻在計算時是否設(shè)置剪力墻，此做法符合概念設(shè)計中的“墻柱弱梁”概念，即讓豎向構(gòu)件吸收更多的地震力，減少梁的相應(yīng)配筋。同時也符合“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)[8]。

在此概念下，得出的相應(yīng)兩個不同的結(jié)構(gòu)電算模型，其主要區(qū)別即為增加此剪力墻，其余微調(diào)構(gòu)件尺寸以保證兩個樓的位移角等指標(biāo)幾乎一致。經(jīng)過相應(yīng)配筋計算后，得出增加剪力墻的電算模型相應(yīng)減少整樓用鋼量的0.3kg/m2。造成此結(jié)果的主要原因為：增加的剪力墻吸收了大部分的地震力，且減小了梁的跨度，相應(yīng)增加的構(gòu)造鋼筋遠(yuǎn)小于梁增加的彎矩計算配筋。

在后續(xù)的設(shè)計中也相應(yīng)結(jié)合了場地，以及基礎(chǔ)的造價，以及項目的進(jìn)度進(jìn)行考慮，先行區(qū)樓棟的基礎(chǔ)按照筏板考慮，所以沒有增加新樁，則按照增加剪力墻的方案更為經(jīng)濟(jì)，其余區(qū)塊考慮做防水板+樁基基礎(chǔ)，此處須增加1～2根樁，且首層按照建筑考慮有南入門廳，也相應(yīng)影響建筑空間的使用，則取消該剪力墻設(shè)置。

4 結(jié)束語

總的來講，當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展速度較快，現(xiàn)今要求設(shè)計人員在進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要采取到概念設(shè)計，與現(xiàn)代化建筑管理信息服務(wù)系統(tǒng)相結(jié)合，將概念設(shè)計所具有的效果發(fā)揮出來，保障設(shè)計工作的合理性與可行性得以提升，為后續(xù)項目施工工作的開展提供安全和經(jīng)濟(jì)的保障。本文闡述了概念設(shè)計的重要性，而后深入展開對概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用途徑的分析。