建筑結構設計中概念設計與結構措施研究

摘 要：為深入探究現代建筑結構設計的關鍵因素，提升設計品質并改善工程質量，本文系統分析了影響建筑結構設計質量的諸多要素，涵蓋工程地質條件、建筑平面布置、建筑結構材料以及抗側力構件等；同時，深入探討了概念設計與結構措施在實際應用中的策略，如科學選定建筑工程基址等，并結合實例進行了詳盡的論證分析。研究結果表明，概念設計與結構措施的有效運用，對于確保并提升建筑結構設計質量、增強建筑結構的穩定性與抗震性能具有顯著作用。因此，全面優化概念設計與結構措施，對于顯著提升建筑結構設計水平具有至關重要的作用。

關鍵詞：建筑結構設計；概念設計；結構措施文章編號：2095-4085（2025）02-0082-03

0 引言

當前，我國建筑行業正飛速發展，建筑結構設計作為確保建筑質量的核心環節，其重要性亦日益凸顯。這一過程不僅要求緊密圍繞建筑多樣化的空間功能需求進行概念設計，還必須精準把握建筑結構受力特性，從力學等多重視角出發，對結構方案進行深度優化，旨在不斷拓展建筑結構設計的新境界。概念設計側重于引入前沿設計理念與方法，通過與傳統建筑結構設計經驗的對比與融合，不斷完善設計方案。在此環節中，結構的安全性與穩定性成為首要考量，而在建筑結構的整體設計中，概念設計更需從宏觀視角，如震感機制、結構失效原理等，對設計形式進行革新優化，以確保建筑結構在抗震性能、承載能力、剛度及強度等方面的卓越表現。本文聚焦于影響建筑結構設計的關鍵因素，深入探究建筑結構設計中概念設計與結構措施的應用，并結合實例分析具體對策，旨在推動我國建筑結構設計領域的持續發展與進步。

1 影響建筑結構設計質量的因素

建筑結構設計是后續工程安全與穩定性的重要保障。影響建筑結構設計的主要因素有工程地質條件、建筑平面布置、結構材料以及建筑抗側力構件設置等。

（1）工程地質條件。很多房屋建筑工程在施工建設之前，需提前勘查、了解所處地區工程地質條件，如地質環境復雜、地質勘查不到位等因素會極大影響建筑結構設計水平和質量，導致結構設計要素與工程實際地質條件匹配度不高，進而影響建筑物穩定性和結構布局。同時，建筑結構設計需進一步了解工程所處地區氣候條件、自然環境水平及抗震要求，要避免出現建筑功能需求與結構設計相悖的情況。若目標建筑所處地區地質條件水平不達標，如軟土地基、溶洞、濕陷性黃土等特殊巖土或地質，需在地基和基礎設計環節進行專項優化，以避免影響建筑質量，造成多種安全隱患問題。通常，可進行地基強化處理或直接換土重填，并配合樁基礎施工技術，來改善建筑物結構承載力及穩定性水平。

（2）建筑平面布置。若建筑平面規劃布局存在過度凹凸或不規則的情況，則會導致結構凹凸部位受力不均，平面布置存在薄弱部位，這樣的布局容易在地震工況下產生較大變形和裂縫甚至坍塌等風險問題［1］。

（3）建筑結構材料。建筑結構設計可應用新材料等新型技術手段，全面提升建筑結構抗震性能，以確保建筑結構節點牢固、準確、可靠，進而提升結構剛度與強度。建筑結構布局需立足于建筑內不同空間功能需求，兼顧人們未來生活與休閑需要，對結構布置要素進行優化，以免構件及桿件數量增加而造成結構模塊資源浪費問題；也可以積極應用各類新型綠色施工建筑材料，優化結構布局，降低工程建設成本。

（4）科學合理設置抗側力構件。其是建筑結構設計的關鍵要素，適用于克服剪力墻及中心支撐構件的抗側力體系。若房屋建筑平面設置為不規則形態，可應用抗側力構件著力改善建筑抗扭及抗震效果，同時也可針對建筑結構薄弱部位設置與之適配的構件布置形式。

2 建筑結構設計中概念設計與結構措施

2.1 合理選擇建筑工程基址

建筑結構設計中，建筑基址對于結構安全穩定性的影響至關重要。當前，不同類型建筑如大型商業綜合體建筑、高層建筑、工業廠房建筑等，在抗震與安全性方面要求各不一致，但不同類型的建筑工程均需選擇高抗震屬性的區域。另外，在進行建筑結構設計前，需開展地質勘查，提前了解工程所處地區以及相應場地的水文地質條件，要避免選取地震活動頻繁或地基為軟土、薄弱地基等不良基礎區域。在地震頻發的地區，建筑結構在地震力的沖擊下穩固性大幅降低，加之建筑上部結構承載力的疊加效應，建筑坍塌的風險會顯著增加。若因特殊條件需在不良地質區域施工，建筑結構設計中必須實施專項加固處理。在規劃結構時，需全面考慮建筑上部結構的承載能力、地基基礎的沉降等關鍵因素，以降低設計風險［2］。

以軟土地基為例，因其綜合承載力較弱，需進行地基加固處理。水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）是理想的加固選擇，它兼具穩定性與經濟性。CFG樁采用工業廢料粉煤灰，有助于控制工程造價，且作為高粘結強度樁，廣泛應用于多樁型復合地基、條形基礎、獨立基礎，以及飽和與非飽和粘性土等多種地質條件。憑借其廣泛的適用性和高效的加固效果，CFG樁已成為建筑領域常用的地基處理技術。

2.2 優化建筑結構選型與布局

概念設計與結構設計在側重點、成果及工作內容上各具特色。概念設計注重從宏觀到微觀的構思過程，依賴于設計師的實踐經驗進行定性判斷；而結構設計則基于前期地質勘探等理論基礎，進行精確的定量計算，繪制施工圖。在建筑結構設計中，融合概念設計與結構措施，旨在優化結構選型與布局，確保后續建筑功能的實現。

設計結構形式時，需兼顧結構的對稱性與連續性，避免盲目追求建筑美學與獨特性而采用不規則結構。對于高抗震要求的項目，可采用框架結構結合加減隔震技術，并依據建筑內部功能需求進行功能定位與綜合分析，從而確保結構布局的科學合理性。在此過程中，結構設計人員可借鑒以往經驗，以提升建筑結構的穩定性。例如，某工程采用鋼框架主體與鋼筋桁架樓層板廊板，通過抗震縫將E形平面劃分為多個規則矩形，此選型與布局不僅節省成本，還顯著增強了結構的穩定性和承載力［3］。

2.3 分析建筑結構受力與結構體系

建筑結構受力分析是確保建筑結構平衡的關鍵。當前，部分建筑設計過于追求復雜性和現代感，導致結構復雜度大幅提升。在應用概念設計時，需深入分析建筑工程結構設計，全面評估對標建筑的結構設計問題，以便及時發現并糾正數據處理中的誤差，同時進行優化。在綜合評估階段，設計人員應結合過往經驗制定結構設計規劃，并進行專業評估。建筑結構受力分析與計算應借助專業軟件，測定各節點受力情況，以評估變形風險。對于不規則設計元素，需分析構件受力及傳導關系。在優化建筑結構體系時，既要考慮整體受力關系，也要關注單個構件的受力水平，可運用BIM等三維建模軟件，結合概念與結構設計要素，構建豐富的建筑結構模型，以評估設計方案的合理性。例如，在剪力墻結構設計中，采用鋼筋混凝土結構時，設計人員需重點考慮剪力墻的抗側力、豎向受力及平面外受力，據此合理確定其厚度與長度，進而優化結構選型與布局的抗扭轉性能，提升建筑結構的強度與剛度。

2.4 科學選擇建筑材料

隨著建筑行業的高速發展，綠色、低碳的施工材料和技術在建筑領域的低碳轉型中占據著重要地位。在建筑結構設計時，應積極融入新理念，采用新型施工技術與材料，以實現工程建設目標，并確保結構材料的質量與性能。在此過程中，需精心挑選建筑結構材料，明確各項指標參數，如鋼筋、混凝土的選型與配置。結構設計人員要全面了解當前市場廣泛應用的鋼筋混凝土材料質量性能，在確保與工程結構要求一致的前提下，提升材料性價比。例如，常規建筑工程可選用C25級以上的混凝土，在建筑結構縱向加固中可采用高強度鋼筋，或選擇其他與結構設計性能相匹配的材料。對于非抗震樓板構件，可選用CRB 600H鋼筋，其強度達430N/mm2，完全滿足非抗震樓板構件的運維需求，同時有助于降低材料采購成本，有效控制工程造價［4］。

2.5 確定關鍵性結構設計參數

關鍵參數包括橫向剛度、振動周期和層間位移角等，需在概念設計與結構措施優化中合理確定。例如，在剪力墻結構中采用抗側結構構件，能承擔建筑主體80%的風荷載和水平地震作用，可增強建筑的穩定性和剛度。同時，還需優化建筑周期比，明確結構轉動與扭轉剛度的分布，以防止建筑出現扭轉效應或形變。層間位移角作為樓層層高與層間位移的比例，可評估結構設計的剛度與不規則性，通過控制該參數，可有效避免構件形變導致的結構開裂問題。

3 應用案例分析

本文以某地大型建筑為例，深入探討建筑結構設計中概念設計與結構措施。該建筑地上18層，地下2層，總建筑面積為72，865m2。為全面了解該建筑項目的具體情況，結構設計人員開展了全方位調查研究，并結合建筑功能需求確定了結構設計要素，如結構形式、地基、混凝土強度等級、結構安全等級等。該建筑主體為框架剪力墻結構，基礎結構為筏板基礎、獨立承臺基礎。建筑抗震設防烈度為7度，抗震設防類別為丙類，結構安全等級為二級，基礎設計等級為乙級。

3.1 選擇施工場地

該建筑工程開展結構設計時，綜合應用了概念設計與結構措施，在優化前期工程選址，明確場地位置后，再通過地質考察結果確定地基類型和地基基礎結構形式。結構設計人員在施工現場開展了地質勘探調研，重點圍繞土層、水文等基礎信息收集數據，以此作為建筑結構設計依據。該建筑項目地基以上土質分層主要為中等風化花崗巖、砂土狀強風化花崗巖、碎石強風化花崗巖、粉質黏土、砂質粘性土等。場地地下水初見水位埋深為0.2～8.5m，標高為12.5～35.4m；鉆孔穩定水位埋深為0.1～8m，標高為12.7～35.9m。地基持力層及以下土為粗砂、粉質黏土及雜（素）填土。該建筑工程根據地質勘察結果與地基受力結果確定地下1層與2層層高分別為3.2m和3m，應用筏形基礎，基礎結構厚度為1.5m。若施工中存在濕陷性土層，需開展換土重填，挖除濕陷性土層后再開展基礎施工。

3.2 優化建筑結構抗震性能

該項目建筑結構設計的核心在于優化抗震性能。通過全面分析抗震性能的相關數據要素及其影響因素，對比不同施工材料的抗震性能，結合防震數據與結構設計參數，精選適配的施工材料。同時，應深入考察建筑材料市場，綜合廠家、性能、參數及性價比等因素，選定符合工程抗震需求的原材料，并明確其生產指標，強化材料性能。例如，在剪力墻及結構設計中，要根據結構需求精準調整鋼筋、構件等材料的尺寸與參數，從而實現指標化管理，以確保所選材料能有效提升建筑的抗震能力［5］。

3.3 設置防震縫與后澆帶

防震縫是震區房屋設計的關鍵要素，能將建筑結構分隔為多個獨立且規則、剛度均勻的單元，防止地震時相鄰結構單元碰撞，減輕地震對建筑的負面影響。設置防震縫及后澆帶時，需精確定位防震縫位置，并同步采用保溫隔熱及防水設計，以避免施工難度增加、成本上升或影響建筑外觀。為增強結構穩定性，該建筑采用十字交叉型連拼結構，通過增設后澆帶與防震縫，有效提升了混凝土澆筑質量，改善了結構扭轉及溫度應力問題。

3.4 調整建筑結構關鍵參數

該建筑應用了框架——剪力墻結構，可以將實際周期折減系數作為關鍵參數之一。若該系數減小即具體剛度會隨著總剛度的增加而增加，可確保該建筑結構的實際周期折減系數處于0.7～0.8。應用多塔形式需要以三倍層數標準確定振型數，同時考慮建筑豎向荷載參數對梁結構的受力影響，可設置跨中彎矩，以改善梁體結構穩定與安全性。

4 結語

綜上所述，在建筑結構設計領域運用概念設計與結構措施時，需精準識別并把握影響設計的核心要素，進而實現建筑工程基址的優化遴選、建筑結構選型與布局的合理性提升、結構受力分析與體系構建的精確性確定、建筑材料的科學選用，以及關鍵結構設計參數的嚴謹設定。本文通過剖析具體的應用案例，深入探討了概念設計與結構措施的實踐應用，旨在為建筑行業的結構設計質量優化提供有益的參考與啟示。

參考文獻：

［1］武陸旭.建筑結構設計中概念設計與結構措施的應用研究［J］.中文科技期刊數據庫（文摘版）工程技術，2023（4）：19-21.

［2］高陽，李媛.建筑結構設計中概念設計與結構措施的應用探討［J］.門窗，2023（14）：187-189.

［3］張虎虎.建筑結構設計中概念設計與結構措施的應用［J］.建材發展導向，2023，21（3）：108-110.

［4］孫國紅.建筑結構設計中概念設計與結構措施的應用［J］.綠色環保建材，2021（7）：65-66.

［5］龔學琳.建筑結構設計中概念設計的應用［J］.建筑與裝飾，2023（14）：53-55.

作者簡介：周偉（1987—），男，漢族，山西太原人，工程碩士，高級工程師。研究方向：建筑結構/巖土。