浅谈建筑结构设计中的概念设计-建筑设计论文发

发布时间：2022-10-05 10:10 热度：

浅谈建筑结构设计中的概念设计

屈 妍

摘要：关键词：建筑结构 概念设计 设计应用 结构设计

概念是一种反映事物本质属性的思维形式，它反映客观事物一般的、本质的特征，是人们在实践基础上经过感性认识上升到理性认识而形成的。目前，人们在具体的空间结构体系整体研究上还有一定的局限性，在设计过程中采用了许多假定与简化。因此，这就要求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，把概念设计应用到实际工作中去，打破建筑结构设计中墨守陈规的现象，充分发挥结构设计工程师的创新能力。随着社会经济的发展和人们生活水平的日益提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求，概念设计的思想被越来越多的结构设计工程师所接受，并将在结构设计中发挥越来越大的作用。

1 概念设计的方法

概念设计是指不经数值计算，尤其在一些难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。

运用概念设计方法，可以在建筑设计的方案阶段就迅速有效地对结构体系进行构思、比较与选择，从而使方案概念清晰和定性正确，避免在后期设计阶段出现一些不必要的繁琐运算，也是判断计算机内分析输出数据可靠与否的主要依据。通过运用优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的，弥补现行结构设计理论与计算理论之间存在的某些缺陷或不可计算性。

2 结构概念设计的方法研究

2.1遵从实际出发、功能协调、全面分析的方法

在结构设计前，要对当地的实际情况进行全面的了解和分析，对所取用的设计条件必须符合当地实情，设计方案充分满足未来使用的实际需要。例如：认真考虑当地的气象条件、水文条件、地质条件；认真考察当地的民风、民俗、文化背景、已建的典型建筑；认真调查当地的资源、环保情况，体现就地取材，设备供应充足，施工技术可能等。更为重要的是在结构设计时，应掌握全面构思的原则。首先，把考虑到建筑、结构、施工三个方面统一起来，把建筑的功能、技术、经济统一起来考虑，处理好整体与局部的关系。一般应先从整体入手，确定建筑物场地条件，提出主体结构系和基础选型等，进而考虑一些主要构件类型和连接关系。再将主要构件整合起来，从结构的使用性、安全性、耐久性、整体稳定性来加以修正。在上述三维构思的基础上进行二维构思阶段，主要处理好竖向体系(墙、柱、基础)和水平体系(楼板、屋面板)的选择及它们间的双边关系。在二维的基础上来构思一维的施工图。这里要解决的问题既有各自的相对的独立性，又有它们之间的关联互相照应性。

在概念设计时，更加注重各方面功能的协调，主要解决好建筑、结构、设备选用、环境的协调。建筑与结构功能的协调就必须考虑到建筑的使用与结构的布置相结合，建筑的分区与结构的分段相一致；结构与设备相协调方面，必须考虑到设备系统的布置和结构的布局相对应，设备线路和结构构件相通，设备构造和结构构造相配等；结构与施工相互协调，结构构件及局部的构造应与施工的可能性及便利性结合，考虑构件受力元素和受力状态与施工过程中的做法相一致。

2.2空间工作的方法

进行结构设计应充分考虑建筑各结构部分的空间作用，实际建筑的各部分受力本身就是空间的作用，只是为了计算和分析的方便人为地把建筑物分成了平面来分析，在分析的时候作了一些假定和简化。这就要求在进行结构分析要有意识地利用一些空间的概念来考虑问题，就可以增大建筑结构的刚度，受力效能就会优越起来。在结构概念设计中一定要紧紧抓住刚度这条主线不放，就可以达到保证安全、经济可靠的理想境界。如：在砌体结构设计中，设置钢筋混凝土圈梁和构造柱，主要是加强结构构件的平面外的刚度；对一般的多高层建筑，随着建筑高度的不断地增加或抗风抗震级别的提高，结构体系由纯框架结构逐步演变为框架—剪力墙、剪力墙、筒体—框架、筒中简体系。这说明结构的整体刚度要求越来越高，结构的空间工作效能要求越来越高。“建筑抗震设计规范”、“高层建筑混凝土结构技术规程”规定了各种结构体系的适用范围和适宜高度充分体现结构的空间工作效能。结构设计必须考虑结构体系空间的相互作用增加建筑物的刚度，提高建筑物的整体工作效能。如：在框架中增加受力一侧柱子截面高度、设置刚度更大的水平梁、加设剪力墙等；剪力墙体系中剪力墙的布置要求“周边、对称、成对、封闭”等。同时，应控制剪力墙中连梁的高度或用带缝的剪力墙调整结构刚度等。

2.3减轻结构自重的方法

减轻建筑物自重是结构设计人员永远追求的目标，也是结构概念设计的一条重要原则。减轻结构自重不仅是降低了竖向荷载，同时水平地震作用也成比例地减少，极大减轻了震害。对降低造价，加快施工速度，节约资源都有明显的改善。减轻结构自重应充分考虑采用高强材料、新型材料，如采用高强混凝土、高强钢筋、轻集料混凝土、合金材料等；考虑合理的结构布置，如选择合理柱网、减小外墙尺寸等；选择优越的结构体系和高效能的结构型式，如采用网架网壳体系、空间桁架、预应力结构等减少构件的截面。

2.4受力合理、协同工作、变形统一的方法

受力合理就是要求结构构件受力均匀、传力简捷、明确，避免不明确的受力状态。从变形的角度来看，可利用结构的对称性、刚度的相对性、变形连续和协同性。结构的协同工作主要表现在：基础与上部结构变形的协调性，将其视为整体来分析，如在基础设计时应实现上部结构、基础、地基共同工作，利用等带刚度法等考虑上部结构对基础的影响；在多高层尽可能避免短柱的形成，其主要目的是使同层各柱在相同的水平位移时，能同时达到最大承载力；高层角柱沿全高箍筋加密或采用巨型钢管柱等达到增强角柱的强度和变形能力，使结构中各构件协同工作，变形统一。

3 概念设计的意义

3.1展现先进设计思想的关键

概念设计的根本宗旨，是在特定的建筑空间及地理条件下，用整体概念来考虑建筑结构的总体方案，且能有意识地发挥和利用结构总体系与分体系之间的力学特性与关系。运用概念设计从整体上把握结构的各项性能，方能对计算分析的结果进行科学判断和合理取舍。在概念设计之初的方案阶段，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较、分析与选择，可采用概念性设计到工程中去。

3.2体现结构设计的原则与灵活

建筑物是一个完整的空间结构，各构件都在以相当复杂的受力方式共同工作，而并非是独立于总体结构体系之外的单独构件。当前在建筑结构设计界，对具体空间结构体系的整体研究上还存在着局限性，以至于在设计过程中采用了许多假定与简化方法。作为结构工程师，一方面在设计过程中既要做到严格遵守和执行相关的强制性规范和要求，坚持结构设计的原则不能改变，另一方面，又不应盲目、教条、机械地照搬照抄，尤其是对推荐性规范和要求，应把它作为一种结构设计中的指导和参考意见，从而可在实际的设计项目中作出更为正确的选择。这就对结构设计工程师提出了要求，要对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有更为透彻的认识和深入的了解，把建筑结构概念设计应用到实际工作中去。

3.3弥补设计、计算理论的不足

目前的结构设计计算水平难以有效地保证结构设计的抗震、抗风性能，尤其是抗震设计。以“5·12汶川大地震”为代表的近几年国内外几次震害的经验教训充分说明，从某种意义上讲，概念设计确实比分析计算更为重要。目前，现行的结构设计理论和计算理论仍然存在着一些缺陷：如对混凝土结构设计，内力计算采用基于弹性理论的计算方法，而截面设计则采用是基于塑性理论的极限状态设计方法，两者的矛盾使计算结果与结构的实际受力状态存在较大差距。为了弥补设计、计算理论的缺陷，或实现对实际存在的大量难以计算的结构构件的设计，也需要概念设计与结构措施来共同满足结构设计的需要。

4 结语

随着科学技术和经济社会的发展，人们对建筑物质量的要求越来越高，而通过概念设计的不断创新，受力合理、性能良好、造价低廉的建筑结构总体方案无疑会受到人们的青睐。因此，概念设计是设计思想发展的必然产物，也会成为今后时

期结构设计的主流思想。