建筑结构概念设计的优化措施分析

邢贵龙

（浙江省超维建筑设计院，浙江 杭州 311100）

一、引言：随着社会经济的发展，人们对于建筑结构设计也提出了更高的要求。特别是近年来，随着先进的计算理论迅速发展，计算机的应用得到了普遍的加强，而各种新型轻质、高强、环保的建筑材料也得到了深入的研究和广泛的应用，使得建筑结构设计已不仅仅局限于安全可行，适用、美观、可靠、经济等因素在建筑结构设计中的重要性正在迅速提高。因此，推广概念设计的优化、打破以往的墨守成规、充分发挥创新能力，已成为建筑结构设计的当务之急。

建筑结构设计的最终目的,就是为了寻求一个最令人满意的设计方案，而其最开始的概念设计往往是最困难的。因为概念设计与之后的详细设计不同，它具有典型的不确定性。正因为如此,许多设计人员为了图省事，在概念设计阶段往往只是通过调查几个甚至两个设计方案，从中选择最优方案。这种片面的概念设计方法，其结果不言而喻，最终必然会导致成本的增加,造成不必要的浪费。因此，关注业主的经济利益、满足建筑结构的功能要求、达成业主的其他重要需求，是一个优秀的设计人员最起码的目标，而其中的重中之重，就是建筑结构概念设计的优化。

二、建筑结构概念设计的特点：建筑结构概念设计与精确规范的理论设计不同，它是一种带有经验总结性、非规范性的设计。概念设计不需要通过计算机或其他计算工具来进行严密精确的数据运算,而是以地震参数、试验结果、结构体系中的整体或个体之间的力学联系、结构的破坏机理、以及工程经验等为依据的一种概念性的设计思想和设计原则,它主要是对建筑结构进行总体规划布置和宏观调控。

建筑结构概念设计,绝非毫无逻辑性的混乱主义,而是当精确规范的理论设计不能正确解决建筑结构过程中出现的问题时,采取的一种补充的手段和思路，它是建筑结构设计过程中的重要组成部分。由于现行的结构设计理论和计算理论还存在许多缺陷甚至不可计算性，因此要求设计人员必须要有优秀的概念设计素养，才能弥补现行理论的缺陷，从而满足建筑结构设计的要求。另外，过度的精密运算结果往往并不能正确反应建筑结构的实际状态,由于理论设计的习惯性、机械性，有时极容易进入误区，从而导致隐患和错误的产生,而拥有人性化思维方式的概念设计，由于通过了对现实环境的饱满性探讨,在建筑结构设计初期起着无可取代的作用。同时，由于计算机的计算结果具有高精度的特点，往往会使设计人员对结构的工作性能产生误解，设计人员只有积极培养概念设计的能力，才能更加真实、客观地理解结构的工作性能。

综合运用掌握的结构概念，深刻了解各类结构的性能，想方设法地找寻并选择造价最低、效果最好的建筑结构设计方案，正是建筑结构概念设计优化的核心灵魂所在。

三、建筑结构概念设计的优化措施

1、优化设计目标：每项建筑结构的设计都受到了多项客观目标的影响,而且通常这些目标之间具有一定的矛盾性,若要提高某项目标的要求，往往以降低其他目标的要求为代价。而建筑结构概念设计的优化，首当其冲就要考虑一种最为合理的方案，使这些相互矛盾的客观目标之间达到一定的平衡。

要实现各项目标的平衡,需要考虑大量的因素,一般而言，最具代表性的就是要达到初始总投资、年运行成本和收入这三个目标的平衡。即通过概念设计的优化，尽可能地保证初始总投资和年运行成本的最小化，同时保证收入的最大化。其中，初始总投资的影响因素很多，包括土地成本、建筑结构及装饰成本、水电暖通成本、智能系统成本、消防系统成本等等，但归根到底，就是取决于建筑总面积和单位面积造价；年运行成本是对建筑结构和设备进行清扫、维护、管理等的费用；而收入则是建筑投入使用的所得费用，包括出售、出租及投入生产所得盈利等等。

通常在合理的范围内，往往初始总投资越大，相应也会增加年运行成本，但同时收入也会得到提高。因此建筑结构概念设计的优化，就是要在业主能够承受的初始总投资和年运行成本的范围内，实现收入的最大化，当然其中还要考虑投入产出比等细节问题，总之保证设计成果的利益最大化。

2、优化设计约束

建筑结构概念设计同样还受到建筑物的可靠性、功能性、舒适性等多重限制的约束。如何在满足这些约束的同时，尽量降低成本、提高产出，也是建筑结构概念设计优化的一项重要内容。

建筑结构的设计约束一般可分为条件约束、规范约束和隐性约束三类。其中，条件约束又包含现实因素和业主要求两方面的内容。现实因素包括了土地大小、周边环境、政府有关部门的总体规划等等；业主要求则内容广泛，可以是建筑物的尺寸、高度，也可以是建筑的造价，还可以是建筑的局部功能（比如要求有地下室）等等。规范约束则是相关规范规程的强制性指标，它包括了建筑物的最大长宽比、最大高宽比、混凝土强度、防水抗渗等级、消防要求、人防要求等等。无论是条件约束还是规范约束，都应是建筑结构概念设计中必须满足的要求，而隐性约束则是设计人员对概念设计进行优化的重点。

简单的说，隐性约束就是要求设计人员对于建筑结构的概念要有深入的把握，它是一种虚幻性的约束，往往容易被忽视，但其实它才是设计约束中对概念设计进行优化的关键所在。比如将建筑物中阳光少、地势差的区域用作卫生间而将阳光充足、地势好的区域用作办公室，在同样大小的土地上选择更舒适合理的户型等等行为，都是建筑结构概念设计的优化措施。

3、优化结构体系和计算简图

建筑结构体系的设计是建筑结构概念设计中的一项重要内容，设计人员通过结构体系的建立将整个建筑的构成清晰完整地呈现出来。建筑结构体系是一个统一的、不可分割的整体,而不是各个部件个性体现之后的组合，各个部件只有组合在一起时才真正具备了建筑结构价值。因此，在规划结构体系时,应当着重全盘、整体的考虑，切不可对单一的部件进行分别设计然后再进行组合，否则将丧失其特定的内涵。

建筑结构概念设计在选择计算简图时，应当尽量选用有结构构造措施的计算简图。因为计算简图是建筑结构概念设计计算的重要组成部分,在一定程度上决定了结构计算的准确性和可靠性。因此，对计算简图的选择应当慎之又慎，同理，对于计算简图的优化，也是优化建筑结构概念设计的重要措施。

4、虚拟现实技术的应用

虚拟现实技术，就是在虚拟现实的环境中，由设计人员利用工程知识库、组件库、数据库等来建立建筑结构的三维虚拟模型。它具有一项具有较强立体感、真实感和现场感的仿真系统。在建筑结构概念设计中应用虚拟现实技术，可以对系统中的模型重复地进行参数设计和动态分析，根据得出的不同结果进行反复比较和同步修改，从而实现对建筑结构概念设计的优化。

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