建筑结构设计中结构概念应用分析

杨全庆　杨庆兵

【摘 要】在建筑结构实际中概念设计的应用是非常重要的，概念设计与结构措施优化了实际结构理论中存在无法精确计算的结构构件的设计。因此，需要加强结构概念的培养，以推动结构设计的发展。本文从概念设计重要性的概述出发，分析了介绍了建筑结构设计中概念设计的重要性应用。

【关键词】建筑结构设计；概念设计；重要性；剪力墙；指标控制

传统的建筑结构设计计算，以抗震设计为例，一般根据初步确定的结构断面尺寸、混凝土强度等级计算出结构刚度，再根据结构刚度计算出地震力，再进行配筋计算。但是，结构刚度越大，地震作用效应就越大，配筋量就越大，越不经济，恰恰是为了抵御地震力设置的大量钢筋却又增加了结构的刚度，增强了地震作用效应。那我们在概念设计中就可以考虑降低地震作用效应，隔震效能就是一个很好的设计概念：在基础和主体间设置柔性隔震层；加设类似于阻尼器的消能支撑；可能的情况下在建筑物顶部装设一个“反摆”。这样合理运用概念设计可降低地震作用效应达60%多，能用很经济的造价建造出很安全的建筑。当然，提出的这一思想在实际中可能运用不多，许多技术尚在研究之中，但恰恰说明了概念设计能够很好地拓宽设计思路。

1.结构概念设计与建筑方案的关系

结构概念设计是指结构工程师根据设计任务的要求，基于建筑师给出的建筑方案在现有的工程技术条件下，在安全、经济、合理的思想指导下通过构思、 初步建模电算等手段， 产生的一种或多种结构设计方案的思考过程。它必然地包含了建筑师和结构工程师对建筑产品的共同构想，在结构概念设计过程中，结构工程师从本专业角度出发本着与建筑师共同探讨、交流，和彼此适度合理地妥协的精神，最大限度地将最合理的结构构思融合进建筑设计方案中。因此， 结构概念设计和建筑方案设计一定是同步进行的， 结构概念设计与建筑概念设计一里一表、且互相支撑。可见建筑师和结构师相互配合、共同促进方案（建筑及结构）的形成是建筑设计活动早期的基本特征，它也是结构概念设计的一个基本前提。

2.概念设计的重要性

概念设计在建筑结构设计中起着关键性的作用，对概念设计合理有效的应用，不仅可以丰富结构工程师的实践经验，而且使其设计成果和设计理念也得以不断完善、创新。但在实际建筑结构设计中，多数建筑结构设计师将设计锁定在规范与设计手册等范围内，不敢承接新技术的机遇和挑战，缺乏创新精神和动力，使得建筑结构设计理念乏善可陈，没有什么突破和创意。而建筑结构设计理论和設计计算理论中总会出现计算与实际无法相符的问题或是存在无法计算的结构构件设计，这就要求概念设计结合结构措施来优化结构设计。而作为建筑结构工程师，需要综合自身所掌握的理论概念来选择经济适用、安全可靠的设计方案，所以，结构工程只有通过丰富自己所能掌握的结构概念，充分了解并合理运用各种结构性能，才能交出好的设计方案，成功完成设计任务。

3.建筑结构设计中概念设计的应用

3.1总体指标控制

计算判断结构抗震是否可行的主要依据是在风荷载和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，结构的振型曲线，自振周期以及风荷载和地震作用下建筑物底部剪力和总弯矩是否在合理范围中，总体指标对建筑物的总体判别十分有用。若刚度太大，周期太短，导致地震效应增大，造成不必要的材料浪费；但刚度太小，结构变形太大，影响建筑物的使用。

因此，在小高层建筑房屋中，结构构件宜采用高强度材料，非结构构件和围护墙体应用轻质材料。减轻房屋自重，既减小了竖向荷载作用下构件的内力，使构件截面变小，又可减小结构刚度与地震效应，不但能节省材料，降低造价，还能增加使用空间。

3.2基础设计

研究地基基础对建筑抗震能力的影响，做出恰当的选择，已成为高层建筑结构设计的重要部分，基础是房屋的根基，是房屋中极为重要的组成部分，一幢房屋如果没有一个坚实可靠的基础，再好的上部结构也不可能正常发挥其作用，甚至可能导致上部结构的破坏与倾斜。

另外，筏板长度的设置也须研究探讨，由于考虑地下室的使用合理性，常规采用设置后浇带来解决底板超长引起的收缩及温度裂缝，后浇带的作用是明显的，但也给施工带来了不少麻烦，甚至由于处理不当而引起后浇带漏水及裂缝。而有些高层，长宽均达一百米以上，中间就设置几条后浇带.也没有其他措施，这样是不妥当的。

3.3剪力墙设计

剪力墙中的连梁跨度小，截面高度大，在地震作用下弯矩、剪力很大，有时很难进行设计，如果加大连梁高度，配筋值有时反而更大。连梁高度一般是从洞顶算到上一层洞底或从洞项算到楼面标高。对于门洞，上述所示情况梁的高度是一样的；但对于窗洞，连梁高度如果从窗洞算到上一层窗底，有时则高度太高，这样高跨比太大，并且与计算图形不符，相应配筋亦较大，不合理。建议连梁高度计算与设计统一规定从洞顶算到楼板面或屋面，对于窗洞楼面至窗台部分可用砖或其他轻质材料砌筑。对于窗台有飘窗时，可再增加一根梁，两根梁之间用砖填充。连梁配筋应对称配置，腰筋同墙体水平筋。

4.结构概念设计措施

为保证建筑结构的安全可靠性，提高建筑物的抗震性能 结构概念设计所采用的措施应该从保证安全、全面防震方面下手，主要有：（1）选择有利于抗震的建筑场地条件，提高建筑物稳定性，避开不利地段或采取有效防震措施；（2）选用符合抗震要求的高强度结构材料，同时保证建筑结构的延性和均质性，使建筑结构体系能达到建筑要求的抗震目的；（3）合理优化各结构构件的强弱，尽可能多设置抗震防线，使抗震防线在地震持续往复作用下能增加结构的抗震能力；（4）在提高结构抗侧移刚度的同时，选择性提高重要构件的延性，使建筑结构达到合理刚度与承载力分布，加强建筑物的抗震性能；（5）保证抗震的构造连接与经过计算的节点连接，把握好整个构造连接在规范内的度的问题，确保结构的整体性；（6）让建筑物的平、立面布置与概念设计的要求相符，杜绝不规则方案；（7）抛开常规的以计算机完成设计计算的方式， 合理运用设计的实践经验， 以概念结合实际问题进行综合的分析计算， 并实行合理调整。

由此可见，建筑结构设计中概念设计应用是非常重要的。在以后的工作中，我们必须注重概念设计的应用，通过应用概念设计，不但满足建筑设计的安全性，耐久性和舒适性，还要在此基础上，采用合理的结构体系。 [科]

【参考文献】

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