浅谈建筑结构设计中的概念设计

刘贺星

摘要：近些年来，在建筑结构设计中应用概念设计受到了越来越多结构设计工程师的喜爱，在实际的工程结构设计中，也发挥着越来越大的作用。本文对建筑结构设计的概念、重要性及实际应用进行了分析和探讨。

关键词：建筑 结构 概念 设计

中图分类号：S611文献标识码： A

在建筑结构设计中使用概念设计可以增强建筑结构设计的主观能动性，把建筑结构设计师的个人丰富经验及合理的想象力与工程力学、建筑学等原则相互结合，科学的做出安全、合理、经济的建筑结构设计。合理的运用概念设计的方法，可以使建筑结构设计的思路得到拓展。概念设计未来必将成为工程结构设计的主要方式，在建筑结构设计中发挥越来越重要的作用。

1概念设计的介绍

所谓的概念设计就是不经过具体数值的计算，在没有精确的数据支撑的情况下，从感官上对建筑进行全面的掌握。根据建筑的整体结构体系和分体结构之间的力学关系，按照建筑工程设计的基本原则，进行的理念设计。概念设计主要通过对建筑物合理的综合分析和在理论的建筑设计过程的会遇到的各种因素，结合实际的建筑要求，设计出合理的宏观结构框架，进而从整体的调度对建筑结构进行总体的布局、抗震措施的规划、类型的选择等控制。通过有限的空间和无限的遐想来进行方案的设计。在建筑结构设计中运用概念设计，对建筑结构设计师的自身要求也很高，建筑设计师的经验越丰富，所设计出的方案就会越是新颖和完善。

2 建筑结构概念设计的重要性

2.1 概念设计使得设计方案更完美

概念设计能够在建筑设计过程中对整个设计过程进行构架、对比，进而选出最优方案。结构设计中运用概念设计就会使得最终设计框架更加清晰，这可以为结构设计后期减少很多工作量，与此同时，还能够促使设计方案更加经济稳定。

2.2 概念设计鼓励创新思维

建筑结构设计人员随着实践经验的增多，概念设计就会做的越来越好，设计的方案就越好。可是，随着社会详细化分工，还有一些建筑设计人员过于依靠设计规定、参考设计规范，过度依赖计算机进行设计，这样做出的设计方案没有创造性。所以，在建筑结构设计中融入概念设计理念，能够激发设计工程师的创造性，为设计方案注入新的源泉。

2.3 运用概念设计能够判别计算机计算结果的准确性

一般来说，把握概念设计能够确保在设计过程中应用合适的设计原则，同时还能够解决设计中存在的不足并提升设计质量。当技术人员发现了设计中的不足时，还能够应用概念设计去研究其原因，探索引起问题的原因，这种方式在判定计算机计算结果中尤其重要。此外，概念设计对计算机的计算结果还能起到补充作用。因为计算机只能对设计结果进行计算，不能处理设计初期数据，此时概念设计就起到了补充作用，通过概念设计可以找到投入最经济、效果最佳的设计计划。

3 概念设计的理解和应用

3.1 合理选择有利于建设的建筑场地

万丈高楼起于平地，建筑场地是建筑物的承载之地，对整个建筑物的结构设计有着不可忽略的重要性。建筑场地的抗震性能是必须要考虑的，为整个建筑选择一个抗震系数高的场地，尽量避免在抗震系数低的地段进行建造，如果实在没办法避免，应该想办法降低危险系数，这些都必须在建设之前做好准备。另外，选择一个承载力好的场地也是非常必要的。

3.2 合理选择建筑基础

根据选择好的建筑场地的地形特征和结构形式进行结构基础的选择。如果是松软的地质且要建造高层建筑，天然的地基无法承受起荷载，需要采用桩地基，把建筑物的荷载传递到下面坚实的持力层中; 如果建筑场地土质不均匀，为了改善不均匀沉降的问题，从而增加建筑物的抗震抗灾能力，则可以选择箱型基础; 最后一种建筑基础是筏型基础，它整体的刚性大结构稳定性好，可以解决建筑物上部的超荷载，还可以解决其压力分布不均的问题。

3.3 合理选择建筑主体的结构体系

建筑主体是一个空间的结构体系，目前我们在空间结构体系整体研究中还有一定的局限性，在设计工程中用了许多假定和简化理论，作为结构工程师我们更应该通过强化概念设计，灵活运用规范，运用概念设计理论对整个结构体型与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，做到结构体型布局合理，受力明确，抗震性能好。结合建筑平面工程对结构体系进行合理的布置，通过调整结构刚心、建筑物质心及平面形心三者之间的距离使三者尽可能地靠近，以利于减小结构体系的扭转力，增强整个结构的稳定性，提高结构的抗震能力，同时也能节约工程造价。

3.4 合理设计抗震抗灾防线

在进行抗震设计时，我们大多是通过初定的尺寸及砼等级，来进行结构刚度的计算，然后再根据刚度推出地震力，最后再依据地震力算出配筋的数量，刚度、地震力和配筋数量三者之间成正比例关系。有些人在抗震设计时一味加大某些构件配筋，认为这样有安全储备，这是不可取的，配筋的加大造成了刚度的增加，地震力也相应的增加，这样只会陷入一个恶性循环。如果我们把概念设计思想融入我们的结构设计当中，那么我们设计的思路就会进一步得到扩展，从而采用降低作用效应的新思路，比如说我们可以在础和主体间设隔震层，或者在建筑顶端放置“反摆”，这是就是避免了为了增加结构刚度而同时产生加强了建筑物的地震力。地震作用是一种随机性很强而且循环往复的荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，要准确计算或预测建筑物所遭遇的地震作用，还难以做到，所有我们在抗震设计中必须注重概念设计理念。抗震设防中概念设计的指导思想是结构刚度均匀对称、延性设计和多道设防。

3.5 概念设计在电算分析中的应用

随着科学技术的发展，计算机及其结构程序在结构工程设计中得到了大量的应用。但是，计算技术在给我们带来方便的同时，也会让我们产生过分的依赖计算机的习惯，陷入认为电算结果是绝对正确、可靠的误区。因为不同的计算机软件的选择、使用或数据输入不当造成的计算结果不合理、甚至错误无法被及时发现，我们有必要在电算分析中融入概念设计思想，结合计算技术得到的结果和结构设计师本身掌握的专业知识和多年的实践经验来判断结算结果的准确性。即在现代的建筑结构设计的过程中，计算机方案的设计和实施都存在较为明显和严重的缺陷，虽然计算机设计可以实现较为高效率的设计方案的形成，但是在软件的选择上必要有限，一定程度上限制了设计师的创意和灵感的发挥。也就是说过分的依靠和依赖计算机设计，不仅会降低整体的建筑结构设计水平，还会导致建筑设计师的创造力的下降。因此，概念设计的引用可以有效的克服这种计算机设计的不足，可以在确定了用户的需求的情况下，设定一个设计的核心，其他的一切设计活动都是围绕这个需求进行开展的。这样也就能够实现独一无二的设计方案的形成，特定的设计软件和计算机设计模板是无法满足这种设计需要的，因此，设计师就需要根据具体的用户需求进行认真的分析和研究。由此也就有效的发挥了概念设计的优势，克服了计算机设计的弊端。

4 实际案例分析

4.1 建筑工程概况

该建筑工程为某小区的2#楼，结构总高92.59m，地下一层，地上三十层，一层为商铺; 二层为错层，一半为商铺一半为住宅; 三层及以上均为住宅，总建筑面积超过 1.3 万平方米。风荷载设计基本风压按 50 年一遇的风压采用: 0.60kN/m，地面粗糙度: B 类，风载体型系数: 1.4。本地区的抗震设防烈度: 7 度、设计基本地震加速度值: 0．15g、场地设计地震分组: 第一组工程所在地的场地类别为Ⅱ类。

4.2 根据地形地质选择基础

本工程设有一层地下室，有利于结构整体的抗震性。根据本工程的岩土堪察设计报告，决定选用质量经济可靠、施工速度快及稳定性好的混凝土预应力管桩。本工程采用静压先张法预应力高强混凝土管桩，桩端持力层为土状强风化花岗岩层。建筑桩基设计等级为乙级。根据本工程地质情况计算，本工程桩长约 24 米。

4.3 结构体系的选择

根据设计规范中的要求，以及建筑的功能，本工程综合考虑了抗侧力性能与平面灵活布置，选取纯剪力墙结构，根据结构高度、本地区的抗震设防烈度和场地类型，确定剪力墙的抗震等级为二级。二层因为建筑功能需要造成的错层，错层处剪力墙的受力复杂，为了加强错层处剪力墙的抗震性能，以免该处构件先于其他构件破坏，其抗震等级需提高一级，截面厚度不小于 250mm，水平和竖向分布钢筋的配筋率不应小于 0.5%。

4.4 剪力墙的布置

本工程为纯剪力墙结构，全部竖向力和水平力都由剪力墙承受。在确定建筑平面布置中，剪力墙应当沿建筑物的主要轴线双向布置，并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。尽可能使整个结构的受力对称、规则和简单，使结构的质量中心与刚度中心重合，以便于将扭转减小，结构的竖向布置必须切实做到刚度连续及均匀，防止出现薄弱层及刚度突变。因为结构的刚度越大，其所受的地震力也会越大，为了更好的抗震性能，在结构的刚度满足整体需求的前提下，应当整个结构的刚度由下向上逐渐减小，进而减少由于发生地震灾害造成的生命和财产损害，降低建筑材料消耗，还可以减少建筑结构对空间的占用率，进一步提高整个工程施工建筑平面的使用率，不断地达到合理设计的效果。

5.结语

概念设计的理念逐渐在建筑设计中推广应用，促进了建筑行业向现代化的转变。从概念设计的角度出发，对建筑的结构设计，整体布局进行规划思考，对后期的整体设计有十分积极的意义。

参考文献

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