建筑结构概念设计

闫燕燕

摘    要：文章简述了概念设计的含义，阐述了概念设计在结构布置、基础设计、截面设计及构造措施中的一些体现，认为概念设计是结构设计的灵魂，呼唤结构设计人员持之以恒的学习和钻研专业知识，扎实基础理论，重视概念设计。

关键词：概念设计  建筑结构设计

1  概述

结构设计过程中所指的概念设计，是指结构设计人员在结构选型、布置、分析计算、截面设计到细部处理的整个设计过程中，对所遇到的问题，在符合建筑、结构专业的基础理论的前提下，结合实践经验，综合考虑全面因素，确定合理的分析、计算以及处理方法，力求得到最为经济、合理的、安全的结构设计方案。

现阶段，计算机的应用使结构设计变得简洁，方便，设计人员不必通过手算各种复杂的力学公式来进行结构设计，只要模型建立的合理，荷载输入的准确，PKPM、YJK等各大设计软件的应用可轻而易举的将构件的受力分析呈现出来。然而，人和软件是有本质区别的，软件不是万能的，结构设计人员应注重培养自己主观分析判断构件受力的能力，并能区分软件的计算结果是否符合实际受力，做出正确合理的结构方案，这个判断的过程即为概念设计。

对于同一个建筑方案，不同的结构设计师会给出不同的结构布置方案。假设有一个7层的住宅建筑，它的结构形式可以是异形柱框架，可以是剪力墙，甚至可以是框架剪力墙结构，不同的设计师会给出不同的结构布置，即便定准了同一结构形式，荷载的选择，计算参数的确定，材料的选用也会有区别，这些就需要设计人员自己做出判断，所以概念设计也体现在结构方案的选擇中。

概念设计需要处理的问题很多，贯穿从结构选型到施工完毕的全过程，概念设计的目的，就是为了处理各种意想不到的外部因素的干扰，确保结构体系合理，安全，经济。概念设计对设计师的整体要求比较高，笔者认为概念设计是结构设计中最为核心的部分，需要一直探索，精益求精。

2  概念设计在结构设计中的体现

2.1  结构布置过程中的概念设计

建筑的初步设计阶段就需要结构设计人员参与讨论平面及竖向的布置了，在满足建筑设计师千奇百怪的创造灵感的同时，必须兼顾到结构的布置是否合理，尽量做到最简单、最经济、最合理，大致原则为：首先平面应尽量对称，使整个建筑的质量中心与刚度中心之间的距离减小，质心和刚心重合就会满足结构在水平荷载作用下不会产生过大的扭转效应，对结构有利;其次是满足竖向不应有过大的刚度突变，竖向构件应上下贯通，避免转换，否则会在水平力的作用下产生严重的应力集中的现象，对整体结构不利。

比如剪力墙结构，剪力墙布置应对称，Y方向要成榀，建筑的四角应布置，可以抵抗较大的扭转作用;梁板的布置要求传力简单明确，以最快的方式将楼板荷载传递到主梁上，然后传递到竖向构件，最后传递到基础。结构布置不合理，导致荷载传递周期过长，会使结构受力复杂，不但导致结构受力复杂，容易产生意想不到的破坏，也会造成经济上的浪费，所以结构的布置应力求结构受力合理，简单。

2.2  基础中的概念设计

笔者认为基础设计是整个结构设计中最为重要的部分，然而地基土的不确定性最强，地基勘测并不能完全真实的反映地基土的实际情况，所以基础的设计更加需要结构设计人员具备扎实的基本功和丰富的实践经验，概念设计在基础设计中体现的至关重要！

基础设计要综合考虑上部结构、基础和地基之间的相互作用，地基基础承担上部结构的全部荷载，上部结构对基础变形也有约束作用，基础的刚度变化、基础的沉降变形也会对上部结构的次应力、竖向构件的开裂有一定影响，所以它们三者之间相互作用相互影响。此外，不同的基础计算模型也会在基础的计算中存在区别。

实际工作中遇到的基础问题很多，一旦遇到地下水，就会涉及更多的专业知识：抗浮的计算，选择抗拔桩或者抗拔锚杆或者可以单纯的通过增加配重解决抗浮，是否设置防水板等等问题，都需要通过联系上部结构，基础刚度，基础变形，造价等因素综合考虑，所以基础的选型，布置，计算基础时的各项参数都应适当选择，力求设计出最经济、合理的地基基础设计方案。

2.3  截面设计中的概念设计

截面设计一般情况下是通过计算构件的正截面、斜截面等确定截面尺寸及配筋，满足要求即可。然而很多情况下，并非如此。前文提到的PKPM、YJK等结构计算软件求得的计算结果，很多情况下与实际受力状况相差甚远，设计人员需要在电算的基础上通过判断构件的实际受力，分析比对其合理性。比如下图为一实际案例：图中L1为悬挑梁，模型计算所用软件为YJK1.8.3.0，计算得到的配筋面积为该悬挑梁上部配筋面积1300mm2，L2跨度7.5m，支撑在L1上，设计人员认为该模型所得的计算结果偏小，故绘制施工图时，人为加大此梁配筋，电算结果加之设计人员的思考，确保结构安全可靠。

钢筋用量算出后还涉及选筋的问题，不同构件，甚至同一构件的不同部位选筋也不尽相同，结构设计中与钢筋直径相关的计算公式很多，比如钢筋锚固长度的计算、裂缝宽度的计算等，以锚固长度为例：钢筋越粗，锚固长度越长，尤其在需要加固植筋的项目中，锚固长度是非常重要的考量因素，所以当锚固体厚度较小时，选择较细的钢筋则可以减小锚固长度，防止植筋深度过大，刺穿锚固体。

楼板厚度一般取自跨度的1/30～1/40，但当楼板两侧有较大洞口时，楼板厚度应适当加大，并增加楼板配筋率，提高楼板刚度，尽量保证楼板与整体的一致性。

2.4  构造措施中的概念设计

提起构造措施，结构设计中并不少见。抗震设计、高层设计中对构造措施的规定也很多，比如《高层建筑混凝土结构技术规程》中为了保证上部结构的地震作用可以顺利传递到下部结构，对于体型收进结构的楼板厚度、配筋方式及配筋率都有相应的规定。为了减小温度应力对楼板的影响，可以适当提高楼板的配筋率等等。结构计算可以保证整体建筑的安全性，构造措施的加强则能减少局部构件出现的质量问题，结构设计中将结构计算与构造措施联合起来使用，对结构整体的安全性起到有效提高的作用。

3  结语

概念设计是结构设计的灵魂，概念设计同时要求设计人员具备扎实的理论知识和大量的实践经验，这就需要结构设计人员持之以恒的学习和钻研。它的目的是使结构设计更经济，合理，实际工作当中遇到的问题，有时候是必须靠概念设计支撑的，施工现场遇到一些紧急的小问题，结构设计人员不能一味的靠软件计算结果来回复，这时候概念设计就显得异常重要。总之，概念设计是结构设计的灵魂，应该被足够重视起来。

参考文献：

[1] 毛国伟.论建筑结构设计中概念设计及其优化[J].建筑标准化，2018.

[2] 吕清海.概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用[J]. 建材与装饰，2017（16）：87～88.

[3] 周自强.概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用[J]. 居业，2017（11）：81～82.