探析概念设计在建筑结构设计中的应用

刘茂

南昌大学设计研究院

在概念设计过程中，结构工程师要立足于自身的设计经验、理论知识和项目需求，对建筑物的整体结构布局和抗震结构开展合理化的设计，同时还需要对结构设计计划进行概念性的分析对比。总的来说，概念设计是一种可实现建筑结构设计多元化需求的方式，实际应用时的优势十分凸显，比如准确性高、更加的便捷，对增加项目的整体效益有积极作用[1]。因此，概念设计在建筑结构设计中的应用一直都非常的普遍和广泛，非常值得推广应用。基于此，本文从多个方面分析探讨了概念设计在建筑结构设计中的应用，现作如下的论述。

一、选择施工场地

施工场地的选择是建筑工程结构设计的重要内容，可对建筑工程后续的设计质量与施工质量造成直接的影响。为此，结构工程师要将施工场地的选择始终作为重点工作来对待。总的来说，在施工场地选择时要重点考量以下要素：

①要充分考虑防护安全距离，建筑结构的牢固性是否可以达到设计需求。

②明确施工场地的日光照射时常，并去考虑现场的抗震因素，要尽量避开带有危险性的选址，一些极易出现自然灾害和地震的场地要放弃。若是施工场地的地震因素无法有效地避免，则要充分做好抗震措施的设计工作，最大限度减少安全隐患的存在。

③在正式开展概念设计时，结构工程师要对施工场地的地质情况做好全面地勘察，观测建筑物抗震点的作用是否可以充分发挥。另外，结构工程师要结合建筑结构设计的要求来制定合理可行的设计方案，对设计量作不断的优化，确保整个建筑物的布局与抗震结构的设计质量。

二、确定建筑结构设计方案

待确定施工场地后，结构设计师要对现场的地质地形特点作全面的勘察分析，同时结合建筑物设计形式来确定建筑结构设计方案。在建筑结构设计中，可以优先选择两种基础，一种是桩基础，另外一种是箱型基础，实际应用时有不同的适用条件。

桩基础非常适合应用在地质土壤松软和负荷较大的多层建筑结构中，比如将其应用到天然地基中，可以确保建筑物的压力由上至下来传递，这对保障建筑物结构的实用性和稳定性均有重要的意义。箱型基础的整体刚度是非常值得称赞的，可以有效地将建筑整体结构的承载压力传递到下方结构中，可以减少建筑基础不均匀沉降问题的发生，有助于保障建筑结构的稳定性，可进一步保障建筑物的使用价值。另外，通过应用箱型基础，可以很大程度上优化建筑物的抗震性能，建筑结构应对地震因素的能力大大增强。基于此，结构工程师在确定建筑结构设计方案时，务必始终对施工场地的现场条件有全面地掌握和分析，结合实际情况来确定建筑结构设计方案，有效的去提升建筑结构设计质量。

三、建筑主体结构设计

在建筑主体结构设计时，结构工程师要遵循对称和合理的设计原则，有效的去降低结构的扭转力，确保非稳定结构构件可以正常工作，同时减少材料的使用量和损耗，在提升建筑结构设计质量的基础上创造良好的经济效益。总的来说，在建筑结构设计中，要想实现建筑结构的对称性设计，需要确保各种抗侧力结构主体有良好的对称性，比如在剪力墙的结构设计中，结构工程师便是通过主体对称这一方式来进行结构布置的[2]。除此之外，为确保建筑结构可以进一步实现对称性，结构工程师要结合实际情况对建筑的质心、结构侧心和平面形心之间的距离做合理化的调整。通过这样的设计，可以确保建筑结构有良好的稳定性，对提升建筑质量有重要的意义。

四、建筑结构的刚度设计

在建筑结构的设计过程中，刚度设计也是要重点考量的因素，务必给予高度的重视。具体来说，在建筑结构的设计过程中，结构工程师要严格遵循概念设计的相关原则，合理去选择建筑刚度。当建筑结构有合理的刚度时，一方面可以有效增加建筑结构的自振周期，提升应对地震灾害的能力，另一方面可以有效减少建筑材料的使用量，不对建筑空间做过多的占用，对增加建筑物平面利用空间有重要的意义。因此，结构工程师在建筑结构的刚度设计中，务必要结合实际情况去合理地开展设计工作，需要重点把握以下要点：

①首先要确定结构整体的刚度，一是要注重分体系的设计工作，比如要设计好支撑体系和水平楼盖体系；二是要对建筑上部结构和下部结构的变形问题做好协调；三是在结构整体刚度设计时要做到“刚柔并济”[3]。原因在于若是建筑结构整体的变形能力较差时，则外部能量主要是由自身来吸收和抵抗，不利于应对地震作用，而若是建筑结构整体的变形过大时，则在风负荷作用下会有整体倾覆的风险，对建筑结构的安全性与稳定性会有很大的影响。因此，结构工程师在整体刚度确定时要在“刚”和“柔”之间找寻合理的度。

②在结构强度分布的调整中，结构工程师要有针对性地去优化建筑结构构件的相对刚度，对结构中一些构件的应用能力作分析。其中的一维构件要非常注重约束与支座的作用，二维构件则要更多地去关注平面外刚度[4]。当不同的结构构件要连接时，结构工程师要分清楚主次关系，以此设计出最为合理的传力关系。

③做好细部设计工作，发挥好材料的工作性能，保证和提升整体结构的刚度设计效果。

五、提升建筑结构设计质量

在应用概念设计的方式来开展建筑结构设计工作时，为确保设计工作的质量，需要重点做好三个方面的工作，一是提升材料的利用率，二是在结构设计体系中保持协同关系，三是应用好概念设计的相关知识。

比如在材料的利用率方面，当所用材料的利用率越高时，建筑结构的稳定性和协同能力会越强。另外，在当前的节能、环保理念下，使用较少的建筑材料做出最好的建筑物已经成为建筑行业发展的必需。以建筑施工中所使用的矩形截面受压构件为例来说，其应用频率较低，这主要是因为矩形截面受压构件有着明显的两点局限性，一是当梁的长度发生变化时，梁弯矩也会随之改变，二是在梁的中和轴部位材料的使用率会较低。基于矩形截面受压构件的这一特点，可以调整梁截面的应变梯度，确保相关的构件可以有良好的轴心受力，继而增加材料的利用率。再比如要想在结构设计体系中保持协同关系，工程设计师不仅要保障好建筑结构构件可以在承载极限状态下保持正常工作状态，而且要确保结构构件有良好的耐久性，通过构造将整个建筑结构整合为一体，尽量避免建筑单独承受压力。

六、结语

概念设计在建筑结构设计中的应用有着复杂性和专业性的特点，对结构工程师的专业能力有很高的要求，这要求结构工程师要对建筑结构设计的知识有全面地掌握，可以科学的应用好概念设计方法。结构工程师在应用概念设计来开展建筑结构设计工作时，要重点做好施工场地选择、建筑结构设计方案确定、建筑主体结构设计等多个方面的工作，并将概念设计与结构措施巧妙地结合起来，更好的去提升建筑结构设计质量。