建筑结构设计中的概念设计及结构措施

罗成　康才东

摘要：随着经济的发展，我国的中高层建筑也向着高而复杂的趋势发展，从而产生了越来越多的高层、超高层及一些体型不规则的高层建筑物。这种发展趋势造成了建筑师更加追求建筑物的外部体型，从而忽略了建筑物结构体系的概念，使建筑师和结构师在建筑结构设计创造方面产生了极大的矛盾和冲突。多次地震灾害中房屋的破坏情况均表明：多数建筑物倒塌的主要原因并不是施工的原因，而是由于设计师在设计时对建筑物的结构体系的概念不清楚，设计不合理，从而导致建筑物在地震的作用下产生严重破坏。

关键词：建筑结构;结构体系;概念设计

引言

在建筑设计中，先进的概念设计起到的作用至关重要，可以平衡建筑的经济性、功能性与美观性。为进一步完善建筑体系的结构设计，应基于概念设计大力改进、创新结构措施，及时探索出最理想的结构设计方法，进而有机融合概念与结构设计，充分提升建筑水平。

1概念设计的基本概念

1.1概念设计的内涵

在概念设计的最初应用中，建筑师根据设计概念评估建筑设计计划，并参考过去的实践经验，比较和分析概念设计，从宏观层面上控制建筑结构的形状，参照比较结果执行建筑结构设计方案，并调整和实施所需的隔振设置，以实现最佳设计效果。概念设计对建筑设计有很大影响，例如资本投资、施工时间和安全问题。对概念设计的巧妙运用使最终的结构设计计划更加科学、合理、安全和可靠，还能有效减少估算和计算错误，改善架构设计的经济性和合理性。

1.2概念设计的实施步骤

设计特定应用程序概念的过程本质上是逐步重复整个过程的优化过程。通常，概念设计分为四个主要阶段：分析阶段、综合阶段、评估阶段、完成阶段。在继续进行下一阶段之前，每个步骤都必须达到预期的目标。如果在任一阶段发现计划中有不合理的部分，则需要重新实施设计、计算和评估，直到达到目标为止。具体分析以下四个步骤：①分析阶段。在此阶段收集建筑物结构设计问题，并对这些问题进行分析和解决。分析阶段的主要特征是所收集的数据和信息模棱两可，分析后可以将各种信息最大化。②综合阶段。综合阶段是概念设计的最重要阶段。在这个阶段概念设计师利用自身经验和专业知识来制定设计计划，然后以图纸的形式展示设计计划。综合阶段的设计实质上是用来以具体形式显示和处理建筑设计师相对抽象的设计概念，这是概念设计中的关键环节。③评估阶段。在此阶段将对设计计划进行专业评估，并评估其可行性，这项工作是周期性的，在计划达到标准后可以开始下一步工作。在评估设计计划时，首先要创建一个功能模型，然后使用各种公式对每个计划进行比较和分析，最后选择一个经济、合理、安全、可靠的设计计划。④完成阶段。此阶段主要根据已定义的建筑结构设计计划来执行相关工作，以减少后续的冗余设计工作。

2结构体系概念设计的整体性

2.1受力平衡的角度

从受力平衡的角度分析，高层建筑物在自重、竖向荷载和水平荷载的合力作用下，可以使建筑物自身达到受力平衡。但是，随着水平荷载作用的增大或者变化，例如，地震作用、风荷载等，必定会导致建筑物产生整体倾覆转动。根据大量数据表明：只要控制建筑物偏心距不超过某一特定数值，建筑物的自重就能够保证它的整体倾覆稳定性。因此，我们在进行建筑结构方案设计时就要考虑这一因素，合理控制建筑物的偏心距。对于非规则性的建筑物，由于其结构体系的非对称性，在抵抗水平荷载作用下的建筑物就比较容易发生扭转现象。因此，在进行建筑外观设计时，我们应该遵循均匀、规则、对称的原则，从结构体系的整体概念上减少建筑物发生扭转倾覆的概率。

2.2力的传递角度

从力的传递角度分析，我们可以把建筑物看成一个整体的空间受力结构，建筑物的内外墙、梁柱、楼盖、屋盖等构件不仅是建筑物空间的分隔构件，又是建筑物的结构体系的一部分，从而保证整个结构能够有效的承担水平荷载和竖向荷载并按照明确的路线传至基础。把整个建筑物分为水平结构体系和竖向结构体系两个分结构体系，两者相互协同工作。水平结构体系主要有梁构件、板构件和梁板组合构件，主要承受竖向荷载和水平荷载，并把所受荷载传递分配到竖向结构体系。

2.3结构体系的协同工作

建筑物中的水平结构体系和竖向结构体系是通过相互连接协同工作的。在现浇钢筋混凝土建筑中，施工时把水平結构体系中的梁构件和板构件一同浇筑，形成了“T形梁”的梁板组合结构共同抵抗弯矩。水平结构体系中的梁构件和竖向结构体系中的柱构件刚接形成为框架结构体系，共同抵抗侧向力。由水平结构体系的梁、板构件与竖向结构体系的柱、墙构件共同组成框架-剪力墙空间结构体系，可以更好地抵抗两个方向的侧向力。由钢筋混凝土剪力墙浇筑而成的电梯间、楼梯间及其他竖向的设备管道，能够组成刚性的井筒结构，可以承受竖向荷载，同时更好地抵抗水平荷载。总结构体系和水平分结构体系、竖向分结构体系相互关联、相互影响。把建筑物看成一个总结构体系，提出细部设计要求，选择合理的结构体系，使水平荷载和竖向荷载通过分结构体系的相互作用传递到建筑物的基础上。分结构体系的合理设计和分结构体系之间的合理组合会使总结构体系受力更加明确合理，各分结构体系的合理布置能够增大建筑物的整体抵抗侧向力和侧移的能力。

3结构设计的主要措施

3.1科学选取建筑场地

在选择建筑工地时，必须选择具有最高抗震性能的区域，同一栋建筑物的不同建筑工地的抗震特性差异很大，对整体结构的影响也很大。在地震影响下，要考虑基础结构遭遇适当损坏的可能性，并结合适当的施工计划和经济原理，进一步弄清相应的结构形式和基础计划。由于采用了这种方法，整个结构的抗震特性和可塑性可以大大提高。

3.2科学合理的选择结构材料

首先，在选择钢材和混凝土的过程中，要结合特定的标准选择强度更高的模型。通常，混凝土的强度等级不应低于C25。为了对结构元件进行纵向加固，必须使用强度更高的钢筋，例如HRB400钢筋。其次，要根据具体情况，选择更科学合理的新型建筑材料，例如钢筋混凝土材料。在建筑的建造过程中，通常使用钢筋混凝土材料。它是一种新型的建筑材料，可以将钢材和混凝土有效结合在一起，并相互补充，从而发挥出更大的建筑作用，这种材料使建筑物稳定而坚固。其具体优势体现在以下两个方面：①内层混凝土可以更有效地支撑外层钢管，从而使两者的优势相互补充，完美匹配，同时也充分发挥了它们的优势，显著提高了它们的承载能力;②外钢管可以有效地控制内混凝土，从而进一步提高混凝土的强度，可以大大减小变形概率。钢筋混凝土结构进一步增加了建筑结构的抗震性能，并为超高底柱的轴向压缩比有限的问题提供了有效的解决方案。

4概念设计在建筑结构設计中的应用

4.1科学选择建筑结构刚度

在建筑领域的各种指标中，建筑结构的刚度是非常重要的元素，并且在建筑结构的设计中起着非常重要的作用，因此必须选择科学合理的建筑刚度。同时，科学合理地选择建筑物刚度对于有效增加建筑物的自然振动周期和抗震性能具有特殊的影响和意义。另外，良好的刚性还可以相应地提高空间利用率，节省建筑材料等，从而可以更充分、更有效地利用建筑计划，并可以有效优化建筑结构。

4.2科学选择建筑主体结构

合理性和对称性是设计建筑结构时要遵循的基本原则。该原理可有效减少建筑材料的使用，节省建筑材料，确保建筑结构中非结构部件的良好安全性和稳定性，并降低建筑结构的扭转力。建筑结构对称的特征是整个或部分建筑结构内的相互对应和统一，在特定的设计阶段，为确保建筑物结构的对称性，可以对建筑物质心或平面重心的实际距离进行合理调整，并有效调整重心，从而确保建筑结构的对称性。

4.3基于场地情况选择建筑基础结构

在选定的开发区域中进行调查和设计时，应根据建筑物的形状和该区域的地形对建筑物的基础进行科学合理的选择。建筑基础通常包括桩基础和箱基础，箱形基础具有良好的整体刚度，可以均匀分解并将载荷转移到基础上，从而提供更安全、更稳定的建筑物，并防止由于不均匀力而导致基础发生沉降，这样可以有效提高建筑物的抗震性能。桩基础是建筑物基础结构的另一种形式，通常在地面较软或荷载相对较差的多层建筑物中，这种基础结构可以将顶部产生的负载传递到底部，并将其分配到土壤上，从而确保建筑物的安全性、稳定性和可靠性。

4.4结构设计中提高材料利用率

在结构设计阶段，结构措施在设计师的工作中起着重要的支持作用，提供了更完整的结构设计以及有效执行了与结构活动有关的工作能力。在设计阶段，结构措施的关键作用是有效协调设计师的设计工作。在施工和设计工作中，可以充分保证建筑结构的稳定性，并可以有效提高建筑材料的利用率。另外，设计师必须在保证设计效果的前提下减少材料重量和材料成本，使设计工作能够顺利进行。例如具有矩形横截面的压缩构件利用率低，这是因为梁在特定的施工阶段更容易改变，并且材料利用率不足，而通过概念设计和结构分析，可以对梁截面的变形梯度进行科学合理的改变和调整，从而在轴向力不确定的情况下可以显著提高材料的利用率。

结束语

从以上讨论可以明显看出，在建筑结构设计中要确保结构设计计算结果的有效性和可靠性。另外，建筑物的实际建筑过程也应更加高效，以确保概念设计与结构设计充分互补并发挥应有的作用，从而使概念设计和结构措施协同工作，以构建更加科学、完整的建筑结构体系，达到节省建筑原材料的目标。

参考文献：

[1]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）.

[2]陈立新.探索概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用[J].居舍，2019（14）.

[3]李林.分析建筑结构设计过程中的概念设计及结构措施关键研究[J].智能城市，2019，5（13）.

[4]王少峤.概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用方法探讨[J].建材与装饰，2020（18）.

[5]梁明钊.探讨建筑结构设计过程中的概念设计及结构措施[J].中国新技术新产品，2014（12）.

[6]康元五.探究海绵城市理念在市政给排水设计中的应用实践[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2021（10）：173-175.

[7]陶义.市政道路工程给排水管道施工质量制约及预防研究[J].建材与装饰，2020（06）：270-271.