概念设计在建筑结构设计中的应用研究

2022-12-14毕正超

城市建筑空间 2022年11期

毕正超，王淼

（中核能源科技有限公司，北京 100080）

0 引言

在国民经济发展中，建筑行业属于支柱性产业，必须高度重视结构设计问题。在结构设计中，常面临多种不确定因素，当存在设计漏洞时就有可能引发安全事故，对和谐社会建设危害影响大。为规避不良问题，需结合结构概念、设计过程，并考虑多种因素，对主体结构设计方案予以完善，确保施工工序安排的合理性，落实各项措施。通过大量建筑案例可知，融合概念设计措施，可加强主体结构质量，缩短工程建设周期，提高工程效益。

1 概念设计的内涵

在建筑设计实践中，设计人员需掌握设计方向，对多种资料进行采集和整理，保证设计材料分析的客观性。在设计实践中，还要分析具体流程、方案内容，并要调整方案内容，提升建筑施工方案的契合度。在概念设计应用中，要求相关人员对工程相关因素进行分析，如工程环境、功能、形态等。因此在建筑工程中，合理应用概念设计法，要求设计人员具备较高的业务能力，并且能够准确分析工程设计的影响因素，多方面探索概念设计方案，以保障建筑结构的实用性。

2 概念设计在建筑结构设计中的必要性

2.1 优化建筑结构设计方案

在建筑结构设计中，合理应用概念设计法，建立建筑整体架构，通过对比方法，可保证结构设计方案的合理性，同时能够对建筑结构进行完善。应用概念设计法，要求设计人员基于整体角度，深入分析建筑结构，充分考虑到设计框架问题，从而减少设计量，降低设计压力。在建筑结构设计中也要引入概念设计，确保结构设计方案的科学性，从而提高工程质量。

2.2 创新结构设计方式

建筑结构设计的资料需求较多，设计人员应具备丰富的经验，通过创新思维，完善结构设计内容。概念设计可提升设计效率，从而获得优质的设计效果。在具体工作中，参考以往设计经验，总结归纳后获得新思路，并按照具体设计要求进行完善，从而体现出设计思路。通过此种方式能够减少结构设计的不良问题，确保方案内容合规化。但在具体应用中对于计算机的依赖度较强，很难判断结构计算的准确性，无法及时发现质量、安全隐患，属于缺少概念设计的表现。设计人员相互交流理念，能够激发出新的设计灵感，创新设计方案，以满足工程施工要求。

3 概念设计在建筑结构设计中的应用

3.1 场地选择

在建筑结构设计中，设计质量会影响后续施工质量。保证施工场地选择的适宜性，可顺利实施设计方案。在选择工程场地时可应用概念设计法，以综合考虑地形因素。不同建筑的地形条件差异大，且地形对建筑稳定性影响大。按照具体情况，优化结构设计方案，以免地形危害结构质量。此外，在应用概念设计法时，还要考虑地质因素，要求设计人员勘察施工现场，从而掌握水文地质因素。此外，深入分析抗震因素，确定抗震指标，提升建筑结构安全度。

3.2 结构方案选择

在建筑设计中，结构设计对设计质量影响非常大，因此相关人员要选择适宜的结构设计方案，以免影响后续施工，导致工程质量下降。在建筑结构设计中，通过应用概念设计法，要求设计人员遵照实际要求，筛选出最佳设计方案，要点如下：全面落实施工前期准备，派遣专人考察气候环境、地质环境、地形特征等，从而掌握建筑结构设计的要点，保障建筑结构的安全性；结构设计成果对建筑质量影响大，在明确设计外部因素后，也要掌控内部因素；在概念设计过程中，设计人员要掌握设计质量规范，将其融入工程标准内，保证建筑结构设计的合理性，同时提升建筑施工质量。所以在选择结构方案时，要分析多个因素，保证选择的适宜性，为后续工程提供依据。某建筑的结构设计如图1所示。

图1 结构设计方案

3.3 抗震设计

在建筑结构设计中，抗震设计属于重要内容，优化抗震设计可保证建筑稳定性，提高建筑的灾害抵御力，降低地震灾害的影响。在具体设计中，设计人员应立足于地区实际情况，明确混凝土强度等级。在工程建设中，混凝土属于重要的材料，因此要使其性能、质量达标，保证建筑结构刚度与耐久性。事前测评施工区域的地震级别，为设计人员提供数据依据。在检测过程中，若发现工程区地震力较高，则要增加配筋数量。设计人员要正确认知配筋数量与建筑抗震能力的关系，按照测量放样结果进行调整。在应用概念设计法时，要求设计人员通过BIM技术对地震发生过程进行仿真模拟，从而客观分析抗震设计的科学性，弥补设计漏洞，对建筑抗震性能予以优化。

3.4 平面设计

为提高建筑抗震能力，在建筑平面设计时需综合考虑结构部署情况，合理控制建筑结构扭矩度，以免遇到薄弱连接问题。在局部位置设置抗震缝，通过此种方式，将现存结构细化为不同抗震单元。根据建筑结构的平面特征可知，当高度持续增加时，其承受风压相应增加。检测计算后得知，圆形建筑的平面风荷载矩形面小，且不同位置的平面刚度接近，需将抗侧力柱布设在建筑周边，从而加强建筑的抗侧刚度。优化建筑结构设计，编制科学的设计方案，根据结构特征、环境特征，科学应用概念设计原理，对坡面设计进行优化，减少设计漏洞。

3.5 纵向设计

在建筑抗侧力结构设计时，由于结构刚度遵循由上至下分布法，为降低突发事件率，需降低结构对水平荷载力的抵抗。在建筑纵向结构设计中，加强或减弱处理建筑结构构件。当建筑结构规模较大时，设计人员应用高刚度束筒，从而获得良好的节能减震效果。分析建筑结构特征可知，开展结构设计实践时，需融合创新设计理念，通过斜拉索模式，确保空间环境的安全度。在建筑结构设计中，合理应用概念设计法，完善结构设计方案，在提升结构设计效率的同时，维护设计方案的合理性。

3.6 基础结构设计

建筑基础结构设计对建筑稳定性影响大，所以要确保方案的精确度。在概念设计中，要求设计人员掌握地区地形地貌，合理应用大数据，对区域内数据进行采集和分析，从而优化结构设计方案，提升辅助施工水平。箱形基础、桩基础属于常见地基形式，在应用时能创造出高价值。因此，在基础选型中，应注重基础承载力、变形沉降量的分析。如果建筑层数较高，则应用桩基础，合理控制变形量，发挥调控作用。

3.7 协同工程设计与材料利用率

协同工程设计的目的是要合理应用材料。通常情况下，当材料的利用率越高，则结构协同度越高，多数企业都希望通过低成本获得高效益，所以要充分发挥结构材料的作用，比如梁构件的演变。矩形截面梁属于普通受弯构件，材料利用率较低，应根据梁的受力特点，做好结构概念分析。由于梁截面存在应变梯度，当构件为轴心受力时，能够提升材料的使用效率，平面桁架理解为掏空梁，即将梁内的多余材料去除，经济性高，且自重优势强，桁架的上弦相当于梁体受压边下弦。在规则桁架内，腹杆受力、梁主拉压应力方向相同，将桁架外形设计为类似于弯矩的形状，可保证桁架弦杆均匀受力。在桁架中，分布多个压杆的强度，但并非由杆件截面材料的强度决定，而是由稳定性决定强度。所以在平面桁架设计时，需降低压杆长细比。单纯加大截面积也属于可行的方法，但不是理想方法，尤其是上弦杆，要加大平面外刚度，并施加约束力。如果将平面外支撑与桁架连接，就会导致平面桁架变为交叉桁架。空间网架材料的使用率高，可推广到大空间、大跨度结构中，然而在网架结构内包含压杆，所以应力水平较低，此时就无法应用高强材料。通过消除结构压杆，可采用悬索结构，以提升杆件的应力水平。当材料利用率较高时，可充分利用高强材料，同时施加外应力。在超大跨度结构中，首选悬索结构。分析混凝土基础理论可知，其可发挥出各项材料的性能与作用，实现协同施工。钢筋混凝土、预应力混凝土的区别在于，将两种材料结合使用后可发挥各自优势，还可反映人们对混凝土协同施工的认知。在协同施工中，要遵循整体工作原则。随着概念设计重要性的提升，结构设计人员需具备深厚理论，并且要学习优秀的设计思想，确保每项设计的精益化水平。

3.8 计算机分析

计算机技术应用可提升工程管理效率。计算机技术可减少设计工作量，确保数据计算准确性，同时提升设计水平。但设计过程对计算机工具的过度依赖会导致工程人员学习积极性降低，阻碍专业技术的学习。通过计算机技术，尽管可提升设计人员的结构设计效率，但当软件选择不合理或人员工作能力较弱时，会对最终设计结果产生影响。概念设计能弥补计算机技术的不足，要求设计人员深入分析建筑设计需求，明确结构设计目标，制定具备可行性的施工方案，并可优化结构设计。