建筑结构设计中概念设计的应用

2023-01-03张超军

河南建材 2022年1期

张超军

石家庄融创贵和房地产开发有限公司（050000）

0 前言

当前，建筑项目的建设过程较为复杂。结构设计作为关键组成部分，不仅决定了建设项目顺利实施的可能性，而且为后续建设奠定了坚实的基础。为了使建筑项目本身的功能最大化，必须确保建筑项目中的各个项目相互交互，以进一步确保项目的质量和安全，这就需要将建筑设计标准提得更高。建筑单位各部门的工作进度必须严格符合工程结构设计，确保多个项目的可持续发展，为建筑工程质量打下坚实的基础[1]。概念设计的结构元素统称为结构语言。结构设计涵盖了许多结构元素。结构设计师将每个结构元素都体现在设计计划蓝图和工程图中，以显示直观的图形。必须按照土木工程规范有条不紊地进行建筑结构设计和技术施工，以确保建筑结构设计科学、安全。

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，在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，调整并实施所需的隔震设置，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，更有效地减少了估算和计算错误，节省时间，改善架构设计的经济合理性。可以看出，概念设计是建筑结构设计最重要的数据库之一。

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重复整个过程的逐步优化过程。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。在进行下一阶段之前，每个步骤都必须达到预期的目标。在任何阶段发现计划中不合理的部分，均需要重新实施设计、计算和评估，直到达到目标为止。

1.2.1 分析阶段

分析阶段本质上是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，分析后可以最大化各种信息。

1.2.2 综合阶段

综合阶段是概念设计的最重要阶段。在这个阶段，概念设计师使用其在各个方面的经验和知识制订设计计划，然后以图纸的形式展示设计计划[2]。综合阶段实质上是设计用来具体形式显示和处理建筑设计师的相对抽象的设计概念，是概念设计中的关键环节。

1.2.3 评估阶段

评估阶段是将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。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，最后才是最经济、合理、安全和可靠的选择，选择一个高效而可行的设计计划。

1.2.4 完成阶段

完成阶段主要根据已制订的建筑结构设计计划执行，以减少后续的冗余设计工作。

2 概念结构设计对建筑结构设计的影响

随着科学技术的飞速发展，我国的建筑设计能力正在逐步提高，极大地促进了结构设计的发展，促进了建筑业的可持续发展。过去的传统建筑设计无法满足人们不断增长的需求，建筑师需要使用新技术来提高建筑水平，使用新概念来翻新建筑物，促进智能建筑设计并满足人类需求。在建筑结构设计中，概念设计的作用不容忽视[3]。概念设计比建筑设计更客观，这两个要素的结合创造了一个虚拟建筑，将成为建筑业发展的基础。

概念设计对建筑设计有不同程度的影响。在设计和建造建筑物时，如果建筑师的想法与租户设定的目标相冲突，则会影响建筑物的结构，并产生非常不利的结果。如果概念设计和结构设计的总体方向基本相同，则可以满足住户的要求，这样缺陷虽少但仍然存在，在这种情况下建造的建筑物仍将存在相应的问题。

3 概念设计在建筑结构设计中的应用

3.1 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，必须科学合理地选择建筑刚度。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。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，从而有效地利用建筑计划，优化建筑结构。

3.2 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安全性和稳定性，降低建筑结构的扭转力[4]。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，为确保建筑物结构保持对称，可以对建筑物质心或平面重心的实际距离进行合理调整，并调整重心确保建筑结构保持对称。

3.3 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，并防止基础由于受到不均匀力而沉降，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交叉的多层建筑物中更为常见。这种基本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、稳定和可靠。

3.4 合理选择建筑场地

选址是建筑项目的关键，选择标准包括：太阳光线与建筑物出口之间的距离、安全距离保护等方面。此外，还应注意危险区域的选址，使地质和地理灾害不会严重影响安全，特别是地震的威胁。对位于危险区域的建筑项目，应提高建筑物的抗震等级，并应采取适当的抗震措施。应当科学合理地选择施工现场，并进行必要的勘探和研究工作。

3.5 结构体系中保持协同工作

与概念设计相关的协作也很好地适用于建筑物的结构设计。协作需要结构的内部组件保持协作和协作的正常状态。这种协同作用要求结构元件处于标准的承载能力极限条件下，其不仅可以执行一般工作，而且还具有整体耐久性。另外，建筑物结构的基础和上部在承受载荷时，保持一个整体并分担载荷。在砖混结构的建筑物中，为了保持协作，有必要利用结构柱和圈梁的作用使结构一体，并共同承受力，以防止建筑物出现质量缺陷[5]。

随着多层建筑结构的数量持续增长，短柱现象越来越普遍。为了确保每个组件都具有良好的应力水平，应在圈梁结构中最小化短柱，以便有效提高同一平面的基本承载能力。必须提供相同的层来抵抗横向力，必须保持相同或接近的水平位移，以确保在结构系统中可以实现协同作用。

3.6 合理的结构体系

抗震设计应着重于测量结构的抗震性能，有目的地结合所选结构材料的差异。实际上，较常见的结构系统包括许多方面，例如钢结构、钢筋混凝土结构等。最常见的是钢筋混凝土结构，主要包括框架结构、剪力墙结构和框架芯管结构。在一定程度上，钢筋混凝土结构受建筑功能、建筑高度、抗震设防强度、工地条件、经济条件、建筑条件、建筑材料和其他相关因素的影响，可有效地接受更加科学和智能的结构系统的挑战。