刍议概念设计在建筑结构设计中的应用

刘丽

（太原城市职业技术学院，太原 030027）

1 前言

概念设计在建筑结构设计中扮演着重要的角色，其具有的创新性与优化性特征打破了传统的设计模式，为建筑设计师开展建筑结构设计工作提供了新思路，极大确保了建筑结构设计质量，同时能有效减少不必要的材料与人工浪费，对建筑行业结构设计的合理性、科学性、规范性发展具有价值。但就目前建筑企业概念设计实际应用情况来看，受到人员专业素养、综合能力、重视程度等因素的影响，实际应用出现诸多问题，深入研究概念设计在建筑结构设计中的应用步骤与应用措施成为许多建筑企业未来重要的工作方向。

2 概念设计概述

概念设计具体指向确定需求之后创建产品或者提供服务的过程。建筑结构设计中应用概念设计遵循整体性、原则性和概念性原则，对建筑结构设计中存在的一些基本的、重要的、关键的问题进行明确与决策，具体涉及结构方案的设计与选定、设置负荷转移与传递路径、加强薄弱环节审核与判定、提升整体结构稳定性、稳定发挥耗能作用等诸多环节。

概念设计属于一种融入经验总结的非规范性设计，在实际应用的过程中，不需要采用计算机或者计算工具开展严密的数据运算，而是综合应用地震参数、试验结果与结构体系中的整体或者个体间力学联系、结构破坏机理及工程经验等实际研究成果，这种具有概念性的设计有助于对建筑结构设计进行整体调控和规划布置，并且有助于对建筑结构设计方案进行整体构思、比较和选择，最终做出最优选择。实施最优方案，不仅快速便捷有效，还具有极高的经济效益，同时也能为具体的建筑施工提供一定的设计支撑。建筑结构设计中采用概念设计对设计师的水平要求比较高，只有具有丰富经验、应用熟练的设计师才能有效且快速地将概念设计应用到实际的建筑结构设计实际环节中，提升建筑结构的可靠性[1]。

3 概念设计在建筑结构设计中应用的必要性

概念设计一经提出便受到了建筑行业的广泛关注，其具有的显著优势在实际应用中被不断证实。第一，概念设计提高了建筑结构设计的安全性。概念设计强调从宏观角度把握建筑结构的整体性能与可靠性，遵循整体性原则合理确定建筑结构形式与实际布局，尽可能减少细节构造处理中潜藏着的安全隐患，以此增强建筑结构的安全性。第二，概念设计有助于建筑结构设计优化。概念结构注重综合考虑建筑、水暖电、结构等各个环节之间的协调性，从整体角度出发，把握建筑物的总体性能，综合考量各个环节与要素的要求和限制，从而不断优化建筑结构设计方案，提升建筑使用舒适度的同时，提高建筑空间利用率。第三，提升设计效率。概念设计在实际的建筑结构设计应用过程中，具体采用草图、模型等方式快速生成设计方案，并开展初步的可行性评估对其进行优化，一定程度上避免了后期的时间与成本浪费，与此同时，概念设计可为后续详细设计与施工提供针对性地指导，能极大提升整个建筑结构设计过程的工作效率与工作质量。第四，贯彻设计师意图。概念设计是连接建筑师与结构设计师沟通交流的桥梁，能帮助结构设计师更好地理解建筑师的设计意图，并将具体的想法贯彻到实际的建筑结构设计方案中，使建筑设计更加满足预期要求，达到预期风格[2]。

4 概念设计在建筑结构设计中的应用步骤

4.1 明确设计要求，初定结构方案

目标分析是建筑结构设计中应用概念设计的第一步，可为后续的设计工作提供基础性支持。第一，明确设计要求。建筑结构设计中，对建筑物的功能、规模、用途、预算、安全性要求、经济性要求等诸多方面进行深入了解是概念设计应用的基础和前提条件，通过对建筑物的深入了解与分析，能帮助设计师明确设计的方向和重点，为后续的设计工作开展奠定基础。第二，初定结构方案。在掌握建筑结构基本设计要求与标准之后，可依据实际情况，充分考虑到建筑物的空间布局、结构体系、材料选择、施工条件等方面的因素，初步确定结构方案[3]。以某个商业综合体为例，具体的设计任务和要求有：建筑规模5 万平方米，建筑高度为3 层，每层建筑面积为1万平方米，主要功能为商场、餐厅和娱乐设施，建筑物安全性与稳定性需满足消防和抗震要求，建筑物空间布局需尽可能提升商铺的实用性和租金收益，采用节能环保的材料和设备，降低建筑物的能耗和维护成本。设计师在充分开展目标分析之后，依据实际情况，初步明确了采用具有较高承载力和刚度的剪力墙结构作为主要的结构方案，为后续的工作开展奠定了基础。

4.2 开展概念分析，把握建筑要求

在实际的概念分析时，设计师需充分考虑以下因素：第一，不同的建筑使用功能不同，对建筑结构的选择也有所差异；第二，建筑物的规模和高度对结构形式和材料选择有很大的影响；第三，设计师需依据不同的地质条件选择合适的结构形式和基础类型[4]。如商业建筑和住宅建筑在结构形式和材料的选择上存在着很大差异性，商业建筑通常包括商场、酒店、办公楼等，需具有足够的空间满足商业活动的需要，还需采用具有现代感与美观感的结构形式和材料突出外部形象的美感，同时需满足易于改造和升级的要求，因此钢筋混凝土框架结构和钢结构的组合是商业建筑的首选，而住宅建筑更加关注建筑使用的安全性与舒适性，砖混结构、框架结构、剪力墙结构更受欢迎。

4.3 制定设计方案，明确设计方向

制定设计方案需以概念分析结果、建筑物实际情况和各种因素为基础和依据。首先，设计师需选择合适的结构体系。将建筑需求与墙承重结构、排架结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构、大跨度空间结构、混凝土框架结构、木框架结构、钢框架结构等基本特征与优势相匹配，选择适合建筑需求的结构体系，以此提升建筑的安全性。其次，选择合适的材料。依据概念分析结果与承重结构要求选择钢材、混凝土、木材等不同的材料。最后，选择合适的施工工艺与方法，并预算和控制成本，在确保建筑结构设计安全性和稳定性的前提下，对施工工艺与方法及成本进行优化[5]。某市492 米高的超高层建筑，作为世界上最高的钢筋混凝土建筑之一，在实际的建筑结构设计中采用了概念设计制定了详细的设计方案。在实际设计中，设计师多因素考虑下，决定采用钢筋混凝土框架结构和组合楼板设计等方案，以增强建筑的稳定性和安全性，采用高强度混凝土、钢材等材料，确保结构的强度和刚度；为更好地提升施工效率、降低成本，明确采用预制装配式施工方法、逆作法等，并实时优化施工工艺与结构设计方案，降低实际施工中影响结构稳定性因素出现的风险。

4.4 完善具体设计，完成图纸制作

完善具体设计与图纸制作属于应用概念设计开展建筑结构设计中的核心环节。在实际实施过程中，建筑师需对建筑结构进行全面的分析和计算，不仅需要对结构梁、板、柱、墙等部件的尺寸、形状、材料、连接方式等进行精准的计算和设计，对建筑结构承受的重力、风力、地震力等荷载进行分析，还需关注建筑结构的弯矩、剪力、轴力等内力，同时需根据内力分析与荷载计算结果，明确建筑结构的配筋种类、直径、数量、布置方式等，以此确保建筑结构的安全性与稳定性。将详细的计算与分析结果在各种施工图纸、节点大样图、结构剖面图等施工图纸上显示出来，使概念设计应用到建筑结构设计环节中的最后步骤，需明确表达概念分析与结构设计的具体结果，同时需以详细的建筑结构设计规范和标准进行印证，以确保建筑结构的安全性与稳定性。详见图1。

图1 应用概念设计完善具体建筑结构设计流程图

4.5 进行设计审查，优化施工图示

应用概念设计开展建筑结构设计后，需要对设计方案进行设计审查，其目的是评估设计是否符合相关的规范和标准、是否存在安全隐患等。在设计审查的过程中，需着重从以下几个方面进行：第一，评估建筑结构、建筑抗震设计等是否满足国家及地方的相关标准与规范，如果不符合相关规范，需进行针对性调整和修改；第二，审查结构体系是否具备足够的承载力和稳定性，构件设计是否切实符合施工难度和使用要求；第三，检验结构计算分析的准确性，采用合适的计算模型与方法，对各种负荷工况与组合方式进行重新审核；第四，审核构件措施的可靠性，注重细节问题确保建筑结构的安全性与稳定性。此外，还需对施工图进行完善，针对出现的审查问题进行针对性修改，并关注细节处理，以提升其指导实际施工的准确性，满足建筑结构质量要求。

5 概念设计在建筑结构设计中的应用措施

5.1 增强结构体系概念，考虑结构耐久性

建筑结构体系是结构设计的核心，增强结构体系概念是发展概念设计的关键。在应用概念设计开展建筑结构设计的过程中，设计师需深入理解不同结构体系的性能和适用条件，结合具体的建筑工程实际需求进行合理选择和应用，与此同时，加强结构体系概念设计，从整体性能和安全性角度出发对建筑结构设计质量进行严格把控，以此确保建筑物充分发挥其功能，如选择结构体系时，采用对抗震有利的建筑平面、立面布置，在不影响建筑使用需求的位置设置防震缝，且宽度取值应比规范规定值大50㎜，以免在地震中的发生碰撞。

5.2 强化概念设计意识，建立概念设计规范

强化概念设计意识是建筑结构设计的内在要求。实际应用中，设计师需树立概念设计应用意识，充分认识到其对建筑结构设计的重要价值，与相关专业人员加强沟通和协同的同时，采用整体思维和创造性思维，将概念设计贯彻到整个设计中。概念结构设计规范是发展概念设计的重要保障，也是设计师应用的基本准则，通过制定相应的规范和标准，明确概念设计原则与方法，将引导设计师在实践中更合理地运用概念设计开展建筑结构设计。

5.3 提升设计师综合素养，奠定人才基础

在建筑结构设计中应用概念设计，涉及多个方面和环节，设计师作为其中关键的参与者，其综合素养将直接影响到概念设计实际应用质量和效率，因此，设计师的培训与能力提升是建筑企业不容忽视的一个环节。一方面，建筑企业需提升设计师对概念设计知识体系的完善，搜集整理相关内容和案例加快设计师的经验积累，提升其专业能力，另一方面培养设计师的创新意识、全局观念，采用研讨会、交流会、讲座等方式，循序渐进培养设计师的创新意识和能力，促使其能用自身知识体系，开展概念设计应用工作，同时提升其全局意识，兼顾建筑结构的安全性、经济性、美观性等，从整体角度出发进行设计。

6 结论

目前，概念设计已经成为建筑结构设计中不可或缺的一个环节，对建筑结构设计质量提升和建筑工程的顺利进行起到了重要作用。在实际应用概念设计开展建筑结构设计过程中，设计师需树立全局意识、整体观念，明确设计要求，开展概念分析，制定设计方案，完善具体设计，并进行设计审查，以此提升建筑结构的安全性和可靠性，确保建筑使用的质量。