概念设计在建筑结构设计中的重要作用

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摘要：本文论述了结构概念设计和合理的结构措施对建筑的重要性，分析了概念设计和计算分析互为补充的关系，并举例分析了概念设计应重视的一些内容，以供参考。

关键词：建筑结构；概念设计；计算软件

Abstract: this paper discusses the structure design and rational concept of the importance of building structural measures, and analyzed the concept design and calculation and analysis of the relationship between complement each other, and an example is analyzed the concept design should be pay attention to some of the content for your reference.

Keywords: building structure; conceptual design; Calculation software

中图分类号：TU3文献标识码：A 文章编号：

在建筑结构设计中，概念设计与结构措施至关重要。一定程度上它反映了一个结构工程师的设计水平一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。随着计算机技术和计算方法的发展，计算机及其结构程序在结构工程中得到大量的应用，结构设计人员过分依赖设计软件的现象日益普遍，在设计中常常陷入只凭计算的误区，而没有认识到高质量的工程只能是渊博的工程理论，大量经验以及艰辛脑力劳动相结合的产物。因此提倡采用概念设计思想来促进结构工程师的创造性，推动结构设计的发展是非常必要的。

一、概念设计的重要性

概念设计是一种设计的思路，是定性的设计，一般不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。

强调概念设计的重要,主要原因有：首先现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性，比如对混凝土结构设计 ,内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法 ,这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远 ,为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的，因此，结构工程师只有加强结构概念的培养，才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。

二、概念设计的主要内容

1．场地的选择

地震灾害表明，建筑的破坏，不仅与建筑本身的抗震性能有关，还与建筑物所在场地条件有关。

2．建筑平立面的布置

建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，不应采用严重不规则的方案。对于不规则的建筑结构，应从结构计算、内力调整、采取必要的加强措施等多方面加以仔细考虑，并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施以保证建筑的整体抗震性能。

3．结构材料的选择

为保证抗震结构的基本承载能力和变形能力，结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求。采用哪一种结构材料、什么样的结构体系，需要经过对其技术、经济条件比较后综合确定。同时力求结构的延性、刚度、强度完美比配，充分发挥材料的强度。

4．结构应具有多道抗震防线

地震有一定的持续时间，而且可能多次往复作用，根据地震后倒塌的建筑物的分析研究，地震的往复作用使结构遭到严重破坏，而最后倒塌则是结构因破坏而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增强结构抗震能力的重要措施之一。

5．选择合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性

提高结构的抗侧移刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物在遭受强烈地震时具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件及构件中的所有杆件都具有较高的延性，这就要求在做设计时要有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性。

6．确保结构的整体性

一个结构体系只要构件间的连接不破坏，整个结构就能始终保持其整体性，充分发挥其空间结构体系的抗震作用。因此，各构件之间的连接必须可靠，且应符合下列基本的要求：

(1) 构件节点的破坏，不应先于其连接的构件；

(2) 预埋件的锚固破坏，不应先于连接件；

(3) 装配式结构构件的连接，应能保证结构的整体性；

(4) 预应力混凝土构件的预应力钢筋，宜在节点核心区以外锚固。

三、结构工程师应注重的一些概念设计

1、在建筑方案设计阶段，结构工程师应综合运用自己掌握的结构概念，选择经济合理的结构方案。例如，某高层框剪结构，底部二层为大空间的大堂：

方案一方案二 方案三

方案一：密柱方案外框柱子较多，给建筑使用带来不便，特别底部二层大堂的大空间，需要抽调中跨的柱子，采用结构转换，造成竖向刚度突变，转换层的柱内力也变化较大，给结构设计增大不必要的难度。

方案二：稀柱方案柱截面尺寸过大，难于满足轴压比的要求，且造成很多短柱对抗震不利；剪力滞后现象严重，结构受力不尽合理。

方案三：稀柱+四角“L”形剪力墙方案既减小了柱子的截面尺寸，又改善了由于柱距较大而产生的内力不均匀、剪力滞后现象，使结构受力更为合理。

2、结构工程师应能比较客观、真实的理解结构的工作性能，不可被计算机计算的结果所迷惑，造成对结构工作性能的误解，使工程留下安全隐患。

3、结构工程师应处理好结构的协同工作，保证结构构件在承载能力极限状态下能共同受力、共同工作，且具有共同的耐久性能。

4、应注重结构刚度的控制。结构概念设计的重要内容之一就是结构整体刚度和构件的相对刚度控制设计。

5、运用概念设计的思想，拓宽结构设计的思路。结构工程师往往只注意到不超筋，结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。其实，为什么不考虑降低作用效应S呢？结构刚度越大，地震作用效应越大。

四、结语

在概念设计日益重要的今天，要求结构工程师应有深厚的基本理论基础，并能不断吸取他人先进的设计思想。对自己的作品、设计（即使是已建成的），应经常进行深刻的反思，对每一项设计都精益求精。强调结构概念设计的重要性，旨在要求建筑师和结构工程师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定，设计时不能陷入只凭计算的误区。其次，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑也提出了更高的要求。发展先进的计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构更加安全、适用、可靠、经济是未来的发展方向。因此，打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的，而推广概念设计思想是一种有效方法，具有着深远的意义。

参考文献：

1． 林同炎结构概念和体系[M] 中国建筑工业出版社 ，2005。

2．《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 中国建筑工业出版社，2010。

3．李国胜 简明高层钢筋混凝土设计手册[M] 中国建筑工业出版社 ，2003。

4、¬¬建筑结构设计施工质量控制[M].中国建筑工业出版社.2006.9.

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