试述概念设计在建筑结构设计中的运用

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摘要：近年来，建筑行业快速发展中，施工企业努力追求建筑的低投入和高产出的同时，也逐渐强调建筑的风格和特性。概念设计可构造更合理的建筑结构体系，并节省原料，成为建筑结构设计中的宠儿，得到越来越多的应用和推广，逐渐发展成建筑结构设计的主导思想，也将获得更远的发展，为建筑设计实现更多的便利和优惠。本文探讨了概念设计在建筑结构设计中的运用，具有一定的参考价值。

关键词：概念设计，建筑结构设计，运用。

中图分类号：TU318 文献标识码：A

一、 概述

随着社会的不断发展,人们生活水平逐渐提高,城市发展的需要,现代建筑向大规模和复杂化发展。结构分析计算软件在工程设计时应用较为广泛,结构工程师的当前的首要任务是如何解决计算模型的合理性和计算结果的可靠性,而概念设计是解决这类问题的关键。“概念”指的是“反映对象的本质属性的思维方式”是“人们通过实践,从对象属性,以其独特的属性概括而成”。在建筑结构中的设计概念是建筑结构各种情况下的一般规律。设计师应以概念设计理念贯穿结构的选型、计算、布置到细节处理的全过程，根据实际情况，总结实践经验，对遇到的问题，制定详细的措施，合理分析、及时的处理。概念设计包括的内容非常广泛，存在于设计师从主观上进行分析、判断和选择的地方。使用良好的概念设计,能使结构满足外部条件,并以最直接的方式对荷载进行传递,创造一个更安全、舒适的工作环境,并节省材料和金钱。因此,对于建筑结构的设计,充分掌握设计概念,掌控设计和计算的过程，检验计算结果的可靠性，对不可靠的结构进行调整，是现代建筑设计的本质，这样才能保证建筑工程正常的运行。

二、概念设计的原则

概念设计可充分体现结构工程师的设计思想，在进行结构概念设计时，工程师应遵循以下几个原则。

1.优化选型原则

概念设计的关键在于确定主体结构体系及其联系，主要需考虑两点，通过比较优化选择结构体系和结构布置。

对于结构体系，应掌握各类基本构件的特征，结合实际环境条件、使用、建筑和荷载情况，选择适用的基本构件，确定构间间的联系，形成基本结构单元，确定各自支承做法，然后采取线型、平面、叠合、交叉等集合形式，集合基本结构单元，形成主要结构体系。

对于结构布置，应在满足功能要求和建筑意向的基础上，选择最优的楼屋盖水平系统、柱墙竖向支承系统以及基础系统。应充分考虑各种布置的承载能力、竖向和侧向变形、支承做法、地质条件等，比较各自结构问题的合理性和优越性，确保平立面的规则和对称，实现良好的整体性，竖向剖面应在规整的基础上，保证侧向刚度的均匀变化，适宜自下而上递减，应避免突变。

2.空间作用原则

应结合各建筑部分结构的空间作用，还原本来的结构面貌。建议有意识地利用构件间的空间关系，实现建筑结构的更大刚度，同时减小内力，实现良好的受力效能好。

3.合理受力原则

结构概念设计中应充分利用力学原理处理结构构件的一般受力分析问题。对于受力和变形，均匀受力比集中受力好，空间作用比平面作用好，多跨连续比单跨简支好，刚性连接比铰接好，传力简捷比传力曲折好，超静定的受力体系比静定的受力体系好，应尽量避免不明确的受力状态，应充分利用结构的对称性、刚度的相对性、变形的连续性和协调性，综合分析各部分构件的直接受力状态和整体结构的宏观受力状态，关注主要的受力状况及其变形，忽略次要的受力状况及其变形。

三、概念设计在建筑结构设计的运用

（一）坚持勇于实践、整体研究、作用调节的原则

在规划建筑设计之前，应该对区域的具体情况作充分的调查研究，运用的设计方式一定要符合本地的实际情况，为未来发展准出准备。在认真分析建筑所在地的天气情况、水文地理、风俗习惯、历史文化等基础上，并深入研究特有的建筑，把握其风格特点，运用概念设计对特色建筑进行相关描述，将实践经验与所建项目有机结合，设计有特色建筑结构。在概念结构设计过程中，要坚持以整体的眼光布置结构各个环节。将建筑项目、设计结构、施工建设等融合在一起，充分体现建筑物的使用功能、技术手段、社会经济效率等内容，进而完善结构整体与个体之间的联系。通常情况下在整体着手的基础上，满足施工现场各方面的要求，设计整体结构框架与基本模式等，然后把握好关键部位的连接形式，符合整体结构的效果，提高设计结构的牢固程度、安全可靠性能、使用年限等。从三维结构设计图上分离出平面设计图，调整好墙、柱等竖向设施与楼板、层面板等水平设施的接设联系，在平面构思的基础上开展点性或线性结构设计。

应用概念设计的过程中，要注意调节各个环节之间的影响作用，例如设计时要调节好建设项目、设计结构、所用材料设备、生态情况等方面的关系。调节好建设项目与设计结构使用性能的影响作用，就应该对概念设计与结构布置进行科学合理的整合，更好地体现建筑的使用性能；调节好设计结构与施工设备之间的关系，就应该做好施工设备完善的规划，与建筑结构一一呼应，施工设备占用线路与结构个体间相互连接等。

（二）空间工作的措施

在开展建筑结构设计的时候，要全面了解建筑内部每项构件的空间支撑与连接作用，分析其受力情况。在实际应用中，将受力大小当成空间上作用，为了便于运算研究作了部分的简化与建设。因此，结构设计人员应该有目的地选取部分空间上的概念来做出解答调整，相应地增加了建筑结构整体刚度，改善了受力情况。概念设计一定要把握住结构刚度，对刚度做适当的调整，力求建筑结构稳定、安全、耐久、实用。

（三）降低结构负载的措施

最大程度地降低建筑结构的负载，维护结构的持久稳定一直是结构工程师不断改进勇于创新的设计目标，更是概念设计理应坚持的设计理念。降低建筑结构的自身负载不但能够削弱结构的竖向受力，而且所有水平体系的负载也会相应地减少，即整体结构趋于稳定化，大大降低了地震引发的灾难后果，节省了工程项目的造价，提高了施工效率，缩短了建筑工期并减少了资源浪费。要想达到降低建筑结构负载的目的，就需要从所用建材开始着手，例如选取高强度的材料、新型高分子有机复合材料、轻型混凝土、合金板材、高强度的钢筋等等，还要综合设置科学合理的结构分布，采用有效的蛛网，降低建筑外墙的尺寸大小，最后应采用具有稳定、耐久的结构模型体系，例如选择网架网壳框架、空间桁架、预应力设施、防倾装置等等。

（四）科学受力、各结构协调一致的措施

科学的受力就是建筑结构内外受力匀称、一目了然，尽量不要出现受力不明的情况。加强结构的对称，提高结构的刚度值，保持不同构件之间协调一致地作用，有效防止结构的变形现象。各结构协调一致表现在以下方面：一是基础设施和高层结构之间的统一性，以整体的眼光对其进行研究，例如在规划基层结构框架的时候，应考虑其对高层结构的造成的影响作用；二是在设计多个高层结构的时候，尽量不要使用短柱结构，确保不同柱梁之间相同的受力情况，保持整体结构的稳定。

四、结论

结构设计人员应该领会概念设计的实质内容，把握整体设计的思想，在设计中尽可能地降低建筑结构自身负载，科学合理地坚持增加结构刚度与调节整体结构变形的理念，不过度依赖计算机运算的结果，将概念设计很好地应用到建筑结构设计方面。

参考文献

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