建筑结构设计中概念设计和结构措施的应用探析
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摘要：对整个建筑结构中不同元素间的联系需要足够的认识与把握，充分融合其元素的理念，文章分析其概念设计以及应用，探讨其设计注意事项结构措施。
关键词：建筑结构概念设计；结构措施；应用
中图分类号： TU3 文献标识码： A
引言：
概念设计及结构措施在建筑结构设计中的应用，能够优化结构设计，提高结构承载力和稳定性，使其寿命达到甚至超过设计使用年限，并且建筑结构能够与周围环境有机的融合。
概念设计是指以设计师的个人经验为基础进行的定性设计，而结构设计是根据概念设计的要求及力学等定量设计来实现的一个逆向过程，其中，定量设计主要包括建筑结构内力、配筋数量及结构变形等参数。若概念设计不合理，将会影响整个建筑的结构设计，由于概念设计是体现出设计师的一种先进设计思想，因此，在建筑结构设计中，设计师需要根据建筑的整个概念进行结构设计，并对构件与结构之间的关系进行协同处理。所以，概念设计与结构设计两者之间的关系是相辅相成的。
二、建筑结构概念设计的应用
作为一种新的设计方法，建筑结构概念设计既符合理论，又结合实际弥补了理论的不足，设计人员从工程经验与理论知识相结合的角度，对建筑结构进行概念性的分析和比较，从而形成经济合理的设计方案。
（一）抗震设计中的概念设计
地震是一种常见的自然灾害，具有突发性和严重破坏性的特点，一旦发生，将危及人们的生命财产安全。地震学的研究表明，现在尚不能准确检测到地震发生的时间、地点及强度。由于在地震时建筑结构受力的复杂性与不确定性，再加上计算软件的机械性与局限性，抗震设计中的计算数据可能与实际情况大相径庭。所以，在日常的结构设计中，其计算结果仅能作为参考，而不能保证结构的安全可靠性，存在很大的安全隐患。在这种情况下，为了保证建筑结构的抗震性能只能借助于结构抗震的概念设计。抗震概念设计是根据结构地震破坏形态以及以往的工程经验而逐步形成的基本设计原则和设计思想，从宏观的角度强化抗震结构，通过对建筑选址、基础设计、结构选型、构件连接等环节的综合考虑，科学分析软件计算结果，创造有利的抗震条件，从而有效控制结构的薄弱环节，达到抗震的效果。总之，就结构抗震设计来说，结构概念设计的重要性远远大于数值计算。
为使建筑具有良好的抗震性能，在伉震概念设计中应该注意以下问题。一是场地和地基的选择。地基是否牢靠直接关系到建筑结构的抗震能力。地基分为天然地基和人工地基，在地质条件较好、具有较强的承载力时使用天然地基，可以拥有较好的抗震效果，否则采用人工地基。二是结构构件传递地震力的合理性。应选择合理的结构体系，使结构受力明确、传力简洁，避免结构体系受力复杂，同时设置多道抗震防线，以保障建筑结构的抗震性能。三是建筑的外观设计，要求建筑外形简单、对称，要求建筑结构规则，确保建筑结构的质量和刚度沿结构分布的均匀性和对称性。四是建筑结构的整体性。结构构件之间的连接要可靠，以保证连接部位具有一定的强度和变形能力，使结构具有稳定的抗震性;对于非结构构件，在利用其对整体结构有利影响的同时，避免由于不合理的设置而引起的不利作用。同时，还要注意结构的空间整体性，以保证结构的整体稳定性。五是刚柔相济的原则。要求在结构抗震设计中统筹考虑结构的刚度和韧性，刚柔相济，在满足变形要求的同时，提高结构抗震性能。
（二）高层建筑结构设计中的概念设计
城市化进程的加快使得高层建筑结构如雨后春笋般迅速发展，同时高层建筑结构设计方案的日益复杂，设计人员需要以更多的主观分析来判断结构的经济合理性，由此可见，概念设计在高层建筑结构设计中的重要性。在对高层建筑进行概念设计时需要注意以下问题。其一，选择刚柔相济的结构。相对于低层建筑物，高层建筑具有自重大、受气流影响大等问题，需要设计人员通过概念设计，选择刚柔相济的结构，保障结构的刚度和韧性，同时宏观把控结构的水平荷载。其二，选择合理的结构体系。在高层建筑结构设计中，水平荷载的影响远大于垂直荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素，所以抗侧立机构的选择至关重要，同时，也要综合考虑建筑的功能和高度。其三，选择合理的结构布置。高层建筑结构布置的合理与否，直接影响到建筑物的正常使用，也直接影响到造价的高低以及工程量的大小，如果结构布置不合理，不仅增加了造价和工程量，而且还会产生严重的安全隐患。所以，一定要选择合理的结构布置，确保结构的整体性和整体稳定性，要求结构受力明确，抗侧构件力求均匀对称，传力简洁，避免局部出现薄弱部位。
三、建筑结构设计中概念设计注意事项
（一）结构简图的科学性
结构概念设计首先要有科学专业的理论作为支撑，而且一般情况下利用结构设计简图对结构概念设计的合理性进行评估。在结构简图的选择上，要遵照安全和准确的原则，选取合理的简图。因为如果选取的简图不够科学，那么相应的结构概念设计也会出现相应的错误，甚至对工程的质量问题造成巨大的影响。所以说，结构设计简图在制作时应该做到精确、科学，使出现的误差也在可控范围内，应该进行严格的审查，保证简图的质量。
（二）结构刚度科学化选取
建筑结构在刚度的选择上至关重要，而且在建筑结构概念设计中也必须遵守刚度的要求。结构刚度可科学化选择，是保证工程质量的有效措施，还能够对地震等灾害起到危险性降低的作用。与此同时，结构刚度的科学化选取还能扩大空间的占有率，使建筑平面的利用率等都能得到合理的利用。
（三）对计算的结果进行准确分析
随着社会和经济的发展，信息技术被广泛的应用，特别是在数字的计算等方面设计出种类繁琐的计算软件，可是各计算软件在计算的结果上确实各不相同，让使用者也不知道哪个是正确的，所以在工程的设计中计算工作经常出现混乱。在进行设计时，软件的选择很重要，应该对各个软件进行系统化分析，根据工程的实际情况和设计的原理等，选择适合的软件，确保计算结果科学准确。
（四）合理选择建筑基础
根据选择好的建筑场地的地形特征和结构形式进行结构基础的选择。如果是松软的地质且要建造高层建筑，天然的地基无法承受起荷载，需要采用桩地基，把建筑物的荷载传递到下面坚实的持力层中;如果建筑场地土质不均匀，为了改善不均匀沉降的问题，从而增加建筑物的抗震抗灾能力，则可以选择箱型基础;最后一种建筑基础是筏型基础，它整体的刚性大结构稳定性好，可以解决建筑物上部的超荷载，还可以解决其压力分布不均的问题。
（五）合理选择建筑主体的结构体系
建筑主体是一个空间的结构体系，目前我们在空间结构体系整体研究中还有一定的局限性，在设计工程中用了许多假定和简化理论，作为结构工程师我们更应该通过强化概念设计，灵活运用规范，运用概念设计理论对整个结构体型与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，做到结构体型布局合理，受力明确，抗震性能好。结合建筑平面工程对结构体系进行合理的布置，通过调整结构刚心、建筑物质心及平面形心三者之间的距离使三者尽可能地靠近，以利于减小结构体系的扭转力，增强整个结构的稳定性，提高结构的抗震能力，同时也能节约工程造价。
四、建筑结构设计中的概念设计与结构措施
（一）协同工作概念与结构体系
协同工作的概念在工业产品的设计与制造中已经有较为广泛的使用，目的是将内部结构体系能够高效的进行优化配合，实现其设计寿命。现阶段，轻型钢结构的应用就是协同工作概念与结构体系完美结合的案例。轻型钢结构以其质轻、价低、施工进度快、受施工环境影响较小、抗变形,抗震能力好等优点在工业厂房中不断得到应用。由于轻型钢结构的抗拉强度比普通混凝土的强度要高出25倍左右，而且不产生裂缝，在建筑结构中具有较好的结构性。另外，钢结构具有较好的塑性变形特性，当某种原因导致其它结构断裂时，同时发生在钢结构上则只是表现为塑性变形，而且变形具有缓冲期，能够为安全撤离提供充足的时间保障。因此，在协同工作概念下轻型钢结构作用发挥出色。如某钢结构厂房，设计为门式轻型钢结构，总跨度为 36m，长度为 100m，柱距18m，屋面坡度为1：15，设计使用年限50年，抗震设防烈度为八度。在应用概念设计时，首先要明确门式轻型钢结构厂房各构件的最大负荷，为了增加稳定性需要设置支撑体系，保证厂房的使用寿命达到设计使用年限。单层厂房轻型钢结构一般由横向钢框架、屋盖钢结构、支撑体系、吊车梁和制动梁以及墙架等构成。在某些单层厂房钢结构中，由于工艺操作上的要求，还可能设有工作平台。然后，再对结构受力进行有效的分析，以保证同层各柱在相同的水平位移时，能同时达到最大承载能力。
（二）钢混结构
钢管混凝土在当下建筑施工中是时常应用的，是一种将钢材和混凝土进行混合，达成充分发挥二者性能的新型模式，能够让刚度和建筑稳定性有一定程度的提升。应用钢管和混凝土相结合主要应用的原理有两个方面可以体现。
1）外部钢管能够较好的对内部混凝土有所约束，让混凝土强度可以有所加大，对变形的几率能够有效减少。钢筋混凝土中的结构促使建筑物中的抗震能力不断加强，合理的解决了高层底层柱轴压比超限的问题。
2）内部混凝土能够对外部钢管有力支撑，钢管和内部混凝土能够有效结合，从而构成具备一定优势的互补型效果，让自身的优势都可以显现出较好的补充，所存在的缺陷也能够互相弥补，让承载力有所加大，相互结合之后的承载力是两者承载之和的18倍左右。
（三）悬索结构
悬索结构所用的全都是拉杆,这就使材料的利用率以及结构的应力水平都变得相当高,可以充分的利用高强度的材料,还可以施加预应力,同时也包括与悬索结构相结合的一些结构模式等,所以悬索结构就比较适合应用于跨度非常大的建筑结构中。
五、结束语
综上所述，合理地处理构件与结构、结构与结构的关系，不断地加强结构概念，深入、深刻地了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们，才能更好的促进概念设计及结构措施在建筑结构设计中的完美应用。
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