建筑结构设计中概念设计与结构措施论文

建筑结构设计中的概念设计与结构措施摘要：概念设计是指在没有经过计算的前提下，特别是在没有条件进行精确的力学分析，或者在设计规范中没有定义的情况下，从整体的角度来进行结构设计。

本文分析了概念设计的重要性，探讨了建筑结构设计中的概念设计与结构措施。

关键词：建筑；结构设计；概念设计；结构体系
中图分类号：tu318 文献标识码：a 文章编号：
abstract: the concept design is to point to in without calculation, under the premise of especially in no condition accurately mechanics analysis, or in the design specification does not define, from the whole in the perspectives of structure design. this paper analyzes the concept of the importance of design, this paper discusses the concepts of the design of the building structure design and construction measures.
keywords: architecture; structure design; the conceptual design; structure system
一、概念设计的重要性
在传统的建筑结构设计中，结构工程师依据以前的设计施工经验，经过不断的总结和追求完善，设计经验与理念也在实际工作中得到进步和创新。

随着时间的推移，经验不断丰富，设计理念不
断完善，设计的作品逐渐成熟。

但是，由于很多工程在创新方面的努力不够，习惯于依据规范和设计手册等传统书籍，只是借鉴以前的设计风格和设计手法。

不仅对于国外、国内的先进技术和理念没有给予足够的重视，在设计中进行改进和运用，也过分依赖设计程序，忠于传统设计，因为害怕创新和手工的设计作品不符合设计的要求造成不好的后果。

还有的工程师在设计的过程中，因为依赖设计程序的运用，对于程序给出的运算数据不质疑，大胆用，没有足够的认真和质疑的精神来对待设计结果，造成没有发现程序设计中的错误。

而且，结构设计需要运用的知识涵盖建筑学的很多方面，很多知识是在工作经验中总结的，或者是自己的想法和领悟，并不是在学校学习的系统知识，相对的分散，不容易记忆，因此在设计中也不容易进行运用。

概念设计的重要性不仅在于概念设计在传统设计理念的优点结合，并在传统设计的不足之处进行改进，将计算理论的漏洞从整体的角度来进行解决。

例如，混凝土的结构设计。

虽然内力计算的理论支持是弹性理论，但实际上，界面设计的计算支持却是塑性理论。

这个不同就会造成计算得到的结论与实际的情况相距甚远。

为了避免出现这样的情况，就需要进行良好的概念设计的把握。

计算机的特点在于计算精度高，计算速度快但工程师又会因此对结构性能产生不明白的地方。

因此，工程师有良好的概念设计技能，才能正确的理解结构工作性能。

设计的初期，所有的准备工作是计算机不能胜任的，需要手工进行。

概念设计在这个阶段就显得非常重要结构工程是良好地运用概念
设计在结构设计中，能够让设计的方案更加的合理，价比低，更加符合实际情况。

因此，工程师需要在工作中不断地完善概念，尽自己的能力去了解结构设计内容和理念，争取良好地进行运用。

二、协同工作与结构体系
协同工作的概念广泛存在于工业产品的设计和制造中，对于任一个工业产品，我们均不希望其在远未达到其设计寿命（负荷、功能）时，它的某些部件（或零件）即出现破坏对于建筑结构，协同工作的概念即是要求结构内部的各个构件相互配合，共同工作。

这不仅要求结构构件在承载能力极限状态能共同受力，协同工作，同时达到极限状态，还要求他们能有共同的耐久寿命。

结构的协同工作表现在基础与上部结构的关系上，必须视基础与上部结构为一个有机的整体，不能把两者割裂开来处理。

举例而言，对砖混结构，必须依靠圈梁和构造柱将上部结构与基础连接成一个整体，而不能单纯依靠基础自身的刚度来抵御不均匀沉降，所有圈梁和构造柱的设置，都必须围绕这个中心。

对协同工作的理解，还在于当结构受力时，结构中的各个构件能同时达到较高的应力水平。

在多高层结构设计时，应尽可能避免短柱，其主要的目的是使同层各柱在相同的水平位移时，能同时达到最大承载能力，但随着建筑物的高度与层数的加大，巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大，从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱，为了避免这种现象的出现，对于大截面柱，可以通过对柱截面开竖槽，使矩形柱成为田形柱，从而增大长细比，
避免短柱的出现，这样就能使同层的抗侧力结构在相近的水平位移下，达到最大的水平承载力；而对于梁的跨高比的限制，一般还没有充分认识到。

实际上与长短柱混杂的效果一样，长、短梁在同一榀框架中并存，也是极为不利的，短跨梁在水平力的作用下，剪力很大，梁端正负弯矩也很大，其配筋全部由水平力决定，竖向荷载基本不起作用，甚至于梁端正弯矩钢筋也会出现超筋现象，同时，由于梁的剪力增大，也会使支承柱的轴力大幅增大，这种设计是不符合协同工作原则的，同时，结构的造价必将会上升。

多高层结构设计的主要目的即是为了抵抗水平力的作用，防止扭转，为有效的抵抗水平力作用，平面上两个正交方向的尺寸宜尽量接近，目的是保证这两个方向上的“惯性矩”相等，以防止一个方向强度（稳定性）储备太大，而另一个方向较弱，因此，抗侧力结构（柱、剪力墙）宜设置在四周，以增大整体的抗侧刚度及抗扭惯性矩，同时，应加大梁或楼层的刚度，使柱（或剪力墙）能承担较大的整体弯矩，这就是“转换层”的概念。

防止扭转的目的，是因为在扭转发生时，各柱节点水平位移不等，距扭转中心较远的角柱剪力很大，而中柱剪力较小，破坏由外向里，先外后里。

为防止扭转，抗侧力结构应对称布置，宜设在结构两端，紧靠四周设置，以增大抗扭惯性矩。

因此，高层或超高层建筑中，尽管角柱轴压比较小，但其在抗扭过程中作用却很大（若角柱先坏，整个结构的扭转刚度或强度下降，中柱必定依次破坏），同时，在水平力的作用下，角柱轴力的变化幅度也会很大，这样
势必要求角柱有较大的变形能力。

由于角柱的上述作用，角柱设计时在承载力和变形能力上都应有较多考虑，如加大配箍，采用密排箍筋柱、钢管混凝土柱。

目前，部分已建建筑在其四角设置巨型钢管柱，从而极大地增强了角柱的强度和抗变形能力。

在高层建筑结构设计中，柱轴压比的限值已成为困扰结构工程师的实际问题，随着建筑高度的增加，结构下部柱截面也越来越大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋，即使采用高强混凝土，柱截面也不会明显降低。

实际上，柱的轴压比大小，直接反映了柱的塑性变形能力，而构件的变形能力会极大地影响结构的延性。

混凝土基本理论指出：混凝土构件的曲率延性，即弯曲变形能力主要取决于截面的相对受压区高度和受压区边缘混凝土的极限变形能力。

相对受压区高度主要取决于轴压比、配筋等，混凝土的极限变形能力主要取决于箍筋的约束程度，即箍筋的形式和配箍特征值。

因此，为了增大柱在地震作用下的变形能力，控制柱的轴压比和改善配箍具有同样的意义，因而采用密排螺旋箍筋柱或钢管混凝土均可以提高柱轴压比的限值。

三、提高材料的利用率。

从某种程度看，提高材料的利用率也是协同工作设计的另一个目的，材料利用率越高(即应力水平越高)，该结构的协同工作程度也就越高。

尤其对我国这样一个发展中国家，结构设计的目的，即是花最少的钱，做最好的建筑，这就更要求设计时对结构材料的
充分利用。

例如：对钢筋混凝土矩形截面梁。

由于靠近截面中和轴的材料应力水平低，且梁受到的弯矩沿梁长度方向一般是变化的，使等截面梁大部分区段应力水平较低，从而导致材料的利用率较低；针对这种受力特性，如果将梁中多余材料去除，会出现工字型梁、箱型梁空间网架等多种结构形式．从而大大增加了材料的利用率，提高了结构构件的经济性能和相互协同性。

四、合理选用截面形式及结构形式。

合理选用截面形式及结构形式有很大的经济意义。

例如，就截面形式而言，受拉的悬索结构采用高强钢丝、钢绞线或钢丝束最为合理；天然石材建造实体拱也是很好的方案，我国南方有许多石拱桥，造型美观，经济耐久；现代热轧工字型钢作为受弯构件，较厚的翼缘主要承受弯曲正应力，较薄的腹板主要承受剪应力，与矩形截面相比，既节省了材料，也减轻了自重。

参考文献：
[1] 刘彦艳. 浅谈建筑结构概念设计[j]. 科技风, 2009,(13)
[2] 刁大国, 傅玲, 薛宏钰. 概念设计的重要性[j]. 黑龙江科技信息, 2010,(17) [3] 罗文强. 概念设计在建筑结构设计中的运用[j]. 民营科技, 2010,(04)。