建筑结构概念设计

浅谈建筑结构的概念设计

摘要：在建筑结构的设计中，概念设计的方法已逐渐被结构工程师们所接受。本文就什么是概念设计、概念设计与结构设计的对比、概念设计的重要性及意义、设计原则四个方面对建筑结构的概念设计作以下探讨。

关键词：建筑结构、概念设计、结构设计、设计原则

现今的建筑结构中主要采用的还是传统的结构设计方法，缺乏创新，然而要想取得快速的发展，就必须要融入新的理念——概念设计。有些设计人员虽然对概念设计的基本思想有一定的了解，但还是存在着偏差，没有理解概念设计的本质。概念设计的应用范围很广，应用在建筑结构的设计中主要是对总体进行构思设计，这是计算机算代替不了的，因为即便计算得再准确，它毕竟是机器是靠程序来执行的，相对来说比较死板，而且不能对结构的总体进行构思。

一、什么是概念设计

概念是人对某种有代表性的事物或是形成的过程中所表现出来的特点的一种思维解释。概念设计可以解释为从需求入手经过一系列有序的设计而得到一个完整的产品或是总体的构思，总的来说就是一个全面而完整的过程。但是在不同的领域，概念设计又有不同的定义。

在建筑领域中，概念设计是指根据一些力学的原理和实践中得来的经验从整体的角度来设计出对抗震有利的结构布置。在方案阶

段可以方便快捷地对总体结构进行比较，概念设计运用的是概念性近似计算，因此可以通过手算来做出选择。概念设计是一种定性的设计，它选择出的方案一般思路清晰，可靠性强。同时概念设计也可以作为判断计算机分析出的数据准确性的依据，计算机的计算程序本身没有什么问题，但是由于上机计算人员的人为因素可能就会造成计算结果出现差错，而相对来说人工手算出现的误差要小一些，因此对于计算机算出的数据必须要通过概念设计进行核对，这一步很关键，以免酿成大错。

二、建筑结构的概念设计与结构设计

概念设计不同于结构设计，它是从丰富的实践经验中慢慢摸索出来的一种模式，概念设计是结合实际的建筑要求（包括功能要求，抗震要求等）由粗到细地进行定量设计的一种设计方法。而结构设计则是跟它相反的过程，结构设计是用结构语言来表达一些有用的东西，首先需要知道力学、数学等一些专业知识，然后依赖于计算机得到定量的数据，再根据这些数据对一些指标进行定性的设计，使其满足建筑结构的要求。概念设计会影响到建筑物的总造价、施工进度等整体性问题，如果概念设计出了问题，会对以后的整个施工过程造成一定程度的影响。结构设计是通过定量计算选好结构体系后再对局部进行定性的分析，如果出现了问题，会影响到结构局部的安全性能。然而对于一个优质的工程项目来说，总体和局部的安全性和合理性都是同等重要的，所以概念设计和结构设计应该是相辅相成的关系，而不是对立的，只要二者兼顾才能设计出好的构

思和方案。

三、概念设计的重要性及意义

随着建筑行业的快速发展和人们对生活水平要求的不断提高，工程师在工程结构设计上推出新的思路使建筑更加的安全、舒适、经济就显得十分必要。概念设计就是目前一种非常好的体现工程师创新能力的设计方法。一个结构工程师的工作主要是在一个给定的空间里运用整体的理念设计出总体的结构布局，并且还要处理好局部构件和总体结构的关系，优秀的设计都是有分体系有机地结合起来的。因此要求工程师要有很好的分体系的比较能力，而且还需要丰富的经验，这样才能做好概念设计，使设计的作品达到尽善尽美的水平。

概念设计是整体性的设计，因此对于建筑的整个设计过程起着重要的作用。一个工程如果没有经过总体的概念设计，即使分体系设计得再好，计算得再准确，也不能把他们有机地结合在一起成为完美的设计。现在的很多建筑都要求具有优良的抗震能力，所以设计人员应该及早进入概念设计阶段，设计的内容包括选择提高抗震性能的方案、加强抗扭刚度的措施、设计延展结构等，采用二道防线设计来实现设防要求。

概念设计的重要性还体现在可以弥补一些计算理论的缺陷。目前使用的结构设计理论和计算理论都存在着缺陷，可能使计算结果和结构实际的受力情况不符，因而为了能够实现对无法进行计算的构件的设计，弥补计算上的缺陷，都可以用概念设计和结构措施来

完成，因此概念设计具有计算机不可替代的功能，

概念设计是一种发展的趋势也是必然的产物，现在的建筑行业竞争非常激烈，传统性的设计理念和方法终将被社会所淘汰，概念设计会影响建筑结构整体的可行性和合理性，因此通过概念设计产生的造价低、性能好、舒适度高的建筑方案才会成为业主的新宠儿。

四、概念设计的设计原则

1制定适合的设计方案

在制定设计方案时，应综合考虑到施工地的地质条件、载荷的分布及周围建筑物的影响等因素，使得设计的方案能最大程度发挥地基的潜能。在勘探地质时要写出详尽的地质勘查报告，没有报告的要进行现场实地的考察。

2.结构的合理性和整体性

概念设计要设计一个合理的结构体系，在受到载荷作用时受力明确，而且有简捷直接的传力途径，这样有利于建立结构计算模型。建筑平面内部结构和竖向结构应规则、均匀，使地震应力能快速地传递，平面规则使质量与刚度之间分布协调，竖向规则避免传力途径和刚度发生改变有过大的外长和内收。结构平面的两个主轴要用一定的刚度和抗扭转刚度的能力，抗震和抵抗扭转振动的能力。同一结构单元不适宜混用不同类型的结构体系。考虑到结构的整体性，内力计算模型的假设是楼盖平面内具有无限大的刚度，所以在设计时就应满足假设条件让楼盖平面内有足够大的刚度，并且竖向的结构连接紧密，保证梁板和柱墙能相互协调地工作。

3谨慎选用计算简图

结构计算离不开计算简图，如果计算简图使用的不谨慎，不合理往往会导致安全事故的发生。因此要保证结构的安全性不受到威胁，合理谨慎的选用计算简图十分重要。此外，计算简图还需要配有相应合理的构造措施。实际结构与计算简图的误差应控制在设计允许的范围之内。

4认真分析结果

目前的建筑结构设计中计算机使用的非常普遍，而由于处理问题时可选用的软件种类繁多，不同的软件内部的程序算法不同，所以使用起来可能会得到不同的结果。因此设计师应该先了解每种软件的适用范围和技术特点，然后再根据实际情况合理选用进行辅助设计。在使用计算机时，还可能出现由于人工输入有误或是软件自身存在缺陷等问题而使计算结果错误，这时就要求结构工程师对结果要进行认真的分析和校验，同时也可适当结合设计师的的知识和经验，最终做出一个合理的判断。

5合理采取构造措施

要注意到结构构件应该具有适当的延性、刚度、承载力等性能。特别是耗能的构件要有较高的延性和刚度，耗能构件不宜选择那些承受竖向载荷的构件。设计钢筋的锚固长度应考虑温度应力的影响，平面和竖向的布置要规则、均匀、对称，抗震的房屋要设立多道抗震防线，并考虑内力重分布后也不能发生坍塌，加强薄弱的部位。