浅谈概念设计及结构设计

浅谈概念设计及结构设计

发表时间：2018-09-05T17:01:37.933Z 来源：《防护工程》2018年第9期作者：于丽妲

[导读] 从而促进整个建筑业的快速高效发展，最终将惠及人民大众，实现经济效益和社会效益的双赢。在设计工程中引入概念设计理念，会极大的简化设计流程，避免因为计算机软件的过分应用产生的数据脱节现象。

于丽妲

方舟国际设计有限公司

摘要：强调概念设计在建筑结构设计中的应用必将为建筑业注入新的血液，从而促进整个建筑业的快速高效发展，最终将惠及人民大众，实现经济效益和社会效益的双赢。在设计工程中引入概念设计理念，会极大的简化设计流程，避免因为计算机软件的过分应用产生的数据脱节现象。

关键词：概念设计；结构设计；开展

前言：概念设计必须有理论基础知识作为行动准则，离开理论基础知识的指导，结构设计就不会客观，而变成主观设计。同时也要依靠先进的设计工具，多方面的分析设计方案的合理性，并与理论基础知识结合并用，让结构总体系与各个分体系的工作原理和力学性质及构造处理原则相互融合。概念设计不仅可以发挥建筑师的主动性和创造性，创新建筑结构设计理念，而且可以从实质上保证乃至提升建筑的质量和使用效能，建筑师必须要熟悉并深入理解概念设计的内涵，将高质量的设计工程展现给世人。

一、概念设计的重要性

强调概念设计的重要，主要还因为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。同时计算机结果的高精度特点，往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，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。

概念设计之所以重要，还在于在方案设计阶段，初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念，选择效果最好、造价最低的结构方案，为此，需要工程师不断地丰富自己的结构概念，深入、深刻了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。

二、概念设计的意义

概念设计一般指不经数值计算，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。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的的经济可靠性能。概念设计减少了对较难改进的客观条件的依赖，增强了对人才的要求，使得建筑结构设计更具灵活性、更能为人所掌握和控制。

三、概念设计对于建筑设计的必要性

建筑设计需要对各个力学应力数值、结构数值、材料数值进行精确地计算，但是过分依赖计算机软件，会对建筑结构造成不可预计的危害。比如在实际设计中很多设计人员用多、高层结构三维空间分析程序来计算底层框架，还有人为地布置一些抗震墙，但是不能完全满足楼层间的合理刚度比，也不能完全正确地反映底层框架在地震时受力状态。在设计中导致这样问题的出现，根本原因就是在于结构概念不明确，没考虑这两种结构体系的差异。如果是运用概念设计方法可以在建筑设计方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。

同时，概念设计也是判断计算机分析输出数据可靠与否的主要依据。避免电算误差问题的产生，在建筑结构设计中采用概念设计是最好的方法。在实际设计工作中，运用概念设计理念还可以对已经出现的问题进行深入的分析，从而发现深层次的因素，来改善设计水平。这往往比查找历史数据更为便捷。

四、如何开展概念设计

4.1选择合理的结构方案一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案，即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确，传力简捷，同一结构单元不宜混用不同结构体系，地震区应力求平面和竖向规则。总之，必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，并与建筑、水、暖、电等专业充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时还应进行多方案比较，择优选用。

4.2平面设计

建筑平面的形状宜选用风压较小的形式，并应考虑邻近高层建筑对其风压分布的影响，还必须考虑有利的抵抗能力和竖向荷载，在地震作用下，力求简单。在高层建筑中，建筑体受到更多的风压，没有好的的流体外形，就会对建筑产生长时间的水平应力。随着建筑层数提高，水平载荷下的侧移现象逐渐加重。在平常情况下承受内部静态应力，如果发生地震等或者其他地质灾害，则会诱发外部形变，对建筑内居住者产生生命安全影响。

4.3竖向设计

在竖向传力体系设计中，首先要注意建筑不能超高，因为新的设计准则对建筑超高有了更严格的要求。在高层建筑的设计中，抗侧力结构刚度，应注意由基础向顶层逐渐过渡，要尽量避免出现在竖向上刚度发生突变的现象，以免由于刚度的较大突变而削弱其抵抗水平荷载的能力。高层建筑必须有相应的锚固深度，此锚固深度可结合布置设备用房和地下停车库的需要，作为一层或多层地下空间，这对降低高层建筑的重心有利，可提高建筑抗震能力及抗倾覆能力。

在竖向形体设计中，截锥形的建筑，采用由下而上分段逐渐减小楼层面积阶梯状体型，能使房屋刚度大大增加，由于房屋顶部的楼面尺寸比底部小，除了在建筑使用功能方面存在优点外，在抗风和抗震方面也具有一定的优越性。

4.4基础设计概念

基础除了与地基相互作用外，与上部结构作用的关系也很复杂，除非在建筑的边缘部位出现荷载很大的情况，一般建筑基础的变形总是中部沉降多，外级沉降小。在进行地质条件选型中，首先地基地质要好，或采用桩基。要求地基沉降量不能过大，重要的是控制高低层的沉降差，天然地基的建筑，高层部分一般采用满堂红基础，低层部分采用双向条形或单独基础，高层建筑常设有通往地下车库的通道，通道紧贴高层的外壁，并平行于外壁，可将地下室基础底板延伸作为车道的底板，便于铺防水层，也保证了高层建筑的整体连接。根据不同建筑的地理位置结构形式可选择桩基础、箱形基础和筏形基础。桩基础，当地基土质较软弱，建筑物层数较多，荷载较大的情况下，天然地基不能满足地基承载力的要求可以采用桩基将上部结构荷载直接传到下部坚实的持力层，高层建筑的桩基础可采用预制钢筋混凝土桩，混凝土灌注桩和钢管桩。箱形基础，箱开基础在高层建筑中广泛应用，它整体刚度好，能将上部结构的荷载均匀地传给基础，对上部结构能良好地嵌固，箱基有效地抵抗不均匀沉降，并与周围土体协同工作，提高建筑物的抗震和抗风能力。筏形基础，筏形基础适用于上部结构荷载较大，地基承载力较低的工程，筏形基础整体较好，刚度大，能有效地分散上部结构的荷载，调整基底的压力和不均匀沉降。

结束语：

概念设计是展现先进设计思想的关键，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。运用概念设计的思想，也使得结构设计的思路得到了拓宽。概念设计的成效，一方面取决于工程师们掌握理论基础的深浅，另一方则关系到有否丰富的工程经验。概念设计要求设计师从宏观方面入手，系统的分析设计中的诸要素，采用科学的方法完成设计作品。发挥创新能力，并在设计的整个过程中不断的吸取先进的设计思想，提高概念设计的水平。

参考文献：

[1]方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]许燕禄.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].广东土木与建筑，2005（02）.

[3]林同炎，S.D.思多台斯伯利.结构概念和体系[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.