概念设计在建筑结构中重要性探讨

摘要：概念设计在结构设计中起着不可忽视的作用。它既能反应一个结构工程师的设计理念，又能衡量出结构工程师的专业技术水平。本文就概念设计作了简要论述，并重点对概念设计在建筑结构设计中重要性作了探讨。

关键词：概念设计、建筑、结构、应用

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

随着计算机技术和计算方法的发展，结构设计人员过分依赖设计软件的现象日益普遍，在设计中常常陷入只凭计算的误区。概念设计是一种设计的思路，是定性的设计，一般不经数值计算，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。

结构概念设计是在经验与理论相互结合的基础上产生的，它是设计人员根据多年的实践经验和所学的理论知识，对结构设计形成的一种新的设计方法。这种方法既符合理论的科学性，又能结合施工的实际，补充理论的不足。在进行结构概念设计时，结构工程师将结构设计经验与理论知识相结合，对建筑结构设计进行概念性地分析和比较，确立建筑结构的总体布局，形成合理的设计。

二、概念设计的重要性

概念设计是展现先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。

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。

三、概念设计的一般性原则

建筑结构设计主要可分为基础设计、主体设计及附属构件设计三大类。一提到基础设计,我想所有的结构设计工作者都会重视,基础的设计工作量及工程造价约占总工程量的20%~40%。基础的设计即便是出了一点点的小问题,那么也会对整个建筑物的安全造成重大影响。基础设计主要设计依据是工程地质勘查资料,而我们的基础设计也是根据地质勘查资料所提供的土的类别、性质等等相关参数进行设计的。基础设计应根据上部主体结构形式荷载分布情况,相邻建筑物,构筑物的影响以及施工条件等多方面因素进行综合分析,选择经济合理的基础形式,并应将基础设计在能最大限度地发挥地基潜力的土层上。但对于不熟悉的地域的基础设计,我们还应多参考当地或相近地域其他建筑的地质工程报告,以便综合分析合理确定基础方案。主体的概念设计可以说是整个设计工程的核心,其方案的合理性决定着整个工程的安全性、经济性。基础设计方案的采用也是根据上部结构的方案及地质情况共同决定的,但地质条件一般是无法改变的,所以说上部结构的方案又在基础设计中起了重要的作用。

主体结构方案是建立于建筑设计方案的基础上,一个好的建筑方案往往会考虑到结构方案的合理及经济造价等多方面因素,但又不会受到结构方案的制约而将建筑物做成火柴盒式的建筑。如何既满足建筑功能的要求,又要满足结构的安全性及经济性,那么这就是给结构工程设计人员出了一个复杂的课题。不论建筑造型如何复杂,作为一个优秀结构设计人员首先是把结构体系的受力明确、传力简捷作为结构设计的首要前提,其次根据具体实际情况要求建筑方案平面及竖向规则,最后应根据建筑物地理环境情况,材料供应情况,施工条件等综合因素确定最终主体结构设计方案。而作为现代结构设计人员的主要计算工具—结构计算软件的广泛使用,大大降低了设计人员的工作强度,也提高了计算的准确程度。但是我也要提醒广大设计人员的是,它毕竟是我们的工具,当我们正确使用它的时候,它会给我们提供出一个正确合理的作品,当我们错误的使用它的时候,它同样给我们提供一个错误的答案。因此在一个好的方案指导下,运用合理的结构计算软件, 就会得到好的设计作品。

当我们得到了计算结果后,我们还要对计算结构进行分析,慎重校核,合理判断,通过认真分析确定薄弱部位,在施工图纸上采用合理的技术措施,使结构设计更加安全、合理。始终牢记“强柱弱梁, 强剪弱弯, 强压弱拉”设计理念,注意构件的延性性能,考虑温度等多方面外界因素影响。还应注意综合考虑抗震的多道防线,尽量避免薄弱层的出现及使用时极限状态的验算等概念设计的指导。

四、结构概念设计在建筑结构设计中的应用

1、结构概念设计在高层结构设计中的应用

在高层建筑设计中，水平荷载作用下的建筑结构侧移成为了高层建筑设计的难题。建筑结构设计人员在进行结构设计时，要运用结构概念设计原则，既要考虑到满足相关的要求，又要选择更好的抗侧力体系。在建筑物选择平面结构时，应该选用风压较小的结构设计。在进行结构设计时，不仅要综合分析所建建筑物周围的建筑物，了解分析周围建筑物对所建建筑物风压布局的影响，还要考虑建筑物的结构设计要增强建筑物的抵抗能力和竖向的荷载。并且，建筑结构设计人员还要运用概念设计，考虑到建筑结构的抗震能力，在平面设计时，要力求使建筑的平面结构简单规则。

2、结构概念设计在基础设计中的应用

根据建筑物的不同地理位置和结构形式，结构设计人员可以根据结构概念设计原则选择采用桩基基础、箱型基础和筏形基础等。在运用箱型基础时，建筑物的荷载力能够均匀地传给地基，抵抗地基的不均匀沉降，和周围的土体共同协作，增强建筑物的抗震和抗风能力；当采用筏形基础时，建筑物的上部结构荷载较大，地基的承载力较低，采用这种结构可以有效分散建筑物上部的荷载，增加地基的承载力，防止地基产生不均匀沉降。

建筑结构概念设计是一种很重要的设计思想，正在被越来越多的结构设计工程师接受和采用，并且在建筑结构设计中发挥越来越重大的作用，必定会成为以后建筑结构设计的主流思想。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济成为当务之急，所以打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。在建筑结构设计中，结构的概念设计具体体现在建筑结构的上部设计和基础设计中，能够有效提高建筑物抗震和抗风能力，增加建筑物的稳定性，提高建筑结构设计效率，使结构设计更加完善。

五、结束语

随着概念设计的广泛应用，概念设计将成为今后结构设计的主流思想，因此，研究建筑结构的概念设计对今后建筑设计的发展是具有深远意义的，这就需要建筑设计师不断探索和学习，为建筑设计做出更大的贡献。

参考文献：

[1] 程建伟：《建筑结构设计中概念设计的应用与研究》，《低温建筑技术》，2009年08期

[2] 贾昭 王云：《概念设计在建筑抗震设计中的体现及应用》，《中国新技术新产品》，2009年20期

[3] 蒋新梅：《论高层建筑结构设计之常见问题的分析》，《四川建材》，2009年02期

[4] 许燕禄：《概念设计在建筑结构设计中的应用》，《广东土木与建筑》，2005年02期