浅析当前建筑结构设计中概念设计的应用

摘 要： 随着我国国民经济水平不断的进步和人们生活水准的提高，人们对建筑结构设计也提出越来越高的要求。在建筑结构中正确运用概念设计可以妥善地处理某些问题，使建筑结构设计在安全性、实用性、经济性和可靠性上得以提高。本文作者通过理论分析并结合实践经验对概念设计的涵义、概念设计与结构设计的关系以及概念设计的运用等相关问题做深入研究。

关键词：建筑结构 概念设计 设计应用

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）11-0286-01

在科学技术不断革新的大环境下，计算机对建筑结构程序的应用越来越广泛，这给建筑结构工程师的工作提供了越来越大的方便，使建筑结构设计的效率和质量也大大提高。但是，计算机的便捷性也造成了许多设计人员对计算机的过分依赖，并把建筑结构设计想的非常简单，认为只要用计算机软件依据规则和相应的图集东拼西凑就可以完成，而对计算机软件所计算出的结果不加以判断，也不了解软件和规则之间的差异，使得建筑结构设计的整理性、经济性和合理性都得不到很好的协调。

加快新型高强轻质、环保建材建筑材料的应用，并辅助以先进的计算理论和计算机软件，是现代建筑结构设计朝着更安全、更实用、更经济的方向发展。并用结构工程师的创新能力对一陈不变的传统建筑结构设计进行改善。完成以上目标需要结构工程师对整体结构体系和每个基本分体系之间的力学关系都能深入认知，并把概念设计应用运用到建设结构设计的实践中。

一、概念设计的涵义

概念设计一般是指在难以做出精确数值计算或者在规范中难以确定的问题，根据整体结构体系和分体系之间的力学关系、结构破坏机理、地震灾害、试验现象和实际工程经验所得到的基本设计原则和思想，从整体的视角确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。

对概念设计的思想合理运用，可以是整个建筑的结构设计思路拓展。传统意义上的结构计算主要方向在于提高结构抗力，使混凝土的标号越来越高，配筋量越来越大，导致工程造价越来越高，最终使肥梁胖柱等情况越来越普遍。在抗震设计中，结构刚度越大，地震的作用效果就越明显，配筋、刚度的提高使地震力也相应提高，这样为了抵御地震灾害的设计却适得其反，使地震作用效应增强。

隔震消能是目前抗震设计中的一个很好例子。在基础和主体之间设柔性隔震层是隔震消能的一般做法，并加设消能支撑，有的会在建筑物顶部装“反摆”装置，使地震发生时，“反摆”的位移方向与建筑物顶部的位移方向相反，使建筑物的振动阻尼作用增大，加速度降低，减少位移，有效降低地震灾害对建筑物的影响。合理地设置“反摆”可以是地震对建筑物的作用效应减少60%，同时屋内物品的安全性也得以提高。

由于现实中多种情况的影响，建筑结构设计计算不可能解决所有不确定因素。因此，重视对建筑整体的概念设计，从抵抗地震灾害等意义上说，概念设计甚至比精确计算更加重要。

二、概念设计与结构设计的逆向关系

概念设计在过程中很大程度上依赖于个人经验，也结合了建筑功能要求、抗震等级、结构安全等级、地质材料和环境材料等内容。概念设计主要确定三缝设置、基础形式、结构体系和埋深的几何尺寸等内容。概念设计和结构设计是一个互为逆向的过程，结构设计依据概念设计的总体要求、力学及数学原理，由定量过度到定性的过程。由此可见概念设计与结构设计的同等重要性，所以，只追求理论和计算结果，一味用精确的计算结果评审设计图纸是不正确的。

三、在建筑结构设计中应用概念设计的注意事项

1.刚度适宜

在建筑结构设计过程中，使刚度保持在合理的范围很重要。建筑物的刚度并不是越大越好，刚度过大则钢结构自振周期就短，在地震灾害发生时所受到的地震作用就大，地震后果就较严重，刚度大也会造成材料浪费；刚度过小，使建筑物的强度、稳定性受到影响，发生地震灾害时就会引发变形，不能正常使用。

2.等强度与耗能设计

抗震结构在总体设计的时候要仔细考虑设计原则，避免由于设计考虑不全面或工程的局部瑕疵使主要承重结构提前损坏，最终使整个建筑物连续破坏。在整体的结构设计上做到等强度，并对薄弱环节加以注意，与此同时，还应该在建筑结构中恰当的部位设计一个好的耗能系统。

3.结构延性设计原则

延性系数是表示结构延性的方式，它是结构极限变形与屈服变形的比值，比值大则延性系数大，建筑物结构的延性就越好，反之结构延性越低。组成整体结构的所有构件延性都很好，整体结构也会有很好的延性。

4.强柱弱梁设计原则

强柱弱梁，顾名思义要对支撑性柱强化，而对梁要进行适当弱化，目的在遭到强烈地震灾害时，柜架结构塑性铰首先发生在梁上，而不是在柱上，通柜架结构出现楼层破坏机制。

四、概念设计的意义

概念设计是在一定的地理环境下和建筑空间中，用整体的概念来考虑建筑结构的综合方案，并可以积极利用结构总体系和分体系之间的力学特性关系。再精确的计算数据也需要由概念设计从整体上进行科学判断和取舍。

概念设计一定程度上体现着结构设计的原则。建筑物不是独立的构件，而是一个需要所有构件通过复杂受力方式协同工作的的完整空间结构。目前在建筑结构设计的整体性问题上，还存在着一定的局限性。结构工程师一定要严格遵守设计过程中的要求，坚持结构设计原则，但也不能照本宣科，尤其是对有现实意义的设计进行合理的应用及取舍，这对结构设计工程师的专业知识和职业素养提出很高的要求。

从近年来我国频发的地震灾害来看，概念设计要比分析计算更为重要，精确的分析计算需要有，但为了弥补理论计算的缺陷，也需要在实际工程设计中应用概念设计。

结论：随着我国经济的长期发展和科学技术的不断进步，人们对建筑物的认知已经有很大的提升，同时对建筑物的品质要求也越来越高，通过建筑结构设计中的概念设计的创新，做出结构合理、性能优秀又经济实用的建筑方案一定会成为未来建筑行业的发展趋势。因此，加大对建筑结构设计中概念设计的理论研究和实践经验的总结，是顺应建筑行业发展的当务之急。

参考文献

[1]林同炎，S.D.斯多台斯伯利.结构概念和体系[M].中国建筑工业出版社，2004.

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