基于结构设计中的概念设计分析

摘要：随着时代的发展与人民生活水平的提高，建筑工程项目的规模、投资力度、技术复杂程度都在不断提高，特别是建筑结构设计的影响因素和要求也在不断增多。本文通过阐述建筑概念设计的内涵,探讨将概念设计应用于建筑结构设计中应该把握的若干要点,希望能够给予建筑结构设计者一些工作上的借鉴及帮助

关键词：现代建筑结构设计；概念设计；工程实例

Abstract: With the development of the times and the improvement of people's living standard, the construction project scale, investment, technical complexity continues to increase, especially the influence of structural design of the factors and requirements are also increasing. This paper describes the connotation of architectural concept design, to explore the key points of application of conceptual design in structural design should grasp, hoping to give designers building structure of some work experience and help

Key words: modern architecture design; conceptual design; engineering example

中图分类号：TU3文献标识码A 文章编号：

引言：概念设计是结构设计的核心和灵魂，它贯穿于结构设计的全过程。概念设计运用得合理，能使结构满足建筑要求并以最快的方式将荷载传递到基础、地基中，创造更为安全、舒适的工作和生活环境。并节约材料和资金，概念设计是一名设计工作者进行创新设计的基础。

1、概念设计简述

概念设计就是运用清晰的结构概念，依据整个结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、地震灾害、实验现象和工程经验等对结构及计算结果进行正确的分析，并考虑到结构实际受力状况与计算假设之间的差异，对结构及构造进行设计，使建筑物受力更加合理、安全、协调。概念设计主要从以下两个方面对结构设计进行宏观控制。一是在方案设计满足建筑要求的情况下，从宏观的角度考虑结构的整体性及主要分体系的相互关系，来确定建筑结构的总体布置方案。二是在理论设计过程中综合考虑各方面因素对结果的影响，以判断理论设计的准确性，并对一些工程中难以作出精确分析或在规范中未精确规定的问题，根据实际经验采用一些结构构造措施进行处理。概念设计的目的是力求使设计方案安全、可靠、经济、合理，是一个优化的过程。

2、结构设计中概念设计的体现

2.1 概念设计在结构设计流程中的体现

结构设计的流程一般分为三个部分：前期的方案选择阶段、中期的结构计算阶段及后期的施工图绘制阶段，这三个阶段都发挥着重要的作用。

（1）合理选择结构方案。一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案，即选择一个切实可靠的结构形式和结构体系。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，在此基础上进行结构选型，确定最优结构方案。概念设计在工程设计一开始就应把握好场地选择、能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等几个方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节。

（2）选用恰当的计算简图。结构计算是在计算简图的基础上进行的，即对作用的荷载与构件的约束状态进行一定的简化，使其更加接近实际状态。现在的建筑物功能复杂多样，手

算已经无法满足要求，结构计算需通过计算机来完成。所以，要将实际工程的结构形式转变成可以用于计算机计算的模型，并保证有足够的准确性就成为结构设计的关键问题。而达到这一目的就需要设计人员在结构计算的过程中利用概念设计进行分析与控制。

（3）正确分析计算结果。现在有许多软件可以供结构设计人员选择，但不同软件往往会得出不同的计算结果。所以，设计人员在进行结构计算前，首先要全面了解该软件的适用范围和计算原理，其次使用时要避免人为失误，并利用概念设计对电算结果进行科学分析，以做出正确、合理的判断。

2.2 抗震设计中应注意的概念设计问题

抗震设计是结构设计的重要组成部分。地震是一种随机振动，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性及参数，目前尚难做到。现在所采用的地震参数只是概率意义上的估计值，而结构在地震作用下所表现出的性能也具有许多不确定性，因此，抗震设计不能过分依赖理论计算，此时概念设计在抗震设计中就显得尤为重要。

（1）选择合适的场地。地震造成建筑物的破坏情况是各不相同的。一是由于地震时地面强烈运动，使建筑物在震动过程中，因丧失整体性或结构强度不足、构件变形过大而遭受破坏；二是由水坝倒塌、海啸、火灾、爆炸等次生灾害造成；三是由断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。前两种可以通过工程措施加以防治，而后一种情况，单靠工程措施很难达到预防的目的。因此，选择工程场址时，应进行详细勘察，搞清地形、地质情况，选择对建筑物抗震有利、尽可能避开对建筑物抗震不利的地段。任何情况下均不得在抗震危险地段建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。

（2）选择合适的基础方案。基础设计应根据工程地质条件、上部结构类型、荷载分布、相邻建筑物影响及施工条件等多种因素确定，从而选择经济合理的基础方案。基础设计应参

照详尽的地质勘察报告，一般情况下同一结构单元不宜采用两种不同的基础类型。

（3）采取相应的构造措施。遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固”的设计原则，注意构件的延性性能，加强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度，尤其是直线段钢筋的锚固长度，

考虑温度对应力的影响。除此之外还应根据均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置。设置多道抗震防线从而尽量避免出现薄弱层。

3、结构设计中概念设计的应用

某工程为商住楼，主体平面形状为凹字形，不规则的平面结构体系。工程设有一层地下室，一至三层为商场，上部为三个联体单元的住宅，建筑功能较复杂。由于该地区为六度抗震设防区且风压值较高，为确保结构的经济与安全，概念设计主要通过以下几个方面来体现：

（1）根据建筑物现有状况及自然条件进行结构选型，采用框剪结构，以满足《高层建筑混凝土结构技术规程》对六度抗震设防区建筑物高度及高厚比的要求。

（2）在结构抗侧力构件布置时，应与建筑专业密切配合，在建筑每部楼梯间及外周边转折处布置水平抗侧力构件（剪力墙），以加强结构抗侧移和扭转刚度，并尽可能考虑刚心与质心的重合，以减少水平力作用下由于结构偏心而引起的空间扭转效应。

（3）合理考虑楼层的平面布置，增大外周边枢架梁、连梁截面，增大竖向刚度变化较大的楼层平面刚度（增加板厚），以加强周边抗侧力构件的联系，增强结构整体性及空间协同工作的能力。

（4）在结构计算过程中，首先根据经验预设较合理的自振周期，并根据初算结果，调整平面中剪力墙相对刚度，以减少结构偏心，注意控制框架柱及小墙肢的轴压比，以增强结构延性。同时根据规范限值调整剪力墙沿竖向的厚度变化，控制层间位移量及顶点侧移值，以求经济与安全的统一。

（5）在构造设计时，有针对性地对转折部位、连接部位以及由于水平力作用引起结构受力复杂部位或相对薄弱部位的结构构件进行构造及配筋的加强，使主要受力构件具有良好的变形能力及耗能能力，以提高结构的抗侧力变形性能。

（6）尽量采用轻质墙体，以减轻楼层自重，同时要求提高地下室外回填土的压实系数，通过人防地下室高强度的侧壁与周边回填土的共同作用，增强对结构的约束，以提高结构抗侧力的整体稳定性，减少地震能量的放大。

（7）为减少温度变化引起的混凝土开裂，在主楼中部设置伸缩缝；为降低沉降差在主楼与群楼之间设置沉降缝。通过以上概念设计，使该工程结构构件在刚度、延性、承载力等方面相匹配，形成一个在抗风、抗震中高效协同工作的结构整体，从而使建筑物在经济、安全、适用、美观的矛盾中找到了统一。

4、结语

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、经济是当务之急。设计内容纷繁复杂，应用灵活广泛，需要结构设计人员充分发挥主观能动性，在应用规范及工程力学知识和原理的基础上，根据个人对结构及其受力状态的理解，通过对自己积累的设计经验的完美运用，做出经济、合理、安全的结构设计。

参考文献：

[1] 武晓璠. 谈建筑结构设计中的概念设计[J]福建建材, 2007, (05) .

[2] 侯建娟. 建筑结构设计中的抗震设计[J]工程建设与设计, 2009, (06)