建筑结构设计中概念设计应用分析

【摘要】随着我国经济、科技的飞速发展，现代建筑工程项目的建设高度、筹建面积不断加大，而功能要求也相应增多，从而对建筑结构的设计水平、施工质量提出的新的要求，为进一步提高实体结构的安全性、经济性，人们越发重视了概念性设计。本文就建筑结构设计中概念设计应用作简要的分析、探讨。

【关键词】房屋建筑；结构设计；概念设计；应用

科技进步及计算机结构程序的推广应用，一定程度上便利了建筑结构工程师的工作，实现了设计效率及质量的全面提升。但也存在设计人员单纯依赖计算机的情况，将结构设计单纯看作计算机软件计算的过程，根据规范和图集，通过拼凑完成整体设计，进而影响了计算的准确性，忽视了规范与软件的差异，不利于整体结构合理性、整体性及经济性的提升。通过引进先进的计算理论，不断实现计算机应用推广，加大新型轻质、高强度环保建材的研发及应用力度，从根本上保证建筑设计结构的安全性、实用性、可靠性及经济性，打破以往结构设计传统、单一、保守的思想与理念，提倡创新思想，发挥结构工程师创新能力，是当前工作的重点。结构工程师应详细了解结构体系与基本分体系间的力学关系，并以此为基础，进行结构设计工作。

1 建筑结构概念设计简述

概念设计是通过分析整体结构与分体系之间是力学关系、结构破坏机理、震害、实验现象及工程经验等因素，总结基本设计原理及思想，进而从整体出发，实现对建筑结构的总体布置及抗震细部措施的宏观控制。概念设计不是通过数值计算得出的，而是概念设计思想的整体应用，并有效的拓展结构设计思路。

传统结构计算理论将提高结构抗震作为工作重点，整体提升混凝土等级及配筋量，出现造价不断上升的现象，将关注的重点放在配筋率上，导致了建筑中出现较多肥梁、胖柱及深基础。例如，在抗震设计中，由初定尺寸及砼等级，计算出结构刚度，进而得出地震力，以此作为基础进行配筋。但结构刚度决定了地震力的大小，如配筋增加，刚度随之增加，导致地震力提升，影响增大。我们配筋及增加结构强度的主要目的是抵御地震，但一定程度上又增强了地震的作用力。以抗震设计中的隔震消能作为案例进行分析。隔震消能通过在基础与主体间设置隔震层，并进行消能支撑，能够在地震时施以反作用力，缓解建筑物震动，保证建筑物位移得到有效控制，缓解地震作用效应。如抗震设计整体较为合理，能够有效缓解地震作用效应的60%，保证高屋内部物品的安全性，因此，应整体提升建筑的抗震性，将概念设计作为重点，这是由建筑物结构的复杂性、地震力的不确定性、人们在地震时对结构效应认知的局限性及模糊性决定的，受结构抗震分析计算精确程度、材料性能及施工安装的变异性及其他因素影响，整体设计计算结果误差较大，与实际不相符，也凸显了结构设计的重要性。

2 实际进行建筑结构概念设计时的注意事项及原则

2.1 柱、梁的设计：

为有效的降低强地震作用的影响，整体结构设计过程中应本着强柱弱梁的原则，使塑性铰的发生面保证在梁上。

2.2 结构刚度的适中：

合理的建筑物结构刚度在建筑结构设计中是十分关键的， 建筑物刚度决定了结构自震的周期，如刚度大，周期相对较短，地震时结构承受的地震作用就相应增大，地震后果严重。也导致在施工过程中，所需建筑材料成本大，浪费严重。同时建筑物刚度应避免过柔，地震时，建筑结构过柔会导致结构严重变形，从而一定程度上造成建筑结构强度及其稳定性下降，影响正常使用。

2.3 加强重视建筑结构的延性设计：

延性系数是结构延性的表现形式，是结构极限变形与屈服变形相比得出的，延性系数越大，体现出结构的延性越好，整体结构的延性与构件延息相关，构件延性越好，整体结构延性也会有所提升。

2.4 结构强度、能耗的设计原则：

在抗震结构总体设计过程中，等强度与耗能设计原则具有较大的影响，避免出现设计考虑不全面及施工局部出现缺陷等问题，进而影响建筑物承重结构的稳定性，出现建筑物破坏、或连续破坏的情况。在结构设计过程中，从整体设计的角度出发，全面分析，针对薄弱环节要全面加强，整体实现等强度设计。同时，结构设计过程也是消耗能量的过程，关注建筑结构耗能设计， 保证其在恰当部位发挥消耗能量的性能。耗能构件的选择首先应该保证耗能构件的屈服在整个建筑结构中是局部存在的，不能整体影响建筑结构稳定。耗能构件选择应避免选择竖向荷载的构件。最后，为了有效实现对地震能量的消耗，对于耗能构件的选择，不仅需要保证其使用数量，同时还需具备一定的延性。

2.5 建筑结构的塑化与破坏：

楼层破坏机制和整体破坏机制，是建筑结构破坏机制中较为重要的两个方面，楼层破坏机制产生主要是由于结构存在较为薄弱的环节，其薄弱环节是出现在其他构建承载力发挥作用之前，为确保结构稳定，应采取有效措施加以避免。设计人员应将建筑结构整体破坏机制作为当前主要任务及责任，有效的掌握塑性铰出现位置及顺序，并正确布置，从而保证结构合理稳定。

3 建筑结构设计中概念设计的应用

为更好的实现概念设计的应用，确保结构的安全性与经济性，以下列举案例，以供分析参考：建设20层商住大厦，建筑高度整体要求76.8米，实体建设的面积为30949平方米，主体平面宽度为35.34米，长度为77.46米，形状为凹字型，整体结构为不规则的平面结构体系，大厦包含一层地下室，三层商场，三个联体单元住宅，功能性较强。考察当地实际情况，区域内为七度抗震设防区，具有风压值高的特点。

首先，分析当地实际情况，从建筑物现有状况出发，适宜采用框剪结构，确保符合建筑混凝土结构技术规程，也符合七度抗震设防区、建筑高度及高厚比的根本要求，进而满足项目建设整体要求。其次，在布置结构抗侧构件过程中，应加强与建筑专业的结合应用，有效布置剪力墙，实现结构抗侧移及扭转刚度得以提升，并实现刚心与质心有效重合，在水平作用的前提下，避免结构偏心造成空间扭转效应。第三，加强楼层平面布置，使边框架梁、连梁断面及竖向刚度变化幅度较大楼层的平面刚度有效增大，实现周边抗侧力构件紧密联系，进而保证结构的整体性，使空间协同工作能力有所提升。第四，通过以往工作经验， 进行自震周期的预设，结合初算所得出的结果，实现剪力墙合理布置，避免结构偏心。同时将框架柱及小墙肢的轴压比控制在合理的范围内，整体提升结构延性。第五，结构设计过程中，针对相对薄弱或较为容易受到作用力出现变形的构件，要合理进行配筋加强，提升整体结构的抗侧变形性能。第六，加大对轻质墙体的使用，防止楼层自重过大，受地震力影响增大。对地下室外回填土要严格夯实，实现整体结构稳定性提升，有效降低地震对建筑物的影响。最后，设置伸缩后浇带及沉降后浇带，降低混凝土开裂及沉降差对结构的影响。

4 结束语：

综上所述，概念设计整体具有复杂性、综合性及灵活性的特点，应有效的发挥设计人员的创造力及主观能动性，以规范、工程力学为指导，加强对结构及受力状态的分析理解，并结合自身工作经验，确保结构设计的安全性、合理性及经济性，整体保证建筑物持久、稳定使用。

参考文献：

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