概念設計在建筑結構設計中的應用

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摘要：概念設計在越來越多的建筑結構設計中發(fā)揮著舉足輕重的作用，本文通過闡述概念設計的涵義，以期對概念設計在建筑結構設計中的應用進行探討，進而獲取概念設計在結構設計中的重要意義和研究價值。

關鍵詞：建筑 概念設計 結構設計 前 言  隨著社會經濟的飛速發(fā)展及人民生活水平的提高，建筑工程項目的規(guī)模越來越大、技術越來越復雜、設計涉及的影響因素越來越多，特別是建筑設計、施工、使用中的不確定性，對建筑設計提出了更高的要求。概念設計的思想、方法、手段、理論為解決上述問題提供了一個可行的、科學的、有效的技術平臺，也為處理工程設計中的不確定性影響因素提供了先進的手段。因此，從概念設計的理念入手，分析概念設計在建筑結構設計中的有效應用具有重要的研究價值。 一、 概念設計在建筑結構設計中的涵義 1、概念設計的概念 概念設計是指在建筑結構方案設計初期，工程設計師依據已知設計理論結合工程經驗，從宏觀的角度對建筑設計方案進行概念性的分析估算和比較選擇，通過對建筑結構的總體布局和布置必要的抗震措施，以實現合理設計的目標。所得方案往往概念清晰，定性正確，易于手算，避免后期設計階段中不必要的繁瑣運算，具有較好的經濟可靠性能，同時，也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的重要依據。 2、概念設計的步驟 概念設計階段是由不斷趨于滿意的循環(huán)過程構成的，其過程可分為以下三個階段：   (1)分析:對問題過程進行深入理解。其主要特點是信息模糊性，在分析的過程中，數據都是不完整的，以及一些可供設計人使用的都是一些較為準確的陳述。    (2)綜合:即產生解決方案的過程。在這個階段，運用各種知識結合工程經驗將想法方案通過圖紙的方式綜合表達出來，其特點主要是由工程師的靈感和思維起主導作用，從而將建筑結構和設計意圖的圖形表達方式產生出來。 (3)評估:即判斷和比較選擇方案的階段。這是一個選擇循環(huán)的過程，該循環(huán)過程會一直持續(xù)直到方案達到雙方滿意為止。設計人員在進行評估時，會用功能模型方式并運用數據計算等手段將各方案進行比對選擇，以期獲取合理的經濟可行性和技術可行性。 二、概念設計在建筑結構設計中的應用 建筑結構設計方案的經濟合理是概念設計的最終目標。因此一個適用的、經濟的、合理的結構方案是概念設計的首要選擇，這其中所必須考慮的因素包括： 1、 合理選擇利于建設的建筑場地 建筑場地的選擇時設計的首要必經階段，一個合理的利于項目建設的場地對整個結構概念設計后期階段起到重要的作用。建筑場地的選擇首先應遵循這幾個基本要素：建筑退界、防護距離、防火間距、日照間距、防噪間距、建筑高度控制、通視要求、現有地形分析等。同時在建筑結構設計體系中，建設的場地應盡量選擇有利于抗震的地點，盡量避免在不利于抗震的危險地段建造建筑，如果實在無法避免，也應采取有效措施盡量減少和消除不利影響，一般在初步設計前就要進行勘探和選址。 2、 合理選擇建筑基礎 完成建筑場地的選擇后，再根據不同建筑的地形特征和結構形式選擇合理的建筑基礎。一般常包括有樁基礎，箱形基礎和筏形基礎這三種建筑基礎形式。 (1)樁地基：普遍應用于地質松軟并且負載較大的多層建筑結構。使用天然地基無法足夠承載時，而采用樁地基可將荷載由上部結構傳送到下部堅實的持力層。 (2)箱形基礎。箱形基礎廣泛應用于高層建筑中，其整體剛度適當，可以將荷載通過上部結構均勻地傳至下部基礎中，從而使結構組成良好地得以嵌固，并且降低了箱基不均勻沉降的問題，增強了建筑物的抗震抗災承受力。 (3)筏形基礎。該基礎適用于低承載力地基、大荷載上部結構的建筑工程。其特點是剛度大結構整體良好，可以將上部結構的超荷載有效地進行分散從而將基地的壓力有效的調整并解決不均勻沉降的問題。 3、 合理選擇結構規(guī)則和對稱的建筑主體 主體建筑結構選擇必須合理、簡單和對稱，布局合理的結構可減小扭轉力，穩(wěn)定非結構件工作狀態(tài)，降低耗材成本。通常建筑結構的對稱是指抗側力主體結構的對稱，可選擇較容易對稱的平面結構如簡體框架結構、剪力墻結構等。另外，建筑內結構的對稱亦需要結合建筑平面工程對其進行合理布置。實現結構基本對稱的方法可通過調整結構剛心、建筑物質心及平面形心的距離，使三者盡可能靠近。 4、 合理設計抗震抗災防線 作為一個建筑最基本的要求就是必須具備良好的抗震和重力承載的能力。設計中應設計多道抗震防線避免和消耗地震發(fā)生時的破壞性?？梢圆捎眠m當的控制結構動力來減輕建筑物受震動時破壞程度。若建筑結構遭受強烈震動的時候，通過贅余桿件的變形和屈服可以耗散地震的能量，同時可使贅余桿件停止工作從而將避開共振效應，使整個建筑結構過渡到另一種穩(wěn)定的體系。 5、 合理選擇結構剛度 設計中選擇的建筑結構必須具備一個適當合理的剛度，同時也是建筑結構設計中的不可忽略的指標之一。選擇合理的結構剛度，可加長結構的基本自振周期，從而減小地震作用的危害。合理的結構剛度，主體承受的水平力，傾覆彎矩，地基基礎負擔都能有效的減少，從而配置合理數量的建筑構造材料，減少耗材。同時，合理的主體結構剛度，可有效減少結構占用空間，提高建筑平面的利用率，做到既經濟又合理。 6、 合理選用計算簡圖 計算簡圖是概念設計結構計算的基礎，選擇合理的計算簡圖可以保證建筑的安全和穩(wěn)定，否則，不當的計算簡圖可能引發(fā)安全事故的隱患及發(fā)生。設計合理的計算簡圖的同時，設計師應同時提供構造措施進行相應的保證。 三、概念設計在建筑結構設計中廣泛應用的意義 1、采用概念設計有效彌補計算機設計能力的不足 在方案設計的階段，工程師采用概念設計可彌補計算機初步設計能力不足的問題，運用自身掌握的能力選擇成本低廉、結構合理、效果明顯的方案。 2、采用概念設計更具創(chuàng)新性     目前，工程師在進行結構設計時還停留在循規(guī)蹈矩的參照過往設計、依賴規(guī)范手冊及應用計算機設定程序進行傳統(tǒng)設計的方式，造成設計方案新意不足。采用概念設計，工程師可利用已知理論結合自身積累的工程實踐經驗，展現個人先進的設計思想，從而使設計方案更具創(chuàng)意和新意。 3、采用概念設計可提高設計水平     采用概念設計可以體現工程師的設計水平，它以正確的設計原則為依托，解決設計存在的問題，提高設計水平。同時利用概念設計分析設計中出現的技術問題，可以準確的發(fā)現問題癥結，使最終電算結果的判斷更具可靠性。 4、采用概念設計使設計方案更為合理 在建筑設計的方案階段，采用概念設計可以有效地構思結構體系，進行對比并做出最終選擇。最終的設計方案具有清晰的思路、正確的定性等優(yōu)點，更為凸顯了概念設計經濟、可靠的性能和特點，避免了設計后期階段產生不必要的繁瑣運算。 結 語 概念設計運用于建筑結構設計的新思路是滿足經濟發(fā)展需要的必要產物，概念設計在結構設計中的有效應用必須在設計方案中體現結構體系的合理性。隨著概念設計的廣泛應用，概念設計越來越多的優(yōu)點將會被更多的工程師所發(fā)現和接受，并將成為今后結構設計的主流思想。因此，研究建筑結構的概念設計對今后建筑設計的發(fā)展是具有深遠意義的，這就需要建筑設計師不斷探索和學習，為建筑設計做出更大的貢獻。 參考文獻 [1] 林同炎.結構概念和體系[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社 [2] 高立人，土躍.結構設計的新思路一概念設計團.工業(yè)建筑，1999, 29(1): 20-21. [3] 吳愛菊.結構設計中的概念設計與應用團.溫州:溫州職業(yè)技術學院學報，2007, 7(2): 4041. [4]林志炎，S.D.斯多臺斯伯利.結構概念與體系「M] .北京:中國建筑下業(yè)出版社，1999: 14-35.