簡述建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計

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一、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的含義及重要性

把結(jié)構(gòu)概念設(shè)計引入建筑設(shè)計當(dāng)中，可以省去許多不必要的繁瑣的數(shù)值計算，從總體出發(fā)，采用概念性估算的計算方法。這種方法雖然會產(chǎn)生一定的誤差，但是它能夠快速有效的對建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)構(gòu)思、比較和選擇，從而做出最優(yōu)選擇，采用最佳設(shè)計方案這樣的設(shè)計不僅快速有效，而且經(jīng)濟(jì)效益高，同時還能夠?yàn)槭┕D的設(shè)計提供一定的依據(jù)。建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計能很好的體現(xiàn)建筑設(shè)計師的設(shè)計水平，經(jīng)驗(yàn)豐富、成熟的設(shè)計師可以熟練的把概念設(shè)計的理念和方法運(yùn)用到實(shí)際的進(jìn)駐結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中去，從而提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率與可靠性。建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的重要作用還體現(xiàn)在它能夠滿足計算機(jī)程序設(shè)計的缺陷。計算機(jī)設(shè)計本身是一種程序設(shè)計，它不能夠?qū)崿F(xiàn)初步設(shè)計階段的模糊設(shè)計。同時，如果選擇的設(shè)計軟件不合適或者不正確，還可能造成很大的危害，雖然這種危害在計算機(jī)模擬下非常的完美。

二、建筑設(shè)計中結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計需注意的問題

1選擇合理的結(jié)構(gòu)方案

建筑設(shè)計師運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計理念和方法的目的是想要從整體把握設(shè)計結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計方案合理性、可靠性和節(jié)約成本，這就要求選擇一個合理的建筑結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計之前，建筑設(shè)計師必須明確建筑的總體布局，還要對建筑結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行抗震抗壓應(yīng)力分析。在概念設(shè)計時，要堅持平面和豎向的規(guī)則，不能在同一結(jié)構(gòu)單元中混用不同的結(jié)構(gòu)體系。總之，建筑設(shè)計師在運(yùn)用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計方法和理念時，必學(xué)與業(yè)主和施工單位進(jìn)行細(xì)致的溝通，充分了解業(yè)主對建筑設(shè)計的要求、施工單位采用的建筑材料的特點(diǎn)、施工的氣候和地質(zhì)條件進(jìn)行充分的了解和綜合分析之后，從備選的結(jié)構(gòu)方案當(dāng)中選擇最優(yōu)方案，才能體現(xiàn)出建筑設(shè)計中結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的作用和效果。

2選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D

結(jié)構(gòu)計算的前提和基礎(chǔ)是計算簡圖，只有選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D，才能使建筑結(jié)構(gòu)沒有缺陷，從而保證建筑的結(jié)構(gòu)安全、可靠，避免安全事故的發(fā)生。建筑設(shè)計師既要選擇恰當(dāng)?shù)挠嬎愫唸D，同時還要在設(shè)計時配套相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施來保證建筑結(jié)構(gòu)的安全。雖然建筑概念設(shè)計允許一定的設(shè)計誤差，但是這個誤差必須在設(shè)計允許的范圍內(nèi)，否則選擇的計算簡圖就是不合理的。

3選擇合適的計算軟件

21世紀(jì)是計算機(jī)技術(shù)時代，計算機(jī)計算和設(shè)計軟件的應(yīng)用把人從繁瑣的數(shù)據(jù)計算中解放出來，這是一大進(jìn)步。然而，計算機(jī)軟件始終是人類設(shè)計的一種程序，不是萬能的。隨著技術(shù)的發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的軟件種類繁多，不同的軟件有著不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。選擇的計算軟件不同，其計算結(jié)果存在著很大的差異。因此這就要求建筑設(shè)計師在借助計算機(jī)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要根據(jù)自己的專業(yè)知識和設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)建筑的特點(diǎn)，選擇合適的計算機(jī)軟件。同時，在得到電算結(jié)果之后也要對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致全面的分析，從而選擇最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

三、建筑設(shè)計中結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的應(yīng)用

1抗震概念設(shè)計

當(dāng)今世界任何一個國家都不能準(zhǔn)確的提前預(yù)報地震災(zāi)害的發(fā)生，地震有其自身的復(fù)雜性和不確定性，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中根本無法獲得精確的地震參數(shù)。這就要求建筑設(shè)計師采用概念設(shè)計的理念，從整體上把握建筑結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)建筑抗震性和經(jīng)濟(jì)適用性的結(jié)合。在建筑抗震的建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計當(dāng)中應(yīng)把握以下幾個問題：（1）地基選擇。地基是否牢固，直接關(guān)系到地震后建筑的抗震能力。從現(xiàn)場施工的角度來講地基，地基可分為天然地基、人工地基。當(dāng)土層的地質(zhì)狀況較好，承載力較強(qiáng)時，應(yīng)采用天然地基，既可以減小工程量，又可以起到很好的抗震效果。而在地質(zhì)狀況不佳的條件下，如坡地、沙地或淤泥地質(zhì)，或雖然土層質(zhì)地可較好，但上部荷載過大時，為使地基具有足夠的承載能力，則要采用人工加固地基，即人工地基。這樣雖然增加了施工成本，但是也可以達(dá)到抗震效果。（2）建筑物的外觀應(yīng)符合抗震設(shè)計。其外觀應(yīng)簡單、對稱，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度變化要均勻，結(jié)構(gòu)規(guī)則。建筑概念設(shè)計師時一定要對建筑進(jìn)行合理的布置。大量實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)案例表明，簡單且對稱的結(jié)構(gòu)類型建筑物在地震時具有較好的抗震性能，其原因是該種結(jié)構(gòu)建筑容易估計出其在遭受地震時的結(jié)構(gòu)變化，從而能夠采取相應(yīng)的措施予以應(yīng)對。（3）從建筑結(jié)構(gòu)的整體著眼。各類構(gòu)件之間的連接必須牢固，在保證連接部位的強(qiáng)度的同時，還應(yīng)使其具備一定的變形能力，從而使整個結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定、可靠的抗震性能。同時還要注意結(jié)構(gòu)空間的整體性，根據(jù)平面和豎向不同的規(guī)則，加強(qiáng)平面的連接，確保豎向具備足夠的整體剛度。（4）剛?cè)嵯酀?jì)原則。如果在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，只考慮增加結(jié)構(gòu)抗力，片面追求建筑物結(jié)構(gòu)剛度，而不考慮建筑結(jié)構(gòu)的韌性，則會導(dǎo)致在地震發(fā)生時，建筑物局部遭到破壞后，引起整體性的坍塌。因此在高層建筑物設(shè)計過程中應(yīng)堅持剛?cè)嵯酀?jì)原則，即建筑物在地震過程中既能滿足變形要求又能減小地震力的雙重目標(biāo)。

2高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市內(nèi)土地供應(yīng)日益緊張，城市高層建筑發(fā)展迅速。在城市高層建筑中引入結(jié)構(gòu)概念設(shè)計不同于低層建筑物，我們應(yīng)重視以下幾個問題：（1）高層建筑自身重量大，對地基壓力大。同時高層建筑受氣流影響也非常大，這些問題都需要建筑設(shè)計師采用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的方法，在設(shè)計之前，應(yīng)正確認(rèn)識高層建筑的受力特點(diǎn)，選擇剛?cè)嵯酀?jì)的結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)既具有足夠的強(qiáng)度，又具有足夠的韌性。結(jié)構(gòu)設(shè)計時著重對水平荷載進(jìn)行宏觀控制和把握。（2）選擇合理的結(jié)構(gòu)體系。在高層建筑設(shè)計中，抗水平力是最難克服的問題，是其結(jié)構(gòu)設(shè)計中的“牛鼻子”，因此選擇何種抗側(cè)力機(jī)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計中最核心和關(guān)鍵的問題。在選擇結(jié)構(gòu)體系時，必須綜合考慮建筑的功能和建筑的高度。（3）選擇合理的結(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)布局對建筑的安全性、實(shí)用價值以及工程量的大小都有著非常大影響。如果結(jié)構(gòu)布置不合理，不但增加了工程量，提高了建筑成本，同時也會存在巨大的安全隱患。因此在設(shè)計時，必須選擇合理的結(jié)構(gòu)布置，在宏觀上把握建筑的整體剛度，構(gòu)建連接處一定要牢固，結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)和應(yīng)力復(fù)雜部位也要使其具有足夠的強(qiáng)度。

四、小結(jié)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人民生活水平不斷提高，人民對建筑設(shè)計的要求也不斷提高，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中進(jìn)行創(chuàng)新，引入概念設(shè)計理念，并且將其應(yīng)用到提高建筑安全性、節(jié)約建筑成本的建筑設(shè)計當(dāng)中，十分必要。本文提出了建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計當(dāng)中需要注意的幾個問題，并且論述了在抗震和高層建筑當(dāng)中建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的應(yīng)用，希望能夠?qū)Ω魑煌式鉀Q建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時有所幫助。

本文作者：黃偉浩 單位：東源縣建筑設(shè)計室