楊全慶　楊慶兵

【摘 要】在建筑結(jié)構(gòu)實際中概念設計的應用是非常重要的，概念設計與結(jié)構(gòu)措施優(yōu)化了實際結(jié)構(gòu)理論中存在無法精確計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設計。因此，需要加強結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng)，以推動結(jié)構(gòu)設計的發(fā)展。本文從概念設計重要性的概述出發(fā)，分析了介紹了建筑結(jié)構(gòu)設計中概念設計的重要性應用。

【關鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設計；概念設計；重要性；剪力墻；指標控制

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設計計算，以抗震設計為例，一般根據(jù)初步確定的結(jié)構(gòu)斷面尺寸、混凝土強度等級計算出結(jié)構(gòu)剛度，再根據(jù)結(jié)構(gòu)剛度計算出地震力，再進行配筋計算。但是，結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應就越大，配筋量就越大，越不經(jīng)濟，恰恰是為了抵御地震力設置的大量鋼筋卻又增加了結(jié)構(gòu)的剛度，增強了地震作用效應。那我們在概念設計中就可以考慮降低地震作用效應，隔震效能就是一個很好的設計概念：在基礎和主體間設置柔性隔震層；加設類似于阻尼器的消能支撐；可能的情況下在建筑物頂部裝設一個“反擺”。這樣合理運用概念設計可降低地震作用效應達60%多，能用很經(jīng)濟的造價建造出很安全的建筑。當然，提出的這一思想在實際中可能運用不多，許多技術尚在研究之中，但恰恰說明了概念設計能夠很好地拓寬設計思路。

1.結(jié)構(gòu)概念設計與建筑方案的關系

結(jié)構(gòu)概念設計是指結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)設計任務的要求，基于建筑師給出的建筑方案在現(xiàn)有的工程技術條件下，在安全、經(jīng)濟、合理的思想指導下通過構(gòu)思、 初步建模電算等手段， 產(chǎn)生的一種或多種結(jié)構(gòu)設計方案的思考過程。它必然地包含了建筑師和結(jié)構(gòu)工程師對建筑產(chǎn)品的共同構(gòu)想，在結(jié)構(gòu)概念設計過程中，結(jié)構(gòu)工程師從本專業(yè)角度出發(fā)本著與建筑師共同探討、交流，和彼此適度合理地妥協(xié)的精神，最大限度地將最合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)思融合進建筑設計方案中。因此， 結(jié)構(gòu)概念設計和建筑方案設計一定是同步進行的， 結(jié)構(gòu)概念設計與建筑概念設計一里一表、且互相支撐?？梢娊ㄖ熀徒Y(jié)構(gòu)師相互配合、共同促進方案（建筑及結(jié)構(gòu)）的形成是建筑設計活動早期的基本特征，它也是結(jié)構(gòu)概念設計的一個基本前提。

2.概念設計的重要性

概念設計在建筑結(jié)構(gòu)設計中起著關鍵性的作用，對概念設計合理有效的應用，不僅可以豐富結(jié)構(gòu)工程師的實踐經(jīng)驗，而且使其設計成果和設計理念也得以不斷完善、創(chuàng)新。但在實際建筑結(jié)構(gòu)設計中，多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)設計師將設計鎖定在規(guī)范與設計手冊等范圍內(nèi)，不敢承接新技術的機遇和挑戰(zhàn)，缺乏創(chuàng)新精神和動力，使得建筑結(jié)構(gòu)設計理念乏善可陳，沒有什么突破和創(chuàng)意。而建筑結(jié)構(gòu)設計理論和設計計算理論中總會出現(xiàn)計算與實際無法相符的問題或是存在無法計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計，這就要求概念設計結(jié)合結(jié)構(gòu)措施來優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計。而作為建筑結(jié)構(gòu)工程師，需要綜合自身所掌握的理論概念來選擇經(jīng)濟適用、安全可靠的設計方案，所以，結(jié)構(gòu)工程只有通過豐富自己所能掌握的結(jié)構(gòu)概念，充分了解并合理運用各種結(jié)構(gòu)性能，才能交出好的設計方案，成功完成設計任務。

3.建筑結(jié)構(gòu)設計中概念設計的應用

3.1總體指標控制

計算判斷結(jié)構(gòu)抗震是否可行的主要依據(jù)是在風荷載和地震作用下水平位移的限值；地震作用下，結(jié)構(gòu)的振型曲線，自振周期以及風荷載和地震作用下建筑物底部剪力和總彎矩是否在合理范圍中，總體指標對建筑物的總體判別十分有用。若剛度太大，周期太短，導致地震效應增大，造成不必要的材料浪費；但剛度太小，結(jié)構(gòu)變形太大，影響建筑物的使用。

因此，在小高層建筑房屋中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜采用高強度材料，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和圍護墻體應用輕質(zhì)材料。減輕房屋自重，既減小了豎向荷載作用下構(gòu)件的內(nèi)力，使構(gòu)件截面變小，又可減小結(jié)構(gòu)剛度與地震效應，不但能節(jié)省材料，降低造價，還能增加使用空間。

3.2基礎設計

研究地基基礎對建筑抗震能力的影響，做出恰當?shù)倪x擇，已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設計的重要部分，基礎是房屋的根基，是房屋中極為重要的組成部分，一幢房屋如果沒有一個堅實可靠的基礎，再好的上部結(jié)構(gòu)也不可能正常發(fā)揮其作用，甚至可能導致上部結(jié)構(gòu)的破壞與傾斜。

另外，筏板長度的設置也須研究探討，由于考慮地下室的使用合理性，常規(guī)采用設置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用是明顯的，但也給施工帶來了不少麻煩，甚至由于處理不當而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長寬均達一百米以上，中間就設置幾條后澆帶.也沒有其他措施，這樣是不妥當?shù)摹?/p>

3.3剪力墻設計

剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，在地震作用下彎矩、剪力很大，有時很難進行設計，如果加大連梁高度，配筋值有時反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞項算到樓面標高。對于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的；但對于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底，有時則高度太高，這樣高跨比太大，并且與計算圖形不符，相應配筋亦較大，不合理。建議連梁高度計算與設計統(tǒng)一規(guī)定從洞頂算到樓板面或屋面，對于窗洞樓面至窗臺部分可用磚或其他輕質(zhì)材料砌筑。對于窗臺有飄窗時，可再增加一根梁，兩根梁之間用磚填充。連梁配筋應對稱配置，腰筋同墻體水平筋。

4.結(jié)構(gòu)概念設計措施

為保證建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠性，提高建筑物的抗震性能 結(jié)構(gòu)概念設計所采用的措施應該從保證安全、全面防震方面下手，主要有：（1）選擇有利于抗震的建筑場地條件，提高建筑物穩(wěn)定性，避開不利地段或采取有效防震措施；（2）選用符合抗震要求的高強度結(jié)構(gòu)材料，同時保證建筑結(jié)構(gòu)的延性和均質(zhì)性，使建筑結(jié)構(gòu)體系能達到建筑要求的抗震目的；（3）合理優(yōu)化各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強弱，盡可能多設置抗震防線，使抗震防線在地震持續(xù)往復作用下能增加結(jié)構(gòu)的抗震能力；（4）在提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度的同時，選擇性提高重要構(gòu)件的延性，使建筑結(jié)構(gòu)達到合理剛度與承載力分布，加強建筑物的抗震性能；（5）保證抗震的構(gòu)造連接與經(jīng)過計算的節(jié)點連接，把握好整個構(gòu)造連接在規(guī)范內(nèi)的度的問題，確保結(jié)構(gòu)的整體性；（6）讓建筑物的平、立面布置與概念設計的要求相符，杜絕不規(guī)則方案；（7）拋開常規(guī)的以計算機完成設計計算的方式， 合理運用設計的實踐經(jīng)驗， 以概念結(jié)合實際問題進行綜合的分析計算， 并實行合理調(diào)整。

由此可見，建筑結(jié)構(gòu)設計中概念設計應用是非常重要的。在以后的工作中，我們必須注重概念設計的應用，通過應用概念設計，不但滿足建筑設計的安全性，耐久性和舒適性，還要在此基礎上，采用合理的結(jié)構(gòu)體系。 [科]

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