溫耀中

摘要：在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平逐漸提高的背景之下，人們對(duì)于建筑工程的要求逐漸提高，建筑工程投資力度、工程施工項(xiàng)目和施工技術(shù)也得到較快的發(fā)展，特別是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中的概念設(shè)計(jì)已經(jīng)變成重點(diǎn)研究的問(wèn)題，本文主要闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中的概念設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；概念設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)措施

中圖分類號(hào)： TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言：

隨著近些年的發(fā)展，人們?cè)谘芯拷Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中積累了大量豐富有益的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也表現(xiàn)在設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)以及標(biāo)準(zhǔn)圖集上。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及計(jì)算方法的發(fā)展，計(jì)算機(jī)以及結(jié)構(gòu)程序在結(jié)構(gòu)工程中獲得了極大的使用。

1、概念設(shè)計(jì)的基本含義

在現(xiàn)代的建筑工程中，通常會(huì)引入概念設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而所謂的概念設(shè)計(jì)就是指以建筑工程概念為設(shè)計(jì)依據(jù)，采用能夠滿足建筑工程相關(guān)要求和符合建筑工程的客觀規(guī)律的方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑工程的宏觀控制。在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，引入概念設(shè)計(jì)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般都不會(huì)對(duì)具體數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，只是通過(guò)對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)中各個(gè)部分之間的力學(xué)關(guān)系以及結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的宏觀控制，同時(shí)應(yīng)該得出具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

2、概念設(shè)計(jì)的重要性?概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用面非常廣泛，幾乎蘊(yùn)含了所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在不確定因素多、受力狀況變化較大的抗震設(shè)計(jì)、高層建筑設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用尤顯重要和突出。?概念設(shè)計(jì)的重要性，主要體現(xiàn)在三方面：一是因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論存在許多缺陷或不可計(jì)算性。為了彌補(bǔ)計(jì)算理論的缺陷，或?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量無(wú)法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，都需要用概念設(shè)計(jì)來(lái)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。二是由于在方案設(shè)計(jì)階段，初步設(shè)計(jì)過(guò)程是不能借助于計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案。概念設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)人員中提得比較多，但往往被人們片面地理解，認(rèn)為其主要是用于一些大的原則，如確定結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)布置等。其實(shí)，在設(shè)計(jì)中任何地方都離不開(kāi)科學(xué)的概念作指導(dǎo)。三是由于計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果的高精度，容易給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的誤解，過(guò)分地依賴于計(jì)算機(jī)和設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行習(xí)慣性、傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)計(jì)算結(jié)果明顯不合理、甚至錯(cuò)誤的地方不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，使許多的建筑結(jié)構(gòu)留下安全隱患。因此，概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有重要的地位。

強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要，主要還因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論存在許多缺陷或不可計(jì)算性，比如對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)力計(jì)算是基于彈性理論的計(jì)算方法,而截面設(shè)計(jì)卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，這一矛盾使計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)，為了彌補(bǔ)這類計(jì)算理論的缺陷，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量無(wú)法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，都需要優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來(lái)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。同時(shí)計(jì)算機(jī)結(jié)果的高精度特點(diǎn)，往往給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的誤解，結(jié)構(gòu)工程師只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng)，才能比較客觀、真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。概念設(shè)計(jì)之所以重要，還在于方案設(shè)計(jì)階段，初步設(shè)計(jì)過(guò)程是不能借助于計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，深入、深刻了解各類結(jié)構(gòu)的性能，并能有意識(shí)地、靈活地運(yùn)用它們。

3、概念設(shè)計(jì)的原則

3.1、結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性

指結(jié)構(gòu)在地震及其他荷載作用下具有明確的和直接的傳力途徑，便于建立完整、準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。

3.2、結(jié)構(gòu)的規(guī)則性和均勻性

建筑平面規(guī)則、平面內(nèi)結(jié)構(gòu)布置宜規(guī)則、對(duì)稱、均勻、減少偏心，使建筑物分布質(zhì)量產(chǎn)生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質(zhì)量分布與結(jié)構(gòu)剛度分布協(xié)調(diào)，限制質(zhì)量與剛度之間的偏心。沿建筑物豎向的結(jié)構(gòu)布置宜規(guī)則、均勻，避免有過(guò)大的外挑和內(nèi)收，避免剛度、承載能力和傳力途徑的突變，以限制結(jié)構(gòu)在豎向第一樓層或少數(shù)幾個(gè)樓層出現(xiàn)薄弱層，以致在這些部位因產(chǎn)生應(yīng)力集中和過(guò)大的變形而使結(jié)構(gòu)不安全。

3.3、結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力

結(jié)構(gòu)布置應(yīng)該使得結(jié)構(gòu)平面在兩個(gè)主軸方向均具有足夠的剛度以及抗震能力，并且還應(yīng)該具有抗扭轉(zhuǎn)剛度以及抵抗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能力?？蚣芙Y(jié)構(gòu)應(yīng)在縱橫兩個(gè)方向布置成雙向剛接框架。

3.4、結(jié)構(gòu)的整體性

由于設(shè)計(jì)內(nèi)力計(jì)算模型是建立在樓蓋平面內(nèi)剛度無(wú)限大的假定的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)應(yīng)使樓蓋系統(tǒng)有足夠的平面內(nèi)剛度和抗力，并與豎向結(jié)構(gòu)有效連接，從而保證梁、板、柱、墻能共同協(xié)同工作。

4、概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用與研究?4.1、概念設(shè)計(jì)來(lái)完善計(jì)算理論的局限性

現(xiàn)在結(jié)構(gòu)計(jì)算理論存在一些缺陷或不可計(jì)算性，按照現(xiàn)代的設(shè)計(jì)理論得到的結(jié)果只存在控制解，不存在精確的解。我們非常清楚的知道結(jié)構(gòu)計(jì)算分析一般是分以下三步來(lái)進(jìn)行的：

按照結(jié)構(gòu)布置確定荷載。

選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，確定計(jì)算模型，進(jìn)行構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算與組合。

③選擇控制截面，進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，驗(yàn)算構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。? 4.2、輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用

許多設(shè)計(jì)人員完全依賴計(jì)算程序的分析，而把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論與概念設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容全部拋在一邊。主要的原因是我國(guó)的大規(guī)模的基本建設(shè)和大量高層建筑的起步始于上個(gè)世紀(jì)八十年代中后期，當(dāng)時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)已步入成熟期，我國(guó)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師還未親身體驗(yàn)到結(jié)構(gòu)分析尤其是對(duì)高層結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的極其繁重性，就不知不覺(jué)的從一次技術(shù)革新中解放出來(lái)，使我國(guó)的結(jié)構(gòu)工程師們?nèi)鄙俦匾木X(jué)，對(duì)采用人工計(jì)算和運(yùn)用概念處理復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問(wèn)題未給予足夠的重視，就把計(jì)算分析的“控制解”當(dāng)成了“精確解”。?4.3、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段要更注重概念設(shè)計(jì)

凡是概念設(shè)計(jì)做得好的工程師，才能創(chuàng)造出富有創(chuàng)新及功能合理、造價(jià)低的優(yōu)秀作品。在這個(gè)設(shè)計(jì)階段是不能依靠計(jì)算機(jī)來(lái)完成的，只能依靠結(jié)構(gòu)工程師掌握的概念理論去加以靈活運(yùn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

5、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要結(jié)構(gòu)措施5.1、建筑結(jié)構(gòu)體系和協(xié)同工作協(xié)同工作概念在工業(yè)產(chǎn)品的制造和設(shè)計(jì)中廣泛的應(yīng)用，主要的含義是針對(duì)任意一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品，在沒(méi)有充分達(dá)到使用壽命規(guī)定的時(shí)間中，在生產(chǎn)過(guò)程中每一個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件倘若出現(xiàn)損害，都會(huì)造成機(jī)器的非正常運(yùn)行。但是在工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，協(xié)同工作通常是指在工程建筑過(guò)程中每一個(gè)構(gòu)件都可以發(fā)揮其自身作用，還會(huì)和工程建筑中其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件相互配合。這不僅要求工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有一定長(zhǎng)的使用壽命，同時(shí)還需要構(gòu)件所承受的荷載力保持一致，不能出現(xiàn)長(zhǎng)期受力不均的現(xiàn)象。建筑工程結(jié)構(gòu)協(xié)同工作中，應(yīng)該正確處理上部結(jié)構(gòu)和樁筏基礎(chǔ)之間的關(guān)系，并有機(jī)結(jié)合在一起。例如建筑工程磚混施工中，這就需要依靠構(gòu)造柱和鋼圈之間形成一個(gè)統(tǒng)一的整體來(lái)預(yù)防自身剛度所帶來(lái)的不均勻沉降的現(xiàn)象。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受力時(shí)，每一個(gè)部件都可以達(dá)到較高的應(yīng)力水平，并能設(shè)計(jì)出較為理想的運(yùn)行狀態(tài)。建筑工程進(jìn)行多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免出現(xiàn)短柱現(xiàn)象，主要目的是為了提高在相同建筑平面中所承載的能力，在逐漸增加的高層建筑中，出現(xiàn)短柱現(xiàn)象日趨增多，為了降低這種狀況，需要使同層結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力在相同的水平位置上發(fā)生位移現(xiàn)象。

5.2、協(xié)同工作中建筑材料的利用率在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中協(xié)同工作不僅僅可以提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且還可以提高建筑材料利用率。一般的理解是，建筑材料利用率越大，協(xié)同工作能力以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越大。我國(guó)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程之中，最根本的目標(biāo)是要求用少量的投入獲得最大的收益。所以，對(duì)于建筑材料使用是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最根本的要求。例如在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中矩形截面是普遍存在的受壓構(gòu)件，矩形截面主要的構(gòu)成材料在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中利用率過(guò)低，主要原因是：一是建筑工程施工中梁中軸周圍建筑材料應(yīng)力水平較低，還有一個(gè)原因是由于工程中梁的彎矩程度隨著梁長(zhǎng)的變化而不斷的變化。針對(duì)等截面梁而言，在工程結(jié)構(gòu)中絕大部分區(qū)域中應(yīng)力較低。基于這種受力情況下，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究，調(diào)整梁截面中應(yīng)變梯度的變化，使得構(gòu)件保持一定的軸心受力，才可以提高建筑材料的利用率。同時(shí)，通過(guò)一段時(shí)間的研究和探索，產(chǎn)生了平面桁架結(jié)構(gòu)，平面桁架結(jié)構(gòu)是將工程中多余的建筑材料去除，不僅可以節(jié)約成本，還可以減少建筑材料的自重。

6、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們生活水平的日益提高，對(duì)建筑行業(yè)的要求不斷提高。特別是在當(dāng)今信息化社會(huì)發(fā)展的時(shí)代，要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念要有一定的創(chuàng)新性，確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的與時(shí)俱進(jìn)，并進(jìn)行深入的分析和研究，科學(xué)合理地應(yīng)用現(xiàn)代化新型的建筑工程施工工藝和建筑材料，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性、實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性。因此，作為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分地利用自身的專業(yè)技能和專業(yè)知識(shí)，通過(guò)現(xiàn)代化工程設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)出具有先進(jìn)性和創(chuàng)新性的建筑工程施工設(shè)計(jì)，進(jìn)一步強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)以及建筑結(jié)構(gòu)措施的廣泛推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭峰,梁利生.探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)[J].科技與企業(yè),2013,13:169+171.

[2]宿宗英,趙麗艷.探討建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2010,23:47.

[3]黃家強(qiáng).淺談建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技信息,2006,14:55.

[4]許偉.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011,09:166.