陳宗飛

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)是新興的設(shè)計(jì)理念，逐漸被建筑結(jié)構(gòu)工程師運(yùn)用于現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)之中。這種理念的逐漸成熟，促進(jìn)了我國(guó)建筑行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改革也有很重要的意義。本文從概念設(shè)計(jì)的重要性以及概念設(shè)計(jì)的推廣方面來(lái)闡明概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的作用。

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

隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，我國(guó)人民的生活水平的提高，人民對(duì)生活質(zhì)量的要求也逐漸提高。為了滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)文化需求和滿(mǎn)足消費(fèi)者的需要，我國(guó)的建筑行業(yè)在建筑結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)也在變革。在國(guó)外先進(jìn)設(shè)計(jì)理念的影響下，我國(guó)結(jié)構(gòu)工程師也在總結(jié)自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，利用概念設(shè)計(jì)的新理念來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 概念設(shè)計(jì)的概念

所謂的概念設(shè)計(jì)一般指是以工程概念為依據(jù)，不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，用符合工程客觀(guān)規(guī)律和本質(zhì)的方法，對(duì)所設(shè)計(jì)的對(duì)象作宏觀(guān)的控制。尤其在一些難以作為精確力學(xué)分析或現(xiàn)存規(guī)范中難以顧及的問(wèn)題，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則的設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀(guān)控制。

2 概念設(shè)計(jì)的重要性

在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師依據(jù)以前的設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)不斷的總結(jié)和完善，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與理念在實(shí)際工作中得到發(fā)展和創(chuàng)新。隨著時(shí)間的推移，經(jīng)驗(yàn)不斷豐富，設(shè)計(jì)理念不斷更新，設(shè)計(jì)的作品也逐漸成熟。但是，由于很多工程在創(chuàng)新方面的努力不夠，習(xí)慣依據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)等傳統(tǒng)方式，只是借鑒以前的設(shè)計(jì)風(fēng)格和設(shè)計(jì)手法。不僅對(duì)于國(guó)外、國(guó)內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)和理念沒(méi)有給予足夠的重視，在設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)和運(yùn)用上也過(guò)分依賴(lài)設(shè)計(jì)程序，熱衷于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，缺乏創(chuàng)新導(dǎo)致手工的設(shè)計(jì)作品不符合設(shè)計(jì)的要求。有的工程師在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，因?yàn)檫^(guò)度依賴(lài)設(shè)計(jì)程序，對(duì)運(yùn)算數(shù)據(jù)不質(zhì)疑、不驗(yàn)證，沒(méi)有足夠認(rèn)真和質(zhì)疑的精神來(lái)對(duì)待設(shè)計(jì)結(jié)果，造成遺漏程序設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要運(yùn)用的知識(shí)涵蓋建筑學(xué)等很多方面，很多知識(shí)是在實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)的，或者是自己的領(lǐng)悟得出，并非在學(xué)校學(xué)習(xí)的系統(tǒng)知識(shí)，比較分散又不容易記憶，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)中也不容易運(yùn)用。概念設(shè)計(jì)的重要性不僅在于概念設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的優(yōu)點(diǎn)融合，而且可對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，將計(jì)算理論的漏洞從整體的角度來(lái)進(jìn)行解決。

3 概念設(shè)計(jì)的所要遵循的原則

3.1 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)體系

建筑結(jié)構(gòu)體系是概念設(shè)計(jì)的重要體現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)體系中，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒄麄€(gè)建筑的構(gòu)成完整、清晰地呈現(xiàn)出來(lái)。在建筑結(jié)構(gòu)體系中，我們看到的每一個(gè)結(jié)構(gòu)組成部分都是統(tǒng)一、不可分割的完整實(shí)體，而不是建筑中單一部件的個(gè)性呈現(xiàn)，各個(gè)部件之間只有組合在一起時(shí)才具備建筑實(shí)體的具象涵義和建筑結(jié)構(gòu)價(jià)值，倘若將其中某個(gè)部分分割開(kāi)來(lái)，結(jié)構(gòu)便不是真正意義的結(jié)構(gòu)，體系也無(wú)法繼續(xù)發(fā)揮其應(yīng)有的效能。因而在規(guī)劃結(jié)構(gòu)體系時(shí)，切不可將其中某個(gè)部件拿出來(lái)，否則將失其特定的內(nèi)涵和價(jià)值。

3.2 要選用適用的計(jì)算簡(jiǎn)圖

在進(jìn)行計(jì)算簡(jiǎn)圖選用時(shí)，要明確的選擇那些能夠有某些構(gòu)造措施來(lái)保證的計(jì)算結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。作為結(jié)構(gòu)計(jì)算的重要組成部分，計(jì)算簡(jiǎn)圖的選用是否得當(dāng)一定程度上來(lái)說(shuō)是決定結(jié)構(gòu)計(jì)算是否準(zhǔn)確、能夠確保結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵前提。所以說(shuō)，在計(jì)算簡(jiǎn)圖的選用上要慎之又慎。

3.3 數(shù)據(jù)結(jié)果精確分析

建筑結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)果是結(jié)構(gòu)計(jì)算的重要目的，所以說(shuō)，在這一過(guò)程中，要嚴(yán)格對(duì)待，不能盲目進(jìn)行。能否實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，是決定建筑結(jié)構(gòu)能否順利進(jìn)行、確保建筑結(jié)構(gòu)安全的重要途徑和重要條件。從計(jì)算數(shù)據(jù)的輸入、計(jì)算過(guò)程、計(jì)算結(jié)果的三部分嚴(yán)格審查。同時(shí)，外部因素同樣可導(dǎo)致數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果不精確，例如不同計(jì)算工具的使用、不同程序軟件的使用等都可造成計(jì)算結(jié)果不精確。所以在計(jì)算機(jī)結(jié)果時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)該更多的給予人的思維，而非機(jī)器化處理的結(jié)果。

4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要結(jié)構(gòu)措施

4.1 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)中廣泛地應(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，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)，在工程施工中每一個(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。

4.2 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)中協(xié)同工作不但可以提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)還可以提高建筑材料利用率。通?？梢岳斫鉃?，建筑材料利用率越大，協(xié)同工作能力和結(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)程中，最根本的目標(biāo)是要求用少量的投入獲得最大的收益。因此，針對(duì)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?chē)ㄖ牧蠎?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?；谶@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。最后，協(xié)同工作的原則也是整體工作的原則。

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