余炳坤

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，建筑事業(yè)也獲得了飛速的發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究，成為提升建筑質(zhì)量的重要途徑。概念設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)新的主要途徑，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。

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

在建筑事業(yè)不斷發(fā)展的條件下，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法越來越多，概念設(shè)計(jì)作為創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要形式，其優(yōu)點(diǎn)越來越多的體現(xiàn)出來，被更多的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師所發(fā)現(xiàn)和采納，并成為當(dāng)前至今后一段時(shí)間建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要思想。

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

1.1 概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容分析。概念設(shè)計(jì)是指在工程項(xiàng)目的策劃及初始設(shè)計(jì)階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師按照已有的建筑設(shè)計(jì)理論，并根據(jù)工程的施工經(jīng)驗(yàn)，從宏觀的思維出發(fā)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的策略做概念性的評(píng)價(jià)與選擇。設(shè)計(jì)師通過將整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)布局做必要的抗震保護(hù)，以提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。所得到的方案一般概念清晰，定位準(zhǔn)確，便于進(jìn)行手算，有效的避免后期設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的一些繁瑣的計(jì)算，提高建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。同時(shí)，概念設(shè)計(jì)也是進(jìn)行計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠性判斷的主要依據(jù)。

1.2 概念設(shè)計(jì)的基本步驟的分析 。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，概念設(shè)計(jì)是在建筑設(shè)計(jì)師不斷滿意的過程中實(shí)現(xiàn)的，概念設(shè)計(jì)的過程可以劃分為下面三個(gè)步驟：

1.2.1 分析階段。即對(duì)設(shè)計(jì)問題做全面理解的過程。分析階段的主要特征是設(shè)計(jì)系統(tǒng)信息的模糊性，在進(jìn)行分析的過程中，手中掌握的數(shù)據(jù)是不全面的，可供設(shè)計(jì)師使用的陳述同樣需要進(jìn)行陳述和充實(shí)。

1.2.2 綜合階段。即實(shí)現(xiàn)解決方案的一個(gè)過程。在這一步驟實(shí)施的過程中，設(shè)計(jì)師通過使用各種專業(yè)知識(shí)，按照所積累的工程經(jīng)驗(yàn)，將建筑設(shè)計(jì)的大體思路，借助于圖紙的形式表達(dá)出來的過程。這一過程的主要特點(diǎn)是通過設(shè)計(jì)師的靈感和專業(yè)思維發(fā)揮主導(dǎo)作用，以實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的表達(dá)和產(chǎn)生。

1.2.3 評(píng)估階段。即對(duì)設(shè)計(jì)出的方案做有效判斷和選擇的過程。這一階段的特點(diǎn)是循環(huán)的過程，該循環(huán)過程會(huì)持續(xù)到雙方對(duì)方案滿意為止。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在作出評(píng)估的時(shí)候，會(huì)通過各種功能模型、計(jì)算手段等對(duì)比各個(gè)方案的優(yōu)勢(shì)，以更好的獲得建筑施工的經(jīng)濟(jì)性和建筑施工技術(shù)的可行性。

2 建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)不同于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它是從豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中慢慢摸索出來的一種模式，概念設(shè)計(jì)是結(jié)合實(shí)際的建筑要求（包括功能要求，抗震要求等）由粗到細(xì)地進(jìn)行定量設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)方法。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是跟它相反的過程，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是用結(jié)構(gòu)語言來表達(dá)一些有用的東西，首先需要知道力學(xué)、數(shù)學(xué)等一些專業(yè)知識(shí)，然后依賴于計(jì)算機(jī)得到定量的數(shù)據(jù)，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)一些指標(biāo)進(jìn)行定性的設(shè)計(jì)，使其滿足建筑結(jié)構(gòu)的要求。概念設(shè)計(jì)會(huì)影響到建筑物的總造價(jià)、施工進(jìn)度等整體性問題，如果概念設(shè)計(jì)出了問題，會(huì)對(duì)以后的整個(gè)施工過程造成一定程度的影響。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是通過定量計(jì)算選好結(jié)構(gòu)體系后再對(duì)局部進(jìn)行定性的分析，如果出現(xiàn)了問題，會(huì)影響到結(jié)構(gòu)局部的安全性能。然而對(duì)于一個(gè)優(yōu)質(zhì)的工程項(xiàng)目來說，總體和局部的安全性和合理性都是同等重要的，所以概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該是相輔相成的關(guān)系，而不是對(duì)立的，只要二者兼顧才能設(shè)計(jì)出好的構(gòu)思和方案。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用

3.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用原則。首先，建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)該堅(jiān)持精選結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖的原則，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)應(yīng)該建立在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算工程簡(jiǎn)圖的方法進(jìn)行分析。精選建筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖是保證結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)準(zhǔn)確合理的重要條件，設(shè)計(jì)師一旦選擇了不合適的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖就會(huì)給概念設(shè)計(jì)以片面依據(jù)，進(jìn)而在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致建筑工程出現(xiàn)質(zhì)量問題，為此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須保證建筑物的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖誤差控制在合理范圍內(nèi)，同時(shí)在嚴(yán)格審查和分析結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。其次，建筑設(shè)計(jì)師必選堅(jiān)持合理選擇結(jié)構(gòu)方案的選擇，設(shè)計(jì)師最終選擇的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案必須可以滿足建筑物設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)安全合理設(shè)計(jì)原則，建筑物結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的方案可能會(huì)有很多中變化，但是相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須將各個(gè)方案加以對(duì)比分析，選擇其中最可行最經(jīng)濟(jì)合理的方案，在進(jìn)行方案對(duì)比時(shí)，應(yīng)該對(duì)建筑工程的材料質(zhì)量和地理環(huán)境等做出正確評(píng)估，并且與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的專業(yè)人員進(jìn)行交流溝通，最終選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。最后，建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)該堅(jiān)持精確分析計(jì)算結(jié)果的原則，隨著信息科技的快速發(fā)展進(jìn)步，市場(chǎng)上使用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件種類復(fù)雜多樣，并且每一種設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的計(jì)算結(jié)果各不相同，這在很大程度上增加了建筑設(shè)計(jì)計(jì)算的難度，為此建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)該依照建筑設(shè)計(jì)的具體需要，并結(jié)合不同軟件的程序設(shè)計(jì)原理和技術(shù)條件，選擇最合適的計(jì)算軟件，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用范圍。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，建筑結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用范圍主要包括水平側(cè)移、水平荷載、結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和延性等幾個(gè)方面，通過結(jié)構(gòu)概念的應(yīng)用提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。其中水平側(cè)移是指建筑物在水平荷載的作用下，不同高度層發(fā)生的不同程度的水平側(cè)移，譬如，建筑物在受到地震力的作用時(shí)，水平側(cè)移會(huì)十分明顯；在風(fēng)力的作用下，建筑物的頂部結(jié)構(gòu)的側(cè)移量會(huì)與建筑物的高度成四次方成關(guān)系；在建筑物結(jié)構(gòu)的側(cè)移范圍超過一定范圍之后，會(huì)引起建筑物的頂部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，甚至倒塌，建筑物的結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)槭艿剿絺?cè)移的作用出現(xiàn)不同程度的破壞，嚴(yán)重影響建筑物的正常使用壽命。

水平荷載主要是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮的因素有地震力和風(fēng)力。通常情況下，在水平均勻荷載的作用下，垂直的平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件彎矩與設(shè)計(jì)建筑總高度之間是二次平方關(guān)系，為此在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師為了保證風(fēng)的荷載暢通的經(jīng)過建筑物表面，即受水平荷載作用的限制，建筑物的總高度和建筑平面的形體形狀設(shè)計(jì)則可以使用結(jié)構(gòu)概念，減少繁瑣計(jì)算，與此同時(shí)，設(shè)計(jì)師還應(yīng)該重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)算，確保單個(gè)構(gòu)件和整體建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

建筑物構(gòu)件的連續(xù)性是指建筑物構(gòu)件的連接處受力方向突然發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)力會(huì)突然集中，建筑構(gòu)件的連續(xù)性可以減少這種內(nèi)應(yīng)力，使得建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)力均勻分布，不至于過于集中，進(jìn)而降低建筑材料受應(yīng)力集中影響，出現(xiàn)材料耗損的情況，維護(hù)建筑物結(jié)構(gòu)材料的性能。建筑物結(jié)構(gòu)的延性主要是指建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在受到力的作用時(shí)，建筑物構(gòu)件會(huì)屈服變形，由于建筑物構(gòu)件的塑性變形依然存在，作用力對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效果可能會(huì)通過建筑物構(gòu)件的變形而緩解，使建筑物不至于倒塌。

3.3 強(qiáng)柱、弱梁、更強(qiáng)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)。強(qiáng)柱弱梁是保證在強(qiáng)震作用下，框架的塑性鉸首先在梁上發(fā)生而不在柱上發(fā)生，避免框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)樓層破壞機(jī)制。在強(qiáng)震作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件不存在承載力儲(chǔ)備，梁端受彎承載力即為實(shí)際可能達(dá)到的最大彎矩，柱端實(shí)際可能達(dá)到的最大彎矩也與其偏壓下的受彎承載力相等。框架結(jié)構(gòu)能采用塑形變形，從而大量的消耗地震能量，較小地震作用，同時(shí)還能保證框架結(jié)構(gòu)具有承受豎向荷載的能力，同時(shí)還要遵循強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)構(gòu)造的設(shè)計(jì)原則。

4 結(jié)語

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)概念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用會(huì)被進(jìn)一步推廣，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)該加強(qiáng)自身對(duì)結(jié)構(gòu)概念的理解和掌握，汲取國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，增強(qiáng)自身的創(chuàng)新能力，進(jìn)而提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁亞紅.建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)探討[J].煤炭工程，2005（10）.

[2] 韋國(guó)炎.淺談建筑幕墻中的概念設(shè)計(jì)[J].中州建設(shè)，2007（08）.