黎柏營

1 概念設(shè)計

所謂概念設(shè)計，是指在工程中遇到一些難以作出精確力學(xué)分析或是規(guī)范中沒有明確規(guī)定的問題時，不通過具體的數(shù)值計算，而是對整體結(jié)構(gòu)體系與分部結(jié)構(gòu)體系之間的力學(xué)關(guān)系進行分析、結(jié)合結(jié)構(gòu)破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象，以及一些工程經(jīng)驗得出基本設(shè)計原則和設(shè)計理念，然后從整體角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細部措施的布置。之所以要強調(diào)概念設(shè)計的重要性，主要的原因是目前現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與計算理論還存在許多缺陷和不可計算性。例如在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對內(nèi)力的計算是以彈性理論為基礎(chǔ)的，而對于截面設(shè)計卻是以塑性理論為基礎(chǔ)的一種極限狀態(tài)設(shè)計方法。這兩者的不同導(dǎo)致計算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)差之甚遠，正是因為有這種計算理論方面的缺陷才需要優(yōu)秀的概念設(shè)計來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的。對于實際問題中許多無法計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計也是需要概念設(shè)計的理由之一。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中運用概念設(shè)計的重要性

概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中發(fā)揮著極其重要的作用，它給設(shè)計師帶來了靈感，保證了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，為設(shè)計工作賦予了新的活力。合理的運用概念設(shè)計這一理念能夠很大程度的提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平，促使設(shè)計人員能夠發(fā)揮出更好的作用和價值，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的最終效果得到提高。同時計算機設(shè)計中存在一些不足和缺陷，應(yīng)用概念設(shè)計能夠有效地對這些不足進行彌補。設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時常常廣泛的使用計算機程序，然而這導(dǎo)致了設(shè)計人員對計算機過于依賴，忽視了自身對于結(jié)構(gòu)概念的學(xué)習(xí)和掌握，無形中降低了自身的設(shè)計能力。同時采用計算機進行結(jié)構(gòu)設(shè)計是有一定的限制的，導(dǎo)致初步設(shè)計的方案無法完成。然而還有很多設(shè)計師并沒有認識到計算機設(shè)計的雙面性，選擇合適的軟件來進行設(shè)計可以提高效率，相反的，如果使用的軟件并不合適反而會導(dǎo)致設(shè)計中的一些隱患，這些問題會隨著時間越來越明顯。所以，設(shè)計師需要深入學(xué)習(xí)理解相關(guān)的概念，熟練掌握應(yīng)用概念設(shè)計，在設(shè)計時選擇科學(xué)合理的方案。同時在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用概念設(shè)計還體現(xiàn)了一定的創(chuàng)新作用。比起對著建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標準和規(guī)范照本宣科的模式來說，相關(guān)設(shè)計人員可以根據(jù)自己的經(jīng)驗進行設(shè)計，避免了過于循規(guī)蹈矩的現(xiàn)象，合理應(yīng)用概念設(shè)計能夠在較大程度上展現(xiàn)創(chuàng)新。應(yīng)用概念設(shè)計還能使結(jié)構(gòu)設(shè)計的更加完善。因為設(shè)計師必須先掌握結(jié)構(gòu)概念，對其有充分的理解及認識，具有清晰的設(shè)計理念的設(shè)計師才能對如概念混亂這類問題進行較好的預(yù)防。如果能夠較好的掌握相關(guān)概念，那么在出現(xiàn)問題時，也能快速的找出其原因并且制定有效的解決方案，同時提升其結(jié)構(gòu)方案的可靠性。

3 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用

3.1 在建筑場地選擇中的應(yīng)用

對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計來說相關(guān)場地的選擇是非常重要的，只有選擇了合適的場地，其后續(xù)的設(shè)計工作才能的到保障。對于建筑場地的選擇應(yīng)該著重考慮以下幾點：需要考慮的首要因素是地形，不同的地形對建筑結(jié)構(gòu)有不同的影響和制約作用。因此，必須嚴格根據(jù)相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，充分考慮各種因素的影響，最終選擇出進行該項工程最合適的地形。除此之外，地址問題對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也有很大影響，也是場地選擇中需要注意的一個關(guān)鍵問題，尤其是對于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。對于建筑場地的選擇，還應(yīng)該考慮抗震性問題，這一點在現(xiàn)今社會的建筑設(shè)計中是非常重要的。要提升建筑的使用安全性能，必須使建筑結(jié)構(gòu)具有較強的抗震效果，要盡量避免將建筑建造在易發(fā)生地震的位置。

3.2 在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

在整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計是極為重要的一個環(huán)節(jié)，概念設(shè)計在這類基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中能夠發(fā)揮理想的效果。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的具體內(nèi)容中，對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行合理的選擇是最為重要的。設(shè)計人員要根據(jù)不同的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)要求和場地的地質(zhì)特點，選擇最為合適的方案來設(shè)計?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)類型主要有以下幾類：①獨立柱下基礎(chǔ)，在當前的建筑工程項目中獨立柱下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是很常用的，它具有較好的均勻性和整體性，能夠較大程度的把上部建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的荷載均勻的傳遞到地下，提升其穩(wěn)定性；適用于多層框架結(jié)構(gòu)且地質(zhì)條件較好的場地；②條形基礎(chǔ)及筏形基礎(chǔ)，適用于層數(shù)高荷載大的高層建筑或者是層數(shù)較少、且地質(zhì)不太好的建筑；③樁地基適用于基礎(chǔ)持力層較深的各類建筑；④樁筏基礎(chǔ)，適用于地質(zhì)條件不好，持力層深的高層超高層建筑。

3.3 在結(jié)構(gòu)方案選擇中的應(yīng)用

建筑設(shè)計中的核心是建筑結(jié)構(gòu)方案的選擇。為了保證合理性和經(jīng)濟性，在選擇建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計的方案時也需要應(yīng)用概念設(shè)計進行選擇。在選擇時，首先需建筑的平面特點及功能要求，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)條件，選擇適合建筑的結(jié)構(gòu)類型，墻柱布置及梁板布置，合理設(shè)置豎向構(gòu)件，搭建符合力學(xué)要求的傳力路徑，以滿足概念設(shè)計的整體性要求。其次，要選擇合適的計算軟件，根據(jù)結(jié)構(gòu)方案進行多輪的設(shè)計優(yōu)化，選擇最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。將這種設(shè)計理念體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中能夠很好地提升建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

3.4 在建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

建筑主體結(jié)構(gòu)主要是要從整體上對整個建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，對于這種設(shè)計工作來說，對稱性和合理性是十分關(guān)鍵的，相應(yīng)的這也要求設(shè)計人員必須對整體的結(jié)構(gòu)布置、傳力路徑、剛心、質(zhì)心進行合理的設(shè)計，而這些設(shè)計過程中就需要有概念設(shè)計的參與。

在計算中，應(yīng)著重從以下幾個參數(shù)整體來考慮計算結(jié)果的合理性：

（1）剛度比：主要是控制結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性，避免豎向剛度突變，形成薄弱層。

（2）位移比：主要為控制結(jié)構(gòu)平面規(guī)則性，以避免產(chǎn)生過大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

（3）周期比：主要為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)以減小扭轉(zhuǎn)可能對結(jié)構(gòu)造成不利影響。周期比不滿足要求時，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度小于側(cè)移剛度，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大。

（4）剪重比：主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性。

（5）剛重比：主要為控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)在風(fēng)載或地震力的作用下發(fā)生整體失穩(wěn)。剛重比過小時結(jié)構(gòu)的剛度比起重力荷載較??；但剛重比也不宜過大，否則結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟技術(shù)指標是較差的。

（6）層間受剪承載力比：控制豎向不規(guī)則性，以免豎向樓層受剪承載力突變，形成薄弱層。

4 結(jié)語

綜上，應(yīng)用概念設(shè)計來進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅能夠提高建筑物的可靠性和安全性，還能夠一定程度上節(jié)約資源和能源，提升建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平。因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用概念設(shè)計，這對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的進步和發(fā)展具有很大的促進作用。

[1]湯蘭.試論概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014.

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