劉茂

南昌大學(xué)設(shè)計研究院

在概念設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)工程師要立足于自身的設(shè)計經(jīng)驗、理論知識和項目需求，對建筑物的整體結(jié)構(gòu)布局和抗震結(jié)構(gòu)開展合理化的設(shè)計，同時還需要對結(jié)構(gòu)設(shè)計計劃進(jìn)行概念性的分析對比?？偟膩碚f，概念設(shè)計是一種可實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計多元化需求的方式，實際應(yīng)用時的優(yōu)勢十分凸顯，比如準(zhǔn)確性高、更加的便捷，對增加項目的整體效益有積極作用[1]。因此，概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用一直都非常的普遍和廣泛，非常值得推廣應(yīng)用?；诖?，本文從多個方面分析探討了概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，現(xiàn)作如下的論述。

一、選擇施工場地

施工場地的選擇是建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，可對建筑工程后續(xù)的設(shè)計質(zhì)量與施工質(zhì)量造成直接的影響。為此，結(jié)構(gòu)工程師要將施工場地的選擇始終作為重點工作來對待?？偟膩碚f，在施工場地選擇時要重點考量以下要素：

①要充分考慮防護安全距離，建筑結(jié)構(gòu)的牢固性是否可以達(dá)到設(shè)計需求。

②明確施工場地的日光照射時常，并去考慮現(xiàn)場的抗震因素，要盡量避開帶有危險性的選址，一些極易出現(xiàn)自然災(zāi)害和地震的場地要放棄。若是施工場地的地震因素?zé)o法有效地避免，則要充分做好抗震措施的設(shè)計工作，最大限度減少安全隱患的存在。

③在正式開展概念設(shè)計時，結(jié)構(gòu)工程師要對施工場地的地質(zhì)情況做好全面地勘察，觀測建筑物抗震點的作用是否可以充分發(fā)揮。另外，結(jié)構(gòu)工程師要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求來制定合理可行的設(shè)計方案，對設(shè)計量作不斷的優(yōu)化，確保整個建筑物的布局與抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量。

二、確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

待確定施工場地后，結(jié)構(gòu)設(shè)計師要對現(xiàn)場的地質(zhì)地形特點作全面的勘察分析，同時結(jié)合建筑物設(shè)計形式來確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以優(yōu)先選擇兩種基礎(chǔ)，一種是樁基礎(chǔ)，另外一種是箱型基礎(chǔ)，實際應(yīng)用時有不同的適用條件。

樁基礎(chǔ)非常適合應(yīng)用在地質(zhì)土壤松軟和負(fù)荷較大的多層建筑結(jié)構(gòu)中，比如將其應(yīng)用到天然地基中，可以確保建筑物的壓力由上至下來傳遞，這對保障建筑物結(jié)構(gòu)的實用性和穩(wěn)定性均有重要的意義。箱型基礎(chǔ)的整體剛度是非常值得稱贊的，可以有效地將建筑整體結(jié)構(gòu)的承載壓力傳遞到下方結(jié)構(gòu)中，可以減少建筑基礎(chǔ)不均勻沉降問題的發(fā)生，有助于保障建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可進(jìn)一步保障建筑物的使用價值。另外，通過應(yīng)用箱型基礎(chǔ)，可以很大程度上優(yōu)化建筑物的抗震性能，建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)對地震因素的能力大大增強。基于此，結(jié)構(gòu)工程師在確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案時，務(wù)必始終對施工場地的現(xiàn)場條件有全面地掌握和分析，結(jié)合實際情況來確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，有效的去提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。

三、建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

在建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)工程師要遵循對稱和合理的設(shè)計原則，有效的去降低結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)力，確保非穩(wěn)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以正常工作，同時減少材料的使用量和損耗，在提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益?？偟膩碚f，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要想實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的對稱性設(shè)計，需要確保各種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)主體有良好的對稱性，比如在剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師便是通過主體對稱這一方式來進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置的[2]。除此之外，為確保建筑結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步實現(xiàn)對稱性，結(jié)構(gòu)工程師要結(jié)合實際情況對建筑的質(zhì)心、結(jié)構(gòu)側(cè)心和平面形心之間的距離做合理化的調(diào)整。通過這樣的設(shè)計，可以確保建筑結(jié)構(gòu)有良好的穩(wěn)定性，對提升建筑質(zhì)量有重要的意義。

四、建筑結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，剛度設(shè)計也是要重點考量的因素，務(wù)必給予高度的重視。具體來說，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)工程師要嚴(yán)格遵循概念設(shè)計的相關(guān)原則，合理去選擇建筑剛度。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)有合理的剛度時，一方面可以有效增加建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，提升應(yīng)對地震災(zāi)害的能力，另一方面可以有效減少建筑材料的使用量，不對建筑空間做過多的占用，對增加建筑物平面利用空間有重要的意義。因此，結(jié)構(gòu)工程師在建筑結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計中，務(wù)必要結(jié)合實際情況去合理地開展設(shè)計工作，需要重點把握以下要點：

①首先要確定結(jié)構(gòu)整體的剛度，一是要注重分體系的設(shè)計工作，比如要設(shè)計好支撐體系和水平樓蓋體系；二是要對建筑上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的變形問題做好協(xié)調(diào)；三是在結(jié)構(gòu)整體剛度設(shè)計時要做到“剛?cè)岵盵3]。原因在于若是建筑結(jié)構(gòu)整體的變形能力較差時，則外部能量主要是由自身來吸收和抵抗，不利于應(yīng)對地震作用，而若是建筑結(jié)構(gòu)整體的變形過大時，則在風(fēng)負(fù)荷作用下會有整體傾覆的風(fēng)險，對建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性會有很大的影響。因此，結(jié)構(gòu)工程師在整體剛度確定時要在“剛”和“柔”之間找尋合理的度。

②在結(jié)構(gòu)強度分布的調(diào)整中，結(jié)構(gòu)工程師要有針對性地去優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相對剛度，對結(jié)構(gòu)中一些構(gòu)件的應(yīng)用能力作分析。其中的一維構(gòu)件要非常注重約束與支座的作用，二維構(gòu)件則要更多地去關(guān)注平面外剛度[4]。當(dāng)不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件要連接時，結(jié)構(gòu)工程師要分清楚主次關(guān)系，以此設(shè)計出最為合理的傳力關(guān)系。

③做好細(xì)部設(shè)計工作，發(fā)揮好材料的工作性能，保證和提升整體結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計效果。

五、提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量

在應(yīng)用概念設(shè)計的方式來開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，為確保設(shè)計工作的質(zhì)量，需要重點做好三個方面的工作，一是提升材料的利用率，二是在結(jié)構(gòu)設(shè)計體系中保持協(xié)同關(guān)系，三是應(yīng)用好概念設(shè)計的相關(guān)知識。

比如在材料的利用率方面，當(dāng)所用材料的利用率越高時，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和協(xié)同能力會越強。另外，在當(dāng)前的節(jié)能、環(huán)保理念下，使用較少的建筑材料做出最好的建筑物已經(jīng)成為建筑行業(yè)發(fā)展的必需。以建筑施工中所使用的矩形截面受壓構(gòu)件為例來說，其應(yīng)用頻率較低，這主要是因為矩形截面受壓構(gòu)件有著明顯的兩點局限性，一是當(dāng)梁的長度發(fā)生變化時，梁彎矩也會隨之改變，二是在梁的中和軸部位材料的使用率會較低?；诰匦谓孛媸軌簶?gòu)件的這一特點，可以調(diào)整梁截面的應(yīng)變梯度，確保相關(guān)的構(gòu)件可以有良好的軸心受力，繼而增加材料的利用率。再比如要想在結(jié)構(gòu)設(shè)計體系中保持協(xié)同關(guān)系，工程設(shè)計師不僅要保障好建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以在承載極限狀態(tài)下保持正常工作狀態(tài)，而且要確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件有良好的耐久性，通過構(gòu)造將整個建筑結(jié)構(gòu)整合為一體，盡量避免建筑單獨承受壓力。

六、結(jié)語

概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用有著復(fù)雜性和專業(yè)性的特點，對結(jié)構(gòu)工程師的專業(yè)能力有很高的要求，這要求結(jié)構(gòu)工程師要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的知識有全面地掌握，可以科學(xué)的應(yīng)用好概念設(shè)計方法。結(jié)構(gòu)工程師在應(yīng)用概念設(shè)計來開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，要重點做好施工場地選擇、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案確定、建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計等多個方面的工作，并將概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施巧妙地結(jié)合起來，更好的去提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。