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        芻議概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

        2024-01-03 07:30:00劉麗
        佛山陶瓷 2023年12期
        關(guān)鍵詞:概念設(shè)計設(shè)計方案結(jié)構(gòu)設(shè)計

        劉麗

        (太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院,太原 030027)

        1 前言

        概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中扮演著重要的角色,其具有的創(chuàng)新性與優(yōu)化性特征打破了傳統(tǒng)的設(shè)計模式,為建筑設(shè)計師開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供了新思路,極大確保了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量,同時能有效減少不必要的材料與人工浪費,對建筑行業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、科學(xué)性、規(guī)范性發(fā)展具有價值。但就目前建筑企業(yè)概念設(shè)計實際應(yīng)用情況來看,受到人員專業(yè)素養(yǎng)、綜合能力、重視程度等因素的影響,實際應(yīng)用出現(xiàn)諸多問題,深入研究概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用步驟與應(yīng)用措施成為許多建筑企業(yè)未來重要的工作方向。

        2 概念設(shè)計概述

        概念設(shè)計具體指向確定需求之后創(chuàng)建產(chǎn)品或者提供服務(wù)的過程。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用概念設(shè)計遵循整體性、原則性和概念性原則,對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的一些基本的、重要的、關(guān)鍵的問題進行明確與決策,具體涉及結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計與選定、設(shè)置負(fù)荷轉(zhuǎn)移與傳遞路徑、加強薄弱環(huán)節(jié)審核與判定、提升整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、穩(wěn)定發(fā)揮耗能作用等諸多環(huán)節(jié)。

        概念設(shè)計屬于一種融入經(jīng)驗總結(jié)的非規(guī)范性設(shè)計,在實際應(yīng)用的過程中,不需要采用計算機或者計算工具開展嚴(yán)密的數(shù)據(jù)運算,而是綜合應(yīng)用地震參數(shù)、試驗結(jié)果與結(jié)構(gòu)體系中的整體或者個體間力學(xué)聯(lián)系、結(jié)構(gòu)破壞機理及工程經(jīng)驗等實際研究成果,這種具有概念性的設(shè)計有助于對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計進行整體調(diào)控和規(guī)劃布置,并且有助于對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行整體構(gòu)思、比較和選擇,最終做出最優(yōu)選擇。實施最優(yōu)方案,不僅快速便捷有效,還具有極高的經(jīng)濟效益,同時也能為具體的建筑施工提供一定的設(shè)計支撐。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用概念設(shè)計對設(shè)計師的水平要求比較高,只有具有豐富經(jīng)驗、應(yīng)用熟練的設(shè)計師才能有效且快速地將概念設(shè)計應(yīng)用到實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實際環(huán)節(jié)中,提升建筑結(jié)構(gòu)的可靠性[1]。

        3 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的必要性

        概念設(shè)計一經(jīng)提出便受到了建筑行業(yè)的廣泛關(guān)注,其具有的顯著優(yōu)勢在實際應(yīng)用中被不斷證實。第一,概念設(shè)計提高了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性。概念設(shè)計強調(diào)從宏觀角度把握建筑結(jié)構(gòu)的整體性能與可靠性,遵循整體性原則合理確定建筑結(jié)構(gòu)形式與實際布局,盡可能減少細(xì)節(jié)構(gòu)造處理中潛藏著的安全隱患,以此增強建筑結(jié)構(gòu)的安全性。第二,概念設(shè)計有助于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。概念結(jié)構(gòu)注重綜合考慮建筑、水暖電、結(jié)構(gòu)等各個環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)性,從整體角度出發(fā),把握建筑物的總體性能,綜合考量各個環(huán)節(jié)與要素的要求和限制,從而不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,提升建筑使用舒適度的同時,提高建筑空間利用率。第三,提升設(shè)計效率。概念設(shè)計在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用過程中,具體采用草圖、模型等方式快速生成設(shè)計方案,并開展初步的可行性評估對其進行優(yōu)化,一定程度上避免了后期的時間與成本浪費,與此同時,概念設(shè)計可為后續(xù)詳細(xì)設(shè)計與施工提供針對性地指導(dǎo),能極大提升整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程的工作效率與工作質(zhì)量。第四,貫徹設(shè)計師意圖。概念設(shè)計是連接建筑師與結(jié)構(gòu)設(shè)計師溝通交流的橋梁,能幫助結(jié)構(gòu)設(shè)計師更好地理解建筑師的設(shè)計意圖,并將具體的想法貫徹到實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中,使建筑設(shè)計更加滿足預(yù)期要求,達(dá)到預(yù)期風(fēng)格[2]。

        4 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用步驟

        4.1 明確設(shè)計要求,初定結(jié)構(gòu)方案

        目標(biāo)分析是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用概念設(shè)計的第一步,可為后續(xù)的設(shè)計工作提供基礎(chǔ)性支持。第一,明確設(shè)計要求。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,對建筑物的功能、規(guī)模、用途、預(yù)算、安全性要求、經(jīng)濟性要求等諸多方面進行深入了解是概念設(shè)計應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提條件,通過對建筑物的深入了解與分析,能幫助設(shè)計師明確設(shè)計的方向和重點,為后續(xù)的設(shè)計工作開展奠定基礎(chǔ)。第二,初定結(jié)構(gòu)方案。在掌握建筑結(jié)構(gòu)基本設(shè)計要求與標(biāo)準(zhǔn)之后,可依據(jù)實際情況,充分考慮到建筑物的空間布局、結(jié)構(gòu)體系、材料選擇、施工條件等方面的因素,初步確定結(jié)構(gòu)方案[3]。以某個商業(yè)綜合體為例,具體的設(shè)計任務(wù)和要求有:建筑規(guī)模5 萬平方米,建筑高度為3 層,每層建筑面積為1萬平方米,主要功能為商場、餐廳和娛樂設(shè)施,建筑物安全性與穩(wěn)定性需滿足消防和抗震要求,建筑物空間布局需盡可能提升商鋪的實用性和租金收益,采用節(jié)能環(huán)保的材料和設(shè)備,降低建筑物的能耗和維護成本。設(shè)計師在充分開展目標(biāo)分析之后,依據(jù)實際情況,初步明確了采用具有較高承載力和剛度的剪力墻結(jié)構(gòu)作為主要的結(jié)構(gòu)方案,為后續(xù)的工作開展奠定了基礎(chǔ)。

        4.2 開展概念分析,把握建筑要求

        在實際的概念分析時,設(shè)計師需充分考慮以下因素:第一,不同的建筑使用功能不同,對建筑結(jié)構(gòu)的選擇也有所差異;第二,建筑物的規(guī)模和高度對結(jié)構(gòu)形式和材料選擇有很大的影響;第三,設(shè)計師需依據(jù)不同的地質(zhì)條件選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和基礎(chǔ)類型[4]。如商業(yè)建筑和住宅建筑在結(jié)構(gòu)形式和材料的選擇上存在著很大差異性,商業(yè)建筑通常包括商場、酒店、辦公樓等,需具有足夠的空間滿足商業(yè)活動的需要,還需采用具有現(xiàn)代感與美觀感的結(jié)構(gòu)形式和材料突出外部形象的美感,同時需滿足易于改造和升級的要求,因此鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的組合是商業(yè)建筑的首選,而住宅建筑更加關(guān)注建筑使用的安全性與舒適性,磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)更受歡迎。

        4.3 制定設(shè)計方案,明確設(shè)計方向

        制定設(shè)計方案需以概念分析結(jié)果、建筑物實際情況和各種因素為基礎(chǔ)和依據(jù)。首先,設(shè)計師需選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。將建筑需求與墻承重結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、大跨度空間結(jié)構(gòu)、混凝土框架結(jié)構(gòu)、木框架結(jié)構(gòu)、鋼框架結(jié)構(gòu)等基本特征與優(yōu)勢相匹配,選擇適合建筑需求的結(jié)構(gòu)體系,以此提升建筑的安全性。其次,選擇合適的材料。依據(jù)概念分析結(jié)果與承重結(jié)構(gòu)要求選擇鋼材、混凝土、木材等不同的材料。最后,選擇合適的施工工藝與方法,并預(yù)算和控制成本,在確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性和穩(wěn)定性的前提下,對施工工藝與方法及成本進行優(yōu)化[5]。某市492 米高的超高層建筑,作為世界上最高的鋼筋混凝土建筑之一,在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用了概念設(shè)計制定了詳細(xì)的設(shè)計方案。在實際設(shè)計中,設(shè)計師多因素考慮下,決定采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和組合樓板設(shè)計等方案,以增強建筑的穩(wěn)定性和安全性,采用高強度混凝土、鋼材等材料,確保結(jié)構(gòu)的強度和剛度;為更好地提升施工效率、降低成本,明確采用預(yù)制裝配式施工方法、逆作法等,并實時優(yōu)化施工工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,降低實際施工中影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因素出現(xiàn)的風(fēng)險。

        4.4 完善具體設(shè)計,完成圖紙制作

        完善具體設(shè)計與圖紙制作屬于應(yīng)用概念設(shè)計開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的核心環(huán)節(jié)。在實際實施過程中,建筑師需對建筑結(jié)構(gòu)進行全面的分析和計算,不僅需要對結(jié)構(gòu)梁、板、柱、墻等部件的尺寸、形狀、材料、連接方式等進行精準(zhǔn)的計算和設(shè)計,對建筑結(jié)構(gòu)承受的重力、風(fēng)力、地震力等荷載進行分析,還需關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)的彎矩、剪力、軸力等內(nèi)力,同時需根據(jù)內(nèi)力分析與荷載計算結(jié)果,明確建筑結(jié)構(gòu)的配筋種類、直徑、數(shù)量、布置方式等,以此確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。將詳細(xì)的計算與分析結(jié)果在各種施工圖紙、節(jié)點大樣圖、結(jié)構(gòu)剖面圖等施工圖紙上顯示出來,使概念設(shè)計應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)中的最后步驟,需明確表達(dá)概念分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體結(jié)果,同時需以詳細(xì)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進行印證,以確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。詳見圖1。

        圖1 應(yīng)用概念設(shè)計完善具體建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計流程圖

        4.5 進行設(shè)計審查,優(yōu)化施工圖示

        應(yīng)用概念設(shè)計開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計后,需要對設(shè)計方案進行設(shè)計審查,其目的是評估設(shè)計是否符合相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、是否存在安全隱患等。在設(shè)計審查的過程中,需著重從以下幾個方面進行:第一,評估建筑結(jié)構(gòu)、建筑抗震設(shè)計等是否滿足國家及地方的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,如果不符合相關(guān)規(guī)范,需進行針對性調(diào)整和修改;第二,審查結(jié)構(gòu)體系是否具備足夠的承載力和穩(wěn)定性,構(gòu)件設(shè)計是否切實符合施工難度和使用要求;第三,檢驗結(jié)構(gòu)計算分析的準(zhǔn)確性,采用合適的計算模型與方法,對各種負(fù)荷工況與組合方式進行重新審核;第四,審核構(gòu)件措施的可靠性,注重細(xì)節(jié)問題確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。此外,還需對施工圖進行完善,針對出現(xiàn)的審查問題進行針對性修改,并關(guān)注細(xì)節(jié)處理,以提升其指導(dǎo)實際施工的準(zhǔn)確性,滿足建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量要求。

        5 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用措施

        5.1 增強結(jié)構(gòu)體系概念,考慮結(jié)構(gòu)耐久性

        建筑結(jié)構(gòu)體系是結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心,增強結(jié)構(gòu)體系概念是發(fā)展概念設(shè)計的關(guān)鍵。在應(yīng)用概念設(shè)計開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中,設(shè)計師需深入理解不同結(jié)構(gòu)體系的性能和適用條件,結(jié)合具體的建筑工程實際需求進行合理選擇和應(yīng)用,與此同時,加強結(jié)構(gòu)體系概念設(shè)計,從整體性能和安全性角度出發(fā)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量進行嚴(yán)格把控,以此確保建筑物充分發(fā)揮其功能,如選擇結(jié)構(gòu)體系時,采用對抗震有利的建筑平面、立面布置,在不影響建筑使用需求的位置設(shè)置防震縫,且寬度取值應(yīng)比規(guī)范規(guī)定值大50㎜,以免在地震中的發(fā)生碰撞。

        5.2 強化概念設(shè)計意識,建立概念設(shè)計規(guī)范

        強化概念設(shè)計意識是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)在要求。實際應(yīng)用中,設(shè)計師需樹立概念設(shè)計應(yīng)用意識,充分認(rèn)識到其對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要價值,與相關(guān)專業(yè)人員加強溝通和協(xié)同的同時,采用整體思維和創(chuàng)造性思維,將概念設(shè)計貫徹到整個設(shè)計中。概念結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范是發(fā)展概念設(shè)計的重要保障,也是設(shè)計師應(yīng)用的基本準(zhǔn)則,通過制定相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),明確概念設(shè)計原則與方法,將引導(dǎo)設(shè)計師在實踐中更合理地運用概念設(shè)計開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

        5.3 提升設(shè)計師綜合素養(yǎng),奠定人才基礎(chǔ)

        在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用概念設(shè)計,涉及多個方面和環(huán)節(jié),設(shè)計師作為其中關(guān)鍵的參與者,其綜合素養(yǎng)將直接影響到概念設(shè)計實際應(yīng)用質(zhì)量和效率,因此,設(shè)計師的培訓(xùn)與能力提升是建筑企業(yè)不容忽視的一個環(huán)節(jié)。一方面,建筑企業(yè)需提升設(shè)計師對概念設(shè)計知識體系的完善,搜集整理相關(guān)內(nèi)容和案例加快設(shè)計師的經(jīng)驗積累,提升其專業(yè)能力,另一方面培養(yǎng)設(shè)計師的創(chuàng)新意識、全局觀念,采用研討會、交流會、講座等方式,循序漸進培養(yǎng)設(shè)計師的創(chuàng)新意識和能力,促使其能用自身知識體系,開展概念設(shè)計應(yīng)用工作,同時提升其全局意識,兼顧建筑結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟性、美觀性等,從整體角度出發(fā)進行設(shè)計。

        6 結(jié)論

        目前,概念設(shè)計已經(jīng)成為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中不可或缺的一個環(huán)節(jié),對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量提升和建筑工程的順利進行起到了重要作用。在實際應(yīng)用概念設(shè)計開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,設(shè)計師需樹立全局意識、整體觀念,明確設(shè)計要求,開展概念分析,制定設(shè)計方案,完善具體設(shè)計,并進行設(shè)計審查,以此提升建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性,確保建筑使用的質(zhì)量。

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