概念设计在建筑结构设计中的应用

沈智锋

摘要：概念设计一直在我们耳边响起，因为现在概念设计已经慢慢地深入到我们的工作和生活之中，除此之外建筑工程行业是我国重要经济增长行业，概念设计是建筑工程领域中经常要涉及到的。所以加强对概念设计技术使用的分析探讨，对确保建筑工程质量和提高建筑师和结构师的专业能力有着重要意义。

关键词：概念设计；建筑结构；设计

一、前言

概念设计对建筑结构设计的意义重大，它能使建筑结构设计的方案更完美、更具有创新性，而且利用概念设计还可以判断电算结果的可靠性和弥补计算机设计所带来的不足。概念设计需要我们认真探讨，在下文中将进行详尽的介绍。

二、概念设计的定义

概念设计是指不经数值计算，尤其在一些难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。

概念设计必须有理论基础知识作为行动准则。离开理论基础知识的指导，结构设计就会由客观设计变成主观设计。同时，概念设计也要依靠先进的设计工具，多方面的分析设计方案的合理性，并与理论基础知识结合并用，让结构总体系与各个分体系的工作原理和力学性质及构造处理原则相互融合。

在建筑设计的方案阶段，从总体出发，采用概念性近似计算方法，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较和选择。这种方法虽有一定误差，但概念清楚、定性准确、手算简单快捷，能很快选择出最佳方案，具有较好的经济、可靠性能，同时也是施工图设计阶段判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

三、概念设计在建筑结构设计中重要性

1、概念設计在建筑结构设计中的具体含义

在建筑结构设计中，概念设计是指在建筑结构总体方案设计的最开始，就运用已有的正确知识去处理建筑结构设计中将会遇到的问题，比如：结构体系、房屋体形、刚度分布等等。概念设计是工程师运用自己的思维判断力，根据结构抗震原则，从宏观上对建筑设计方案进行评价、鉴别、选择，再通过必要的和构造措施消除建筑物抗震的薄弱环节，以实现合理设计目标。要做好概念设计，工程师必须清楚的了解结构抗震特点，抓住要点，用正确的概念来指导概念设计。

2、概念设计对于建筑结构设计的意义

（1）运用概念设计得到的方案更加完美。概念设计可以在建筑设计的方案阶段有效地对结构体系进行构思、比较并最终做出选择。由概念设计所得到的方案往往概念清晰、定性正确，这不仅能避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，而且也使概念设计具有较好的经济可靠性能。

（2）概念设计具有强烈的创新性。一般来说，概念设计做得较好的工程师，其结构概念将随他实践的积累越来越丰富，设计成果也越来完善。但是，随着社会分工更细，很多结构工程师还停留在只知道依赖规范、参照设计手册、应用计算机程序做习惯性传统设计的阶段，这样做出来的设计缺乏创新。因此，要展现先进的设计思想，就必须引进结构设计概念。

（3）利于概念设计可判断电算结果可靠性。我们知道掌握好概念设计一方面可以保证正确的设计原则，另一方面也可以解决设计中出现的问题以提高设计水平。而且，当发现设计中出现了技术问题时，可以利用概念设计来分析原因，找到问题的症结所在，这个方法尤其适用于判断电算结果。

（4）弥补计算机设计不足。概念设计的重要性还体现在方案设计的阶段，计算机不能完成初步设计过程，这时就需要结构工程师综合运用自身掌握的结构概念，选择造价最低、效果最好的结构方案。

3、概念设计的一般性原则

建筑结构设计主要可分为基础设计、主体设计及附属构件设计三大类。一提到基础设计，我想所有的结构设计工作者都会重视。通常基础设计的工作量及工程造价约占总工程量的20%～40%。基础设计即便是出了一点点小问题，那么也会对整个建筑物的安全造成重大影响。基础设计主要设计依据是工程地质勘查资料，而我们的基础设计也是根据地质勘查资料所提供的土的类别、性质等等相关参数进行设计的。基础设计应根据上部主体结构形式、荷载分布情况、相邻建筑物、构筑物的影响以及施工条件等多方面因素进行综合分析，选择经济合理的基础形式，并应将基础设计在能最大限度地发挥地基潜力的土层上。但对于不熟悉的地域的基础设计，建议还应多参考当地或相近地域其他建筑的地质工程报告，以便综合分析，合理确定基础方案。

四、概念设计在建筑结构设计中的应用

1、场地条件和基础选型。在建筑结构设计体系中，应尽量选择有利于抗震的场地，尽量避免在不利于抗震的危险地段建造建筑物。如果实在无法避，也应采取有效的措施尽量减少和消除不利影响，一般在初步设计前就要进行地质勘探和建筑物的选址工作。

2、选择和布置结构体系。众所周知，在结构体系的布置中，构件的强弱关系非常重要。也就是说，在建筑结构中，柱子倒了梁必然会倒；但是梁倒了，柱子是可以不倒的，可见柱子的重要性比梁大。在建筑设计中，为了保证柱子是在最后失效，结构设计师往往故意把梁设计成相对薄弱的环节，以最大限度减少可能出现的损失，这就是所说的“强柱弱梁”的概念。如图1.建筑概念设计

3、选用结构计算分析原则及程序

在进行结构内力分析和位移计算时，内力和位移按弹性方法计算，截面设计可采用塑性理论，分析模型、简化处理和计算假定均应符合或接近结构的实际工作情况。如果楼板设有较大开洞，那么就应考虑楼板的弹性变形，这一点在选用结构分析程序时应特别注意，否则计算结果会因误差太大而不能使用。

4、布置外形尺寸及结构面

结构平面布置应尽量简单、规则和对称，使结构的刚度中心与质量中心重合，以减小扭转，避免刚度突变和出现薄弱层的情况。如果建筑设计有抗震要求，结构的承载力和刚度宜自上而下递增，如果上下层结构布置发生变化，便要设置结构转换层。

五、如何正确的进行概念设计

1、正确分析电算结果

随着计算机技术的提高和广泛应用，在结构设计中越来越多的采用计算机技术。但是由于软件种类繁多，不同的软件也是存在着很大的差异，这样计算结果往往不相同。由于软件本身的缺陷，因此计算结果可能不正确，设计师要凭着自己过硬的专业知识和经验，在拿到电算结果时进行认真分析，做出合理判断。

2、设计多道抗震防线

当建筑结构受到强烈震动时，可以利用赘余杆件的变形和屈服来耗散地震能量，同时还可以利用赘余杆件的退出工作使整个建筑结构过渡到另一种稳定体系，以避开共振效应。这种通过适当控制结构动力来减轻建筑物受震动时的破坏程度的方法是对付高烈度地震有效方法。

3、合理选择结构方案

概念设计的最终目标是要使设计方案经济、合理并且适用。因此，概念设计首先必须选择一个经济合理的结构方案，或者说选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应该明确总体布置、抗震点分析、应力等各个方面，同一结构单元不应混用不同结构体系。

4、合理选用计算简图

作为结构计算的基础，选择恰当的计算简图是保证结构安全的重要条件，计算简图的选用不当将导致结构安全事故的发生。因此，设计师要选择合理的计算简图，并且提供相应的构造措施来保证。

结束语

随着人们对建筑设计要求不断提高，概念设计也得到了越来越多建筑领域工作者的重视，而在市场竞争日趋激烈的背景下，建筑行业为了自身的发展壮大，一定会将自己的好的强大的一面充分展现出来，概念设计将会发挥着越来越重要的作用。

参考文献：

[1]高鹏，乔可义.重视概念设计，提高建筑结构设计的质量[J].2011（3）

[2]隋翔宇.工业建筑中的结构概念设计[J].山西建筑，2011（4）

[3]刘志伟；张晓新；；建筑结构设计与概念设计[J]；科技创新与应用；2012年15期