概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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摘要：概念設(shè)計(jì)在越來(lái)越多的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，本文通過(guò)闡述概念設(shè)計(jì)的涵義，以期對(duì)概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，進(jìn)而獲取概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要意義和研究?jī)r(jià)值。

關(guān)鍵詞：建筑 概念設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 前 言  隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及人民生活水平的提高，建筑工程項(xiàng)目的規(guī)模越來(lái)越大、技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜、設(shè)計(jì)涉及的影響因素越來(lái)越多，特別是建筑設(shè)計(jì)、施工、使用中的不確定性，對(duì)建筑設(shè)計(jì)提出了更高的要求。概念設(shè)計(jì)的思想、方法、手段、理論為解決上述問(wèn)題提供了一個(gè)可行的、科學(xué)的、有效的技術(shù)平臺(tái)，也為處理工程設(shè)計(jì)中的不確定性影響因素提供了先進(jìn)的手段。因此，從概念設(shè)計(jì)的理念入手，分析概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用具有重要的研究?jī)r(jià)值。 一、 概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的涵義 1、概念設(shè)計(jì)的概念 概念設(shè)計(jì)是指在建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)初期，工程設(shè)計(jì)師依據(jù)已知設(shè)計(jì)理論結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，從宏觀的角度對(duì)建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行概念性的分析估算和比較選擇，通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的總體布局和布置必要的抗震措施，以實(shí)現(xiàn)合理設(shè)計(jì)的目標(biāo)。所得方案往往概念清晰，定性正確，易于手算，避免后期設(shè)計(jì)階段中不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的經(jīng)濟(jì)可靠性能，同時(shí)，也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的重要依據(jù)。 2、概念設(shè)計(jì)的步驟 概念設(shè)計(jì)階段是由不斷趨于滿(mǎn)意的循環(huán)過(guò)程構(gòu)成的，其過(guò)程可分為以下三個(gè)階段：   (1)分析:對(duì)問(wèn)題過(guò)程進(jìn)行深入理解。其主要特點(diǎn)是信息模糊性，在分析的過(guò)程中，數(shù)據(jù)都是不完整的，以及一些可供設(shè)計(jì)人使用的都是一些較為準(zhǔn)確的陳述。    (2)綜合:即產(chǎn)生解決方案的過(guò)程。在這個(gè)階段，運(yùn)用各種知識(shí)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)將想法方案通過(guò)圖紙的方式綜合表達(dá)出來(lái)，其特點(diǎn)主要是由工程師的靈感和思維起主導(dǎo)作用，從而將建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)意圖的圖形表達(dá)方式產(chǎn)生出來(lái)。 (3)評(píng)估:即判斷和比較選擇方案的階段。這是一個(gè)選擇循環(huán)的過(guò)程，該循環(huán)過(guò)程會(huì)一直持續(xù)直到方案達(dá)到雙方滿(mǎn)意為止。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行評(píng)估時(shí)，會(huì)用功能模型方式并運(yùn)用數(shù)據(jù)計(jì)算等手段將各方案進(jìn)行比對(duì)選擇，以期獲取合理的經(jīng)濟(jì)可行性和技術(shù)可行性。 二、概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)合理是概念設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。因此一個(gè)適用的、經(jīng)濟(jì)的、合理的結(jié)構(gòu)方案是概念設(shè)計(jì)的首要選擇，這其中所必須考慮的因素包括： 1、 合理選擇利于建設(shè)的建筑場(chǎng)地 建筑場(chǎng)地的選擇時(shí)設(shè)計(jì)的首要必經(jīng)階段，一個(gè)合理的利于項(xiàng)目建設(shè)的場(chǎng)地對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)后期階段起到重要的作用。建筑場(chǎng)地的選擇首先應(yīng)遵循這幾個(gè)基本要素：建筑退界、防護(hù)距離、防火間距、日照間距、防噪間距、建筑高度控制、通視要求、現(xiàn)有地形分析等。同時(shí)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系中，建設(shè)的場(chǎng)地應(yīng)盡量選擇有利于抗震的地點(diǎn)，盡量避免在不利于抗震的危險(xiǎn)地段建造建筑，如果實(shí)在無(wú)法避免，也應(yīng)采取有效措施盡量減少和消除不利影響，一般在初步設(shè)計(jì)前就要進(jìn)行勘探和選址。 2、 合理選擇建筑基礎(chǔ) 完成建筑場(chǎng)地的選擇后，再根據(jù)不同建筑的地形特征和結(jié)構(gòu)形式選擇合理的建筑基礎(chǔ)。一般常包括有樁基礎(chǔ)，箱形基礎(chǔ)和筏形基礎(chǔ)這三種建筑基礎(chǔ)形式。 (1)樁地基：普遍應(yīng)用于地質(zhì)松軟并且負(fù)載較大的多層建筑結(jié)構(gòu)。使用天然地基無(wú)法足夠承載時(shí)，而采用樁地基可將荷載由上部結(jié)構(gòu)傳送到下部堅(jiān)實(shí)的持力層。 (2)箱形基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)廣泛應(yīng)用于高層建筑中，其整體剛度適當(dāng)，可以將荷載通過(guò)上部結(jié)構(gòu)均勻地傳至下部基礎(chǔ)中，從而使結(jié)構(gòu)組成良好地得以嵌固，并且降低了箱基不均勻沉降的問(wèn)題，增強(qiáng)了建筑物的抗震抗災(zāi)承受力。 (3)筏形基礎(chǔ)。該基礎(chǔ)適用于低承載力地基、大荷載上部結(jié)構(gòu)的建筑工程。其特點(diǎn)是剛度大結(jié)構(gòu)整體良好，可以將上部結(jié)構(gòu)的超荷載有效地進(jìn)行分散從而將基地的壓力有效的調(diào)整并解決不均勻沉降的問(wèn)題。 3、 合理選擇結(jié)構(gòu)規(guī)則和對(duì)稱(chēng)的建筑主體 主體建筑結(jié)構(gòu)選擇必須合理、簡(jiǎn)單和對(duì)稱(chēng)，布局合理的結(jié)構(gòu)可減小扭轉(zhuǎn)力，穩(wěn)定非結(jié)構(gòu)件工作狀態(tài)，降低耗材成本。通常建筑結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)是指抗側(cè)力主體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)，可選擇較容易對(duì)稱(chēng)的平面結(jié)構(gòu)如簡(jiǎn)體框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。另外，建筑內(nèi)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)亦需要結(jié)合建筑平面工程對(duì)其進(jìn)行合理布置。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱(chēng)的方法可通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)剛心、建筑物質(zhì)心及平面形心的距離，使三者盡可能靠近。 4、 合理設(shè)計(jì)抗震抗災(zāi)防線 作為一個(gè)建筑最基本的要求就是必須具備良好的抗震和重力承載的能力。設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)計(jì)多道抗震防線避免和消耗地震發(fā)生時(shí)的破壞性?？梢圆捎眠m當(dāng)?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)動(dòng)力來(lái)減輕建筑物受震動(dòng)時(shí)破壞程度。若建筑結(jié)構(gòu)遭受強(qiáng)烈震動(dòng)的時(shí)候，通過(guò)贅余桿件的變形和屈服可以耗散地震的能量，同時(shí)可使贅余桿件停止工作從而將避開(kāi)共振效應(yīng)，使整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)過(guò)渡到另一種穩(wěn)定的體系。 5、 合理選擇結(jié)構(gòu)剛度 設(shè)計(jì)中選擇的建筑結(jié)構(gòu)必須具備一個(gè)適當(dāng)合理的剛度，同時(shí)也是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不可忽略的指標(biāo)之一。選擇合理的結(jié)構(gòu)剛度，可加長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的基本自振周期，從而減小地震作用的危害。合理的結(jié)構(gòu)剛度，主體承受的水平力，傾覆彎矩，地基基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)都能有效的減少，從而配置合理數(shù)量的建筑構(gòu)造材料，減少耗材。同時(shí)，合理的主體結(jié)構(gòu)剛度，可有效減少結(jié)構(gòu)占用空間，提高建筑平面的利用率，做到既經(jīng)濟(jì)又合理。 6、 合理選用計(jì)算簡(jiǎn)圖 計(jì)算簡(jiǎn)圖是概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的基礎(chǔ)，選擇合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖可以保證建筑的安全和穩(wěn)定，否則，不當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖可能引發(fā)安全事故的隱患及發(fā)生。設(shè)計(jì)合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖的同時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)同時(shí)提供構(gòu)造措施進(jìn)行相應(yīng)的保證。 三、概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的意義 1、采用概念設(shè)計(jì)有效彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)能力的不足 在方案設(shè)計(jì)的階段，工程師采用概念設(shè)計(jì)可彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)初步設(shè)計(jì)能力不足的問(wèn)題，運(yùn)用自身掌握的能力選擇成本低廉、結(jié)構(gòu)合理、效果明顯的方案。 2、采用概念設(shè)計(jì)更具創(chuàng)新性     目前，工程師在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還停留在循規(guī)蹈矩的參照過(guò)往設(shè)計(jì)、依賴(lài)規(guī)范手冊(cè)及應(yīng)用計(jì)算機(jī)設(shè)定程序進(jìn)行傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方式，造成設(shè)計(jì)方案新意不足。采用概念設(shè)計(jì)，工程師可利用已知理論結(jié)合自身積累的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，展現(xiàn)個(gè)人先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，從而使設(shè)計(jì)方案更具創(chuàng)意和新意。 3、采用概念設(shè)計(jì)可提高設(shè)計(jì)水平     采用概念設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)工程師的設(shè)計(jì)水平，它以正確的設(shè)計(jì)原則為依托，解決設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)水平。同時(shí)利用概念設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，可以準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題癥結(jié)，使最終電算結(jié)果的判斷更具可靠性。 4、采用概念設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)方案更為合理 在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，采用概念設(shè)計(jì)可以有效地構(gòu)思結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)行對(duì)比并做出最終選擇。最終的設(shè)計(jì)方案具有清晰的思路、正確的定性等優(yōu)點(diǎn)，更為凸顯了概念設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、可靠的性能和特點(diǎn)，避免了設(shè)計(jì)后期階段產(chǎn)生不必要的繁瑣運(yùn)算。 結(jié) 語(yǔ) 概念設(shè)計(jì)運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新思路是滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的必要產(chǎn)物，概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用必須在設(shè)計(jì)方案中體現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系的合理性。隨著概念設(shè)計(jì)的廣泛應(yīng)用，概念設(shè)計(jì)越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)被更多的工程師所發(fā)現(xiàn)和接受，并將成為今后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主流思想。因此，研究建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)對(duì)今后建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展是具有深遠(yuǎn)意義的，這就需要建筑設(shè)計(jì)師不斷探索和學(xué)習(xí)，為建筑設(shè)計(jì)做出更大的貢獻(xiàn)。 參考文獻(xiàn) [1] 林同炎.結(jié)構(gòu)概念和體系[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社 [2] 高立人，土躍.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新思路一概念設(shè)計(jì)團(tuán).工業(yè)建筑，1999, 29(1): 20-21. 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