建筑結構設計中的概念設計及結構措施

羅成　康才東

摘要：隨著經濟的發展，我國的中高層建筑也向著高而復雜的趨勢發展，從而產生了越來越多的高層、超高層及一些體型不規則的高層建筑物。這種發展趨勢造成了建筑師更加追求建筑物的外部體型，從而忽略了建筑物結構體系的概念，使建筑師和結構師在建筑結構設計創造方面產生了極大的矛盾和沖突。多次地震災害中房屋的破壞情況均表明：多數建筑物倒塌的主要原因并不是施工的原因，而是由于設計師在設計時對建筑物的結構體系的概念不清楚，設計不合理，從而導致建筑物在地震的作用下產生嚴重破壞。

關鍵詞：建筑結構;結構體系;概念設計

引言

在建筑設計中，先進的概念設計起到的作用至關重要，可以平衡建筑的經濟性、功能性與美觀性。為進一步完善建筑體系的結構設計，應基于概念設計大力改進、創新結構措施，及時探索出最理想的結構設計方法，進而有機融合概念與結構設計，充分提升建筑水平。

1概念設計的基本概念

1.1概念設計的內涵

在概念設計的最初應用中，建筑師根據設計概念評估建筑設計計劃，并參考過去的實踐經驗，比較和分析概念設計，從宏觀層面上控制建筑結構的形狀，參照比較結果執行建筑結構設計方案，并調整和實施所需的隔振設置，以實現最佳設計效果。概念設計對建筑設計有很大影響，例如資本投資、施工時間和安全問題。對概念設計的巧妙運用使最終的結構設計計劃更加科學、合理、安全和可靠，還能有效減少估算和計算錯誤，改善架構設計的經濟性和合理性。

1.2概念設計的實施步驟

設計特定應用程序概念的過程本質上是逐步重復整個過程的優化過程。通常，概念設計分為四個主要階段：分析階段、綜合階段、評估階段、完成階段。在繼續進行下一階段之前，每個步驟都必須達到預期的目標。如果在任一階段發現計劃中有不合理的部分，則需要重新實施設計、計算和評估，直到達到目標為止。具體分析以下四個步驟：①分析階段。在此階段收集建筑物結構設計問題，并對這些問題進行分析和解決。分析階段的主要特征是所收集的數據和信息模棱兩可，分析后可以將各種信息最大化。②綜合階段。綜合階段是概念設計的最重要階段。在這個階段概念設計師利用自身經驗和專業知識來制定設計計劃，然后以圖紙的形式展示設計計劃。綜合階段的設計實質上是用來以具體形式顯示和處理建筑設計師相對抽象的設計概念，這是概念設計中的關鍵環節。③評估階段。在此階段將對設計計劃進行專業評估，并評估其可行性，這項工作是周期性的，在計劃達到標準后可以開始下一步工作。在評估設計計劃時，首先要創建一個功能模型，然后使用各種公式對每個計劃進行比較和分析，最后選擇一個經濟、合理、安全、可靠的設計計劃。④完成階段。此階段主要根據已定義的建筑結構設計計劃來執行相關工作，以減少后續的冗余設計工作。

2結構體系概念設計的整體性

2.1受力平衡的角度

從受力平衡的角度分析，高層建筑物在自重、豎向荷載和水平荷載的合力作用下，可以使建筑物自身達到受力平衡。但是，隨著水平荷載作用的增大或者變化，例如，地震作用、風荷載等，必定會導致建筑物產生整體傾覆轉動。根據大量數據表明：只要控制建筑物偏心距不超過某一特定數值，建筑物的自重就能夠保證它的整體傾覆穩定性。因此，我們在進行建筑結構方案設計時就要考慮這一因素，合理控制建筑物的偏心距。對于非規則性的建筑物，由于其結構體系的非對稱性，在抵抗水平荷載作用下的建筑物就比較容易發生扭轉現象。因此，在進行建筑外觀設計時，我們應該遵循均勻、規則、對稱的原則，從結構體系的整體概念上減少建筑物發生扭轉傾覆的概率。

2.2力的傳遞角度

從力的傳遞角度分析，我們可以把建筑物看成一個整體的空間受力結構，建筑物的內外墻、梁柱、樓蓋、屋蓋等構件不僅是建筑物空間的分隔構件，又是建筑物的結構體系的一部分，從而保證整個結構能夠有效的承擔水平荷載和豎向荷載并按照明確的路線傳至基礎。把整個建筑物分為水平結構體系和豎向結構體系兩個分結構體系，兩者相互協同工作。水平結構體系主要有梁構件、板構件和梁板組合構件，主要承受豎向荷載和水平荷載，并把所受荷載傳遞分配到豎向結構體系。

2.3結構體系的協同工作

建筑物中的水平結構體系和豎向結構體系是通過相互連接協同工作的。在現澆鋼筋混凝土建筑中，施工時把水平結構體系中的梁構件和板構件一同澆筑，形成了“T形梁”的梁板組合結構共同抵抗彎矩。水平結構體系中的梁構件和豎向結構體系中的柱構件剛接形成為框架結構體系，共同抵抗側向力。由水平結構體系的梁、板構件與豎向結構體系的柱、墻構件共同組成框架-剪力墻空間結構體系，可以更好地抵抗兩個方向的側向力。由鋼筋混凝土剪力墻澆筑而成的電梯間、樓梯間及其他豎向的設備管道，能夠組成剛性的井筒結構，可以承受豎向荷載，同時更好地抵抗水平荷載?？偨Y構體系和水平分結構體系、豎向分結構體系相互關聯、相互影響。把建筑物看成一個總結構體系，提出細部設計要求，選擇合理的結構體系，使水平荷載和豎向荷載通過分結構體系的相互作用傳遞到建筑物的基礎上。分結構體系的合理設計和分結構體系之間的合理組合會使總結構體系受力更加明確合理，各分結構體系的合理布置能夠增大建筑物的整體抵抗側向力和側移的能力。

3結構設計的主要措施

3.1科學選取建筑場地

在選擇建筑工地時，必須選擇具有最高抗震性能的區域，同一棟建筑物的不同建筑工地的抗震特性差異很大，對整體結構的影響也很大。在地震影響下，要考慮基礎結構遭遇適當損壞的可能性，并結合適當的施工計劃和經濟原理，進一步弄清相應的結構形式和基礎計劃。由于采用了這種方法，整個結構的抗震特性和可塑性可以大大提高。

3.2科學合理的選擇結構材料

首先，在選擇鋼材和混凝土的過程中，要結合特定的標準選擇強度更高的模型。通常，混凝土的強度等級不應低于C25。為了對結構元件進行縱向加固，必須使用強度更高的鋼筋，例如HRB400鋼筋。其次，要根據具體情況，選擇更科學合理的新型建筑材料，例如鋼筋混凝土材料。在建筑的建造過程中，通常使用鋼筋混凝土材料。它是一種新型的建筑材料，可以將鋼材和混凝土有效結合在一起，并相互補充，從而發揮出更大的建筑作用，這種材料使建筑物穩定而堅固。其具體優勢體現在以下兩個方面：①內層混凝土可以更有效地支撐外層鋼管，從而使兩者的優勢相互補充，完美匹配，同時也充分發揮了它們的優勢，顯著提高了它們的承載能力;②外鋼管可以有效地控制內混凝土，從而進一步提高混凝土的強度，可以大大減小變形概率。鋼筋混凝土結構進一步增加了建筑結構的抗震性能，并為超高底柱的軸向壓縮比有限的問題提供了有效的解決方案。

4概念設計在建筑結構設計中的應用

4.1科學選擇建筑結構剛度

在建筑領域的各種指標中，建筑結構的剛度是非常重要的元素，并且在建筑結構的設計中起著非常重要的作用，因此必須選擇科學合理的建筑剛度。同時，科學合理地選擇建筑物剛度對于有效增加建筑物的自然振動周期和抗震性能具有特殊的影響和意義。另外，良好的剛性還可以相應地提高空間利用率，節省建筑材料等，從而可以更充分、更有效地利用建筑計劃，并可以有效優化建筑結構。

4.2科學選擇建筑主體結構

合理性和對稱性是設計建筑結構時要遵循的基本原則。該原理可有效減少建筑材料的使用，節省建筑材料，確保建筑結構中非結構部件的良好安全性和穩定性，并降低建筑結構的扭轉力。建筑結構對稱的特征是整個或部分建筑結構內的相互對應和統一，在特定的設計階段，為確保建筑物結構的對稱性，可以對建筑物質心或平面重心的實際距離進行合理調整，并有效調整重心，從而確保建筑結構的對稱性。

4.3基于場地情況選擇建筑基礎結構

在選定的開發區域中進行調查和設計時，應根據建筑物的形狀和該區域的地形對建筑物的基礎進行科學合理的選擇。建筑基礎通常包括樁基礎和箱基礎，箱形基礎具有良好的整體剛度，可以均勻分解并將載荷轉移到基礎上，從而提供更安全、更穩定的建筑物，并防止由于不均勻力而導致基礎發生沉降，這樣可以有效提高建筑物的抗震性能。樁基礎是建筑物基礎結構的另一種形式，通常在地面較軟或荷載相對較差的多層建筑物中，這種基礎結構可以將頂部產生的負載傳遞到底部，并將其分配到土壤上，從而確保建筑物的安全性、穩定性和可靠性。

4.4結構設計中提高材料利用率

在結構設計階段，結構措施在設計師的工作中起著重要的支持作用，提供了更完整的結構設計以及有效執行了與結構活動有關的工作能力。在設計階段，結構措施的關鍵作用是有效協調設計師的設計工作。在施工和設計工作中，可以充分保證建筑結構的穩定性，并可以有效提高建筑材料的利用率。另外，設計師必須在保證設計效果的前提下減少材料重量和材料成本，使設計工作能夠順利進行。例如具有矩形橫截面的壓縮構件利用率低，這是因為梁在特定的施工階段更容易改變，并且材料利用率不足，而通過概念設計和結構分析，可以對梁截面的變形梯度進行科學合理的改變和調整，從而在軸向力不確定的情況下可以顯著提高材料的利用率。

結束語

從以上討論可以明顯看出，在建筑結構設計中要確保結構設計計算結果的有效性和可靠性。另外，建筑物的實際建筑過程也應更加高效，以確保概念設計與結構設計充分互補并發揮應有的作用，從而使概念設計和結構措施協同工作，以構建更加科學、完整的建筑結構體系，達到節省建筑原材料的目標。

參考文獻：

[1]呂清海.概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用[J].建材與裝飾，2017（16）.

[2]陳立新.探索概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用[J].居舍，2019（14）.

[3]李林.分析建筑結構設計過程中的概念設計及結構措施關鍵研究[J].智能城市，2019，5（13）.

[4]王少嶠.概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用方法探討[J].建材與裝飾，2020（18）.

[5]梁明釗.探討建筑結構設計過程中的概念設計及結構措施[J].中國新技術新產品，2014（12）.

[6]康元五.探究海綿城市理念在市政給排水設計中的應用實踐[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2021（10）：173-175.

[7]陶義.市政道路工程給排水管道施工質量制約及預防研究[J].建材與裝飾，2020（06）：270-271.