民用建筑主体结构概念设计剖析

李飞

摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，使得对建筑结构设计的要求越来越高。随着概念设计的广泛应用，概念设计将成为今后结构设计的主流思想，因此，研究建筑结构的概念设计对今后建筑设计的发展是具有深远意义的。下文主要研究了民用建筑主体结构概念设计。

关键词：民用建筑；主体结构设计；概念设计

前言

一个成功的结构设计需要力学计算与概念设计相互融合，才能共同构成。当今高速发展的民用建筑市场，催生了很多体型新颖、造型各异的建筑。同时也对结构设计者的概念设计提出了更高的要求，也越来越受到国内工程界结构设计者的重视。

一、结构设计与概念设计的关系

概念设计是建立在个人经验基础之上，从宏观的角度出发，对建筑结构进行合理的设计的方法。那么与概念相对而言的就是结构设计，结构设计实际上就是概念设计的一个相反过程，要以整体要求为主，结合力学以及各种数据原理进行定量设计，具体内容有内力、配筋以及稳定性等方面。定形设计则是根据规定的构造与概念设计有着密切联系。如果采用的概念设计合理，那么建筑整体性能就会有所保障，反之，建筑物的性能则会受到影响。现阶段，概念设计是一种非常先进的理论和思想，结构工程师工作的最终目的就是要在建筑空间明确的前提下，采用整体概念对建筑结构进行设计，使建筑构件、建筑结构之间以及建筑结构本身之间建立其一种和谐平衡的关系，但是实际的情况中，结构设计以及计算理论还具有一定的缺陷，比如：混凝土结构的设计中，内力计算式是以弹性理论为基础的，而截面设计是根据塑性理论为基础的，那么这样一来，计算本身就产生了分歧，计算结果与实际情况之间必然存在很大区别。这样的问题，就需要采用更加优秀的概念设计进行补充。另外，现代的建筑结构设计中对于计算机的依赖性太大，计算结果往往没有进行科学的分析研究，设计的时候不能够借助计算机进行设计，这就要求设计人员要根据自身的专业素质，工作经验全面的进行分析整合，做到低成本、可行性与可靠性相结合，概念设计与结构设计相互结合，这样才能够更好的实现以上所述。

二、概念设计的重要性分析

现如今，随着我国经济的发展以及建筑行业的不断进步，使得概念设计在当今飞速发展的建筑业中所起的作用日益明显，无论在设计者的施工图设计阶段或者在方案设计阶段，分析如下：

（1）施工图设计阶段，一个熟练掌握概念设计的设计者可以在结构设计中充分展现先进的抗震设计理念，既能使让结构体系满足抗震设防要求，又能使结构造价经济合理，在二者之间取得很好的平衡。这样的结构设计作品既满足业主对建筑造型奇特、体型新颖的要求，又能取得较好的经济性，具有很好的市场效应和社会效应。反过来说，如果设计者仅会死扣规范的数字指标，机械式采用计算机程序计算结果，从表面看其结构设计作品中多遇地震下的计算结果满足规范的指标要求，但结构中的某些构件的应力水平明显高于其他构件，在罕遇地震下，这些构件会首先屈服，严重时引起结构倒塌。所以需要概念设计与延性构造来弥补这些缺陷。

（2）方案设计阶段由于结构设计者要不进行计算机电算的前提下，为建筑设计者提供结构抗侧力构件的布置及配合建筑设计者进行建筑物平面尺寸、立面层高等参数确定，这样必然要求结构设计者熟练运用基本原理和方法进行概念设计。如果不能具备概念设计能力，不仅耽误了设计工期，而且由于方案设计阶段很多未知条件的不确定性和建筑方案会经常修改，导致结构设计者不能有效进行结构体系的比较与选择，容易给后期施工图设计带来大量的修改工作量。随着计算机的广泛应用，人们对计算机分析结果给予过高的信任。计算机分析结果在数学上是正确的，但如果采用了不合适的假设前提和假定模型，其结果是不可信的（包括有限元分析）。对于某些工程情况规范难以界定时，需要应用结构力学概念进行判定分析，而不应仅仅依靠软件计算结果作为设计依据。有限元分析需要对模型进行合适的简化与抽象，确定材料的本构关系，边界条件等都需要建立在概念性分析的基础上。由此可见概念设计在方案设计阶段的重要性。

三、高层民用建筑设计中的应用与分析

1.概念设计在建筑设计中有很多具体的应用。现代建筑多功能使用，往往会出现体系不同，柱网不同、大空间、跃层或错层。结构设计不能将复杂的结构受力完全准确的反映出来。需要概念设计将复杂问题简单化，抓住主要矛盾和关键点，进行定性与定量分析。如图所示项目，建筑功能均为商业，28层主体与4层裙房，除中间交通连通外，其余部分均为大开洞。

若裙房与主体连通设计，存在以下问题：1、开大洞平面不规则；2、主楼与裙房偏心；3、主楼与裙房连接处按刚接设计，平面仍为弱连接，不利于抗震水平力传递。通过概念分析，简化设计问题裙房与主体脱缝设计。由于功能需要，连通部分不能布置竖向构件，通过两边向中间悬挑或者主楼脱缝处设柱与裙房连接。

2.在框架-剪力墙的初步方案设计时，剪力墙是主要的抗侧力构件，如何有效的进行剪力墙平面布置是需要概念设计的。如果没有概念设计的思路指引，只是一味的硬套规范条文或设计手册，所做剪力墙布置的容易存在缺陷，会为下一步设计带来很多麻烦。从概念上说，剪力墙的布置原则是“均匀、分散、对称、周边”。“均匀、分散”要求剪力墙的片数宜多不宜太少，即剪力墙的分布不可太集中；不能使单片剪力墙的刚度太大；“对称、周边”是结构抵抗扭转的要求，同时也是满足纵横刚度相近的需要。从具体概念上说，剪力墙应布置在“竖向荷载较大处、平面形状变化出”。从抗震角度看，剪力墙多设为好，而从经济方面考虑则剪力墙宜少为好。如图所示，平面形状为L形的框架-剪力墙结构，存在扭转效应。图中所示Xm，Ym为质心位置。为减少扭转影响，结构的刚心与质心尽可能接近，能获得较好的经济性。

3.结构感念性设计要求结构受力明確，传力直接。内力传递路径越直接，结构刚度越大。在结构布置中，竖向构件应该从顶部到底部连通设置，不同层之间的支撑杆件应尽量直线连接。传力直接，便于材料强度的发挥，能获得更好的经济性。荷载分布均衡，分散而不宜集中。钢结构由于可以工厂加工，现场安装，可以根据受力情况，截面设计为楔形或者弓形。使材料的强度都能有效发挥，经济性好。混凝土构件由于现场制模施工，受现场施工条件限制，一般截面为矩形，不便根据受力分布情况进行截面调整设计，通过弯矩调幅或有效的布置形式等来保证材料强度有效发挥。

结束语

整个区域的市容市貌主要是由当地的建筑群体反应出来的。建筑结构设计的水平决定了建筑风格和建筑质量。明确建筑结构设计的含义和其概念设计的含义，以及两者之间的关系对于建筑设计水平的提高具有重要意义。设计师要将概念设计运用到实际的建筑设计中，完善自身对结构设计的理解和创新将结构设计。只要认识到概念设计的重要性，灵活运用概念设计，就能设计出更好的建筑结构。

参考文献：

[l]李芳.概念设计及结构措施在建筑结构设计中的应用[J].城市建筑.2013.