概念设计在建筑结构设计中的应用

龙昌会

（铜仁市工程设计质量监督站　贵州　铜仁　554300）

概念设计在建筑结构设计中的应用

龙昌会

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经济的快速发展带动了建筑行业的进步，同时随着人们生活质量的不断提高对于各种建筑的需求也越来越高。为了满足这种发展趋势，建筑结构设计过程中出现了许多中全新的设计理念，其中具有一定代表性作用的就是概念设计，由于概念设计具有多种优势和其他设计方法不要具备的特点，该设计方法逐渐成为当前各类建筑结构设计的主要方法。本文简单介绍了概念设计的概念与步骤，在此基础上对其在建筑结构设计中的实际应用、建筑结构设计措施以及概念设计在建筑结构中的意义进行了全面的分析和概括，旨在提高建筑结构设计水平，推动建筑工程的持续发展。

概念设计；建筑结构设计；应用

建筑产业的快速发展体现在设计的高要求上，在该背景之下，设计理念与方法必须得到一定的改善，在众多设计方法当中，概念设计凭借其明显的优势以及独特的自身特点而得到了十分广泛的应用。概念设计方法在众多领域中都为具体的设计过程提供完备的参考与平台，这是传统意义上建筑结构设计方法无法实现的，因此，在建筑结构设计过程中应用概念设计具有很高的实际效益，应得到设计部门及人员的高度重视。

1　概念设计的概念与步骤

概念设计实际上就是一种可以满足多样化设计所提出的众多要求的整体设计方法，是设计人员通过自身积累的经验、知识理论与各个建筑工程的实际特点，并对结构的整体性进行抗震方面的布局规划等，同时在实际设计的初级阶段，对初级设计方案进行基于概念化的分析与对比。概念设计局具有准确性高、灵活性好等特点，如果正确的加以使用，将取得十分良好的经济效益，对于建筑工程的进一步发展具有很好的推动和促进作用。

通常，按照流程可以对概念设计的过程进行分步，即为分析、整合和评价。其中，分析主要是对设计过程中存在的问题进行初步的了解，但由于分析对象本身并不完整，所以分析的结果往往存在一定模糊性；整合是设计人员通过自己掌握的专业知识以及工作经验，对设计规划进行主观判断和客观分析；最后的评价是指通过对比选择最佳的设计方案，由此可见，整个过程循序渐进，在设计方案同时满足各方要求以后，设计方案得以固定。在对设计方案进行评价时，需要得到数据分析工具以及运算工具的支持，进而得到技术与经济方面均切实可行的设计方案。

2　概念设计在建筑结构设计中的应用

2.1合理选择建筑场地

选择适宜的建筑场地是整体设计过程中需要最先进行考虑的因素，而且对于建筑项目设计目标的实现具有决定性的作用。在实际的选址过程中，需要综合考虑三方面因素，分别为：防护距离、日照时间以及建筑退界。除此之外，在设计过程中，还要综合考虑结构的抗震性能，及可能的避免那些存在一定危险性的区域，在设计以前还需对场地的抗震性能进行全面的分析和勘察。

2.2选择建筑结构

建筑场地选取完毕之后，则需根据周边地形地貌的实际特点与建筑功能方面的要求，选择最佳的建筑结构。较为常用的建筑基础结构主要有桩基础以及箱型基础等形式。其中，对于地基土质较为松软的情况中，一般使用桩基础，这一基础结构在高层和超高层建筑中十分常见。特别是在未进行处理的地基当中使用这种形式的基础结构能将承受的载荷由上方传递至下方，这样一来，地基的稳定性得到了很大程度的保障。箱型结构具有很高的整体性，在承受载荷之后，可以稳定的将载荷传递至地基下方，进而确保建筑结构的稳定性与可靠性，有效避免地基不均匀沉降的发生，进而提高建筑结构设计水平。

2.3主体结构选择

在对建筑结构进行设计的过程中，往往要遵循对称性以及合理性的基本原则，进而达到降低扭转力维持建筑结构稳定性的目的。建筑结构的对称性实际上就是借助抗侧力结构完成的，比如剪力墙结构等，如图1所示。为了满足结构设计对称性的要求，可通过调整物质心或控制平面形心距离的方法进行操作，以此满足对称性需求。

2.4结构刚度选择

结构刚度是衡量建筑稳定性的重要指标，同时也是设计过程中需要严格设计的主要内容，所以，在具体的设计过程中，需要对建筑结构的具体刚度进行妥善选择。合理的建筑结构刚度设计可以很好的延长建筑结构的自振周期，进而避免振动过大带来的损坏。另外，钢筋等刚度材料的合理设计，可以充分发挥出刚度结构的性能，减少无谓的消耗，提高建筑内部的有效空间，达到结构刚度合理选择的根本目的。

图1　剪力墙结构示意图

3　建筑结构设计措施

3.1协同工作中的材料利用率

通过系统的协同工作，不但可以提高建筑结构自身的稳定性，还可以使材料得到更为有效的利用。大量的实验证实，如果材料实际利用率达到一定高度，建筑结构自身的协同能力与稳定性就越高。特别是在现阶段节能减排的大趋势之下，设计目标在于使用相对较少的资源来达到最佳的效果。比如，较为常见的受压构件，此构件的实际应用率较低，造成这一现象的原因有两条，分别为：建筑中梁长度发生变化以后，其弯矩也随之发生变化；梁中和轴周边材料的利用率较低。所以，对于截面积相等的横梁而言，受压构件的实际利用效率相对较低。在此前提下，运用概念设计方法，对横梁截面的变化进行全面的调整，使得构件自身保持较高的轴心受力，最终提高材料的利用效率。通过长时间的研究和发展，新型结构层出不穷，比如平面桁架结构等，进而去除掉价值不高的材料，这样一来，不但完成了最初的设计效果，还大幅降低了结构材料的自身重量与经济成本。

3.2结构体系中保持协同工作

概念设计当中提出的协同工作对于建筑结构设计而言，具有很好的推动作用，所以实际应用十分广泛。协同工作要求建筑内部结构所对应的构件应确实处在协同或者是共同进行的过程当中。该协同效应需要构件在满足承载力要求的基础上，长时间保持共同运行，此时这些构件也需要保持相同的耐久性。除此之外，建筑结构上方以及基础需在受到实际载荷过程中维持一个相对统一的整体，从而同时承受载荷。

如今，建筑越来越高，在这种局势之下，短柱现象层出不穷。为了使每一个构件都能发挥出最佳的实际效果，在对多层结构进行整体设计时，要有效避免短柱现象的发生，从而提高同等平面位置的承载水平，因此，需要把相同抗侧力的建筑结构设置在同等的位移水平之下。

4　概念设计在建筑结构中的意义

4.1概念设计体现了设计的创新性

由于传统意义上的建筑结构设计过程，需要由设计人员通过查找文件以及软件程序等方法进行，这种循规蹈矩的方式不仅效率低下，而且缺乏创新性与独特的设计风格。如果使用概念设计，设计人员则可以根据自身积累的工作经验与掌握的专业知识，结合具体的设计要求和全新的设计思路进行全新的设计工作，使设计方案更加合理、科学、创新。

4.2概念设计可以有效地提升工程师的设计能力

如果运用概念设计对建筑结构进行设计，可以在很大程度上提高设计人员的综合能力，使他们的想象能力能够全面的发挥，进而提出更多有效且合理的设计方案，并准确找到设计过程中存在的问题和不足。此外，概念设计所提出的理念和原则具有一定指导的作用，以便于设计人员找到潜在的问题，进而提高设计方案的准确性与可靠性。

4.3弥补原有理论的不足与缺陷

概念设计方法可以十分有效的消除理论中存在的不足与缺陷。

4.4优化设计结果

借助概念设计，通过对比选择中众多方案之后最为适宜的结构设计方案，通过该模式之下选取的设计方案，可以很好的体现出设计方案的科学性与经济性，此外，还可以有效消除设计过程中反复出现的计算，进而提高设计工作效率，减少工作量。

5　结束语

在建筑结构设计过程中充分利用概念设计，不仅可以形成一个即极为科学合理的结构体系，而且还可以节省大量的施工原材料。伴随着该设计理念的不断应用，大多数设计人员主动接受该理念，并在不断实践的过程中成为主导的设计理念。相信通过不断的发展与改进，概念设计必将在多种建筑形式的结构设计当中得到大规模的发展和应用，为具体的结构设计带来更多的便利和实惠。

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1673-0038（2015）32-0052-02

2015-7-23