建筑结构设计中的概念设计与结构措施研究

袁海健

摘 要：在建筑结构设计中概念设计具有十分重要的作用， 有效的应用概念设计， 不但能够有效的丰富建筑结构工程师的经验， 并且可以使得其设计理念与设计成果得以不断的创新与完善。本文根据笔者工作实践，对建筑结构设计中的概念设计与结构措施进行了分析和探讨。

关键词：建筑；结构；设计；概念设计

1 前言

通常而言， 概念设计指的是不通过数值计算， 尤其是在不能开展精确的理性分析或者设计规范中没有明确规定的条件下， 综合各种条件， 比如说：整体结构体系、力学关系、各结构破坏机理等， 从宏观、整体的角度来开展的建筑结构设计。一般来说， 概念设计着手于建筑结构设计的总体方案， 能够对建筑结构设计中常出现的力学分布计算、结构构件延性等问题进行严格的处理。

2 概念设计的重要性

在建筑结构设计过程中， 设计师大多会把设计思想限制在设计手册与规范之中， 难以进行新技术的挑战， 创新动力不足， 这就致使建筑结构设计理念难以更新， 缺乏创意与突破。此外在建筑结构设计理论中总是容易出现计算和实际情况不符的问题， 以及出现难以计算的结构构件设计， 因此需要概念设计与结构措施相结合来推动结构设计的优化。建筑结构工程师应该综合自身知识情况， 选择最为安全、经济、科学的设计方案， 因此， 建筑结构工程师唯有不断丰富自身掌握的结构概念， 结合对结构性能的认识与了解， 才能够确保设计方案的科学性， 使得设计任务得以完成。

3 概念设计在建筑结构设计中的应用

3.1 选择合理的建筑场地

在设计师在设计前应该对施工场地予以考虑， 其会对设计基础产生重要的影响。在进行建筑场地选择的时候， 通常应该注意以下几点：抗震因素、日照间距、建筑退界、防护距离等。其中抗震因素最为重要， 所以在进行选址的时候应该尽可能的避开地质条件较差的地段， 如果地段不可选的情况下， 在工程设计的时候一定要充分考虑地基处理以及抗震措施等因素， 除此之外， 还应该在工程设计前对选址的地点开展地质勘测， 对地基的稳定性进行科学的分析。

3.2 根据现场情况选择建筑结构

在选择好建筑场地后， 应该依据建筑物所在区域的地形特点和建筑结构形式来进行地基形式的选择。建筑地基基础主要包括：箱型基础与桩基础等， 箱型基础的整体刚度比较好， 其能够将荷载均匀的从建筑物的上部传到下部， 建筑结构的稳定性较强， 可以有效的避免基础局部出现不均匀的沉降问题， 除此之外， 其还能够有效的增强建筑物的整体抗震效果， 切实提高建筑物的抗震性能。桩基础通常适用于高层结构、软土质松散土等之中， 现在在高层建筑中应用较为广泛。桩基础通常从上到下来传递荷载， 在天然地基之中荷载传递的效果最佳， 而且能够较好的保证建筑结构的稳定性。

3.3 建筑物主题结构的选择

在建筑结构设计中应该遵循对称合理的原则， 这样能够使得建筑物的扭矩力得以有效降低， 而且可以较好的确保非结构构件的稳定性， 并且在工程施工中能够有效降低材料的耗损。建筑物对称结构可以切实有效的降低侧力破坏的影响， 工程实践之中较为常用的方法是剪力墙布置。要想实现建筑物的对称性， 通常应该调整建筑平面型心、结构侧心以及建筑物质心等的对称性， 通常是对其进行适当的调整， 进而使得建筑整体的稳定性得以有效实现。

3.4 建筑结构刚度选择

刚度是确保建筑结构稳定性的一个重要指标， 设计师在概念设计中应该遵循稳定性的要求， 对建筑物开展科学的验算， 并找出最恰当的设计方案。刚度设计的科学合理， 会在一定程度上延长建筑物的使用寿命。

4 建筑结构设计中的概念设计与结构措施的有效应用

4.1 基础措施与建筑上部结构关系的协同

建筑结构设计中概念设计与结构措施的系统表现为， 基础措施和建筑上部结构的关系， 也就是在设计中应该把基础设施和建筑结构当做一个统一的整体， 不可以在理念和操作中将两者给区分开来。例如， 在建筑工程施工中， 特别是在砖混结构施工中， 必须要严格讲构造柱上部结构、圈梁以及筑地基等给连接成一个统一的整体， 从而保证工程的稳定性；并不能仅仅依靠建筑地基的综合效果来避免不均匀沉降问题， 保证建筑结构的稳定性。

4.2 建筑结构受力过程中的协同关系

概念设计和结构措施的协同还表现为， 在建筑结构受力的时候， 各构建都能够实现较大的应力， 尤其是在高层建筑结构设计时， 应该尽量避免层次间、短柱间的横梁结构差异的问题。随着建筑结构层数与高度的不断升高， 水平、竖向荷载也会不断的增加， 这也增加了建筑底层间的承受重量， 致使建筑结构底层短柱问题的出现。在工程实践过程中， 为了切实避免这一问题， 可以对大截面柱开展施工操作， 也就是在柱截面之上应用开竖槽等方法将矩形柱变成田形柱， 进而来加大基柱的长细比例， 节约建筑的看空间。除此之外， 在同个框架中常存在长短梁， 这是不科学的。犹豫长短梁会受到水平作用力的影响， 会不断增大剪力， 梁端的正负弯矩也会不断增大， 配筋则受到水平力的影响。但是竖向上的荷载力无法发挥作用， 致使梁端正弯矩钢筋超筋， 所以此结构设计不仅无法满足协同工作的要求， 并且会增加建筑结构的造价。

对于这种问题， 在建筑结构设计的时候， 应增强楼层、大梁自身的刚度， 进而使得柱能够承受住较大的弯矩；在水平方向上应该保证相等的惯性矩等， 这样能够避免同方向上出现强度过大问题。在建筑结构设计中， 虽然角柱轴压较小， 但是其能够在抗扭之中发挥非常重要的作用， 并且在水平力的作用之下， 角柱轴力通常会出现较大的变化， 这就要求角柱具有较强的变形力。

4.3 建筑结构材料利用率的控制

概念设计与结构措施的协同主要是为了对建筑材料进行充分的利用， 在建筑工程结构设计中， 工程材料的利用率具有十分重要的作用， 利用率越高则证明概念设计与结构措施间的协同率越高。就建筑结构整体优化角度而言， 虽然保证建筑结构性能最佳的方案并不是材料利用率最高的方案， 但是在结构设计中还是能够尽量的提升材料的利用率。随着我国城市化进程的加快， 建筑结构设计之中的节能策略具有十分重要的作用， 能够切实保证资源的有效利用， 保证可持续发展战略的实现， 推动建筑结构设计的合理性与科学性。在梁类构建中我们可以看出， 矩形截面梁是较为普通的一种受弯构件， 其利用率较低。例如， 临近中和轴的材料盈利水平比较低， 但是也会随着弯矩随着梁长的改变， 就等截面梁来说， 很多区段即使使用的拉压边缘应力也相对较低；依据梁的主要特点， 可以就其展开结构概念的分析， 梁截面会进行应力梯度变化， 当材料是轴心受力的时候， 其利用率也会相应的增加。因此在建筑结构设计中可以把平面梁架当成重要的梁体进行应用， 这样不但能够提高经济性能， 而且能够大大降低重量。

5 结束语

综上所述， 建筑结构设计中，如果可以更加科学合理的应用概念设计，并且能够对其展开科学的分析，不仅可以在极大程度上提升建筑结构设计的安全性与可靠性，同时还能够达到节约资源的目标，这与我国可持续发展目标相符合。应用概念设计，可以有效的提升建筑结构设计水平。

参考文献：

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