建筑结构设计中概念设计与结构措施的应用研究

文 豪

随着生活水平的不断提高，人们对建筑物的要求越来越高。因此，建筑结构设计也需要与时俱进，以人们的实际需求为导向，设计出具有现代生活理念的建筑物。概念设计与结构措施是建筑结构设计的有机组成部分，二者相互协同，最终实现了建筑设计的人性化、合理化。通过优化概念设计和结构措施，有利于提高建筑结构的性能，促进设计的科学性和可行性，从而延长整个建筑结构的使用年限。因此，建筑设计人员需要在建筑结构设计工作中合理应用概念设计和结构措施，为建筑工程开展后续工作打好坚实基础。

1 概念设计与结构措施概述

1.1 概念设计

概念设计是指设计人员根据设计方面的相关理念，依据个人实践经验，在勘查建筑现场后，从宏观上把握建筑结构的外形，并通过对比分析解决产生的问题，不断调整设计，最终实现最佳的设计效果。概念设计是结构设计的基础和前提，是设计人员的经验和理念的充分体现；概念设计是对建筑结构及施工的笼统概括，细节不够明显，却能反映出各结构间的关系与延展性。巧妙地应用概念设计能够减少设计的估算和计算错误，提高设计的科学性，是建筑结构设计最重要的部分之一[1]。

1.2 结构措施

结构措施是概念设计的一部分，是概念设计内容的具体深化和拓展延伸部分，是建筑结构设计的骨架。在设计初期，设计人员会通过施工现场的实地考察，系统分析建筑物的功能、外观等，并结合建筑结构设计规范，构建出科学的结构体系。

2 概念设计与结构措施的重要作用

2.1 优化建筑结构设计方案

设计人员在进行建筑结构设计时，先要进行概念设计，通过对建筑物情况及施工环境的综合考虑，构建建筑结构设计的整体框架，然后通过结构受力分析不断调整设计方案，实现力的有效均衡分配，实现以最小成本达到最佳设计效果的目标。通过优化建筑结构设计方案将概念设计合理应用到结构设计环节，能够提高结构设计方案的科学性与合理性，为后续建筑项目施工奠定基础。

2.2 促进局部设计与整体设计的协调性

概念设计是建筑结构设计宏观层面的整体框架式设计，涵盖了建设结构设计的各个要素。现代施工设计应具有整体性概念，通过制订系统的设计方案，能够有效指导局部设计，提高设计效率，促进局部设计与整体设计的协调，提升整个项目的设计水平。例如，进行水电设计时，应当充分利用概念设计与结构措施，判断其与建筑结构设计间的融合程度及彼此间的相互影响。在此基础上优化水电设计方案，实现水电局部设计与整体设计间的协调，节约设计时间和成本。

2.3 提升建筑结构设计方案的创新性

传统建筑结构设计主要依靠计算机、信息软件等硬件设备计算出来的客观数据，由于这些数据使用时不够灵活变通，因此无法判断其合理性与实用性。概念设计与结构措施在计算机计算的基础上加入了设计人员的主观经验和设计理念，将主观与客观有机结合来判断计算机计算数据的科学性和实用性，并通过经验交流不断进行优化调整，实现建筑结构设计方案的创新。

3 概念设计和结构措施的原则

3.1 受力合理原则

概念设计与结构措施需要充分考虑建筑结构的受力情况，准确分析影响建筑结构变形的因素并加以规避。在建筑结构受力方面，均匀受力要优于集中受力情况，而多跨连续结构要优于单跨结构。在概念设计和结构措施中需要遵循合理受力的原则，设计过程中关注重点部位、薄弱部位，优化建筑结构的受力情况，保证建筑结构受力平衡，避免出现结构不稳定的情况[2]。

3.2 完整原则

概念设计虽然是笼统性的设计，但涵盖的内容非常全面。在概念设计和结构措施中应能完整反映建筑工程的基本内容，不仅要反映建筑物的性能、外观、材料等内在情况，还要反映出建筑物的地基土质等外在情况。通过综合考虑各方面因素，科学分析和判断建筑物的承载力，利用交叉、叠合等设计方式优化设计方案，提升建筑结构的安全性和稳固性。

4 概念设计和结构措施的步骤

概念设计和结构措施是基于建筑物的客观情况，根据设计人员的经验、理念等主观因素不断优化整个设计过程。概念设计包括以下几个步骤。

4.1 分析

前期分析只是一个准备阶段，是建立在对建筑物了解的基础上分析建筑物存在的问题。在设计初期，设计人员需要了解建筑物的结构、性能、外观及地基的地质情况，全面收集一切与建筑物有关的信息和材料，并根据材料分析建筑物结构设计中可能存在的问题，实现信息的最大化[3]。

4.2 综合

综合是分析的深化和升华，是概念设计中最重要的一个阶段。设计人员在了解建筑物基本情况并分析建筑物存在的问题后，运用自身的专业知识和实践经验将符合建筑物情况的建筑结构设计方案通过图纸的形式展现出来，使抽象的设计理念和设计构思得以具体化和形式化[4]。

4.3 评估

评估是阶段性的工作，设计人员每完成一步设计计划就要进行专业评估，根据评估结果选择一种科学、合理的设计计划。因此，评估并不是一项固定的工作，而是周期性的工作[5]。

4.4 完成

完成是概念设计的最后一个步骤。经过反复的科学评估选出最优、最经济安全的概念设计，并根据概念设计开展后续的设计工作，将概念设计落到实处，提高建筑结构设计的效率。

5 概念设计与结构措施的应用

5.1 概念设计的应用

5.1.1 科学选择基础结构

基础结构是建筑结构的基础，是概念设计的重要内容之一。设计人员在设计前应进行勘察，了解建筑物的内部结构和外部特征，并根据建筑物的特点和周边环境选择适宜的基础结构。基础结构按照构造形式可以分为桩基础结构、箱型基础结构、条形基础结构及独立基础结构等，其中桩基础结构适用于地表土壤松软或者荷载相对较大的高层建筑，具有较强的稳定性，通过竖向单桩承载力或者群桩承载力，承担了建筑物的全部竖向荷载。箱型基础结构的优点是刚度大，可以将建筑物传来的荷载均匀分布，避免受力不均匀产生基础沉降不一致的现象，且具有较好的抗震性能。基础结构的选择考验了设计人员的选型能力，因此设计人员要提高对勘察工作的重视程度，通过实地勘察收集相关数据信息，全面了解建筑物周边的地质、水文、气候等情况，并结合自身的专业知识选择合理的基础结构形式，优化结构设计方案[6]。

5.1.2 选择合理的主体结构

主体结构是建筑结构的骨骼，对建筑结构具有重要的支撑作用，一般遵循对称、均匀的原则。从建筑结构设计的理论来讲，对称、均匀的结构承载力和稳定性是最强的，可以减少建筑材料的使用，降低建筑结构的扭转力，保证建筑结构的承载力符合建筑要求。在设计过程中，为了保证结构平衡，需要调整建筑结构的重心，使其均匀对称。例如，剪力墙是主体结构的重要组成部分，其在平面内抵抗外力方面有着独特的优势，但平面外的抗力却明显不足。为了能够实现抗力均衡，需要设置两个垂直相交的墙体，合理利用两个方向的外力，从而降低因外力作用而产生的扭转效应[7]。

5.1.3 科学选择建筑结构刚度

建筑结构的刚度在稳定性、安全性、经济性方面具有非常重要的意义。通过建筑结构刚度的选择，不仅能提高空间利用率，还可以节约材料，提升经济效益。为了选择合适的建筑结构刚度，设计时要合理设计配筋率，使平面设计满足刚性楼板的要求，尽量不选择大开洞等平面，并且所选施工材料的强度要满足建筑要求和规范规定。实践表明，建筑结构的刚度越大，在遭受地震等自然灾害时所受到的影响就越大。因此，在材料的选用上要充分考虑建筑结构的抗震能力，尽量使用轻型材料，减少厚重材料的使用[8]。

5.1.4 科学选址

科学选址也是概念设计中的重要内容，是进行设计和施工的前提。建筑选址时需要综合考虑日照间距、安全防护距离等因素。在地震、泥石流等地质灾害较为严重的危险区域禁止建设建筑物，避免地质灾害造成的严重后果。在一般危险区域建设建筑物，需要额外强化建筑结构的抗震性能，提升建筑结构的质量和抗震能力。

5.1.5 科学选择建筑材料

建筑结构的材料是建筑工程的主要载体，对建筑工程质量具有重要影响。建筑工程的材料类型多种多样，实际施工过程中经常使用的材料是钢筋和混凝土，是建筑工程最基本的材料。按照概念设计的理念要求，建筑结构设计时需要结合建筑物的具体情况选择合适的建筑材料，每个建筑工程的施工材料在达到建筑结构基本标准的基础上各有不同，建筑材料的购置和选择必须充分考虑建材本身和建筑整体的契合度[9]。

5.2 结构措施的应用

5.2.1 提高材料的利用率

结构措施是概念设计的重要内容，对设计具有辅助作用。结构措施不仅能够维护建筑结构的稳定性，还能提高建筑材料的利用率。设计人员在设计时需要重视建筑材料的性价比，在保证建筑结构性能的前提下提高建筑材料的利用率，降低建筑材料的投入成本，并在保障质量的前提下提升建筑构件的性能，降低建筑工程的成本。例如，具体施工阶段，由于梁易发生变化，材料的利用率比较低，通过概念设计和结构措施可以对梁截面进行调整和优化，有利于提高材料的利用率。

5.2.2 强化协同工作

协同理念已经成为现代化生产和设计的重要理念，其在建筑结构设计中是指建筑结构各个部件在自身承载力能够满足外力要求的情况下，相互之间还能够相互配合、协调工作。协同工作是建筑的基础结构与上部结构的有机协同，二者共同构成建筑结构的统一整体；协同工作还是建筑结构整体受力与单个部件受力的有机协同，在整体建筑结构达到承载力要求的基础上，各部件的承载力也要满足标准和规范[10]。同时，协同工作还能够完整反映各个部件间的配合关系，以各构件的性能指标为核心充分发挥构件的承载及使用性能。

我国多层、高层建筑的结构设计，为了保持承重力柱在同一个水平位移范围内，一般避免过多短柱的设计。在传统的多层、高层建筑中，结构设计主要采用平面相交的方式来抵抗水平力的作用，在建筑结构的四周进行抗侧力结构的设计，增强建筑结构设计的刚度和稳定性。随着建筑行业的发展，高层、超高层建筑逐渐成为主流，为了避免底层柱的截面面积过大，需要采用“田形柱”的方式提高建筑结构的承受力。

6 结语

随着我国建筑行业的快速发展，建筑标准越来越多，人们对建筑结构设计的要求也越来越高。为了达到低投入高产出的效果，保证建筑行业健康发展，概念设计与结构措施成为建筑结构设计的重要内容。

通过将概念设计与结构措施应用在建筑结构设计中，有利于提升建筑结构设计的科学性和可行性，推动建筑工程项目的顺利进行。设计人员应重视概念设计和结构措施，提升其应用水平，促进建筑行业的健康发展。