概念設計在建筑設計中的應用探索

楊 曦 徐金銘

（吉林省吉規(guī)城市建筑設計有限責任公司，吉林 長春 130061）

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)程序在建筑結(jié)構(gòu)設計中日益發(fā)揮著重大的作用，使得結(jié)構(gòu)設計的時間極大縮短的同時提高了設計的質(zhì)量。結(jié)構(gòu)程序的也造成了設計人員對程序的過分依靠，他們只是按照設計規(guī)范，拼湊一些素材，就當成了自己的設計成果，而根本不去審查計算結(jié)果是否科學，對于規(guī)范也只是生搬硬套，并沒有真正的深入了解。至于建筑結(jié)構(gòu)是否科學合理、是否經(jīng)濟更是無從考慮。

以計算機為工具，領(lǐng)先的計算理論為指導，在建筑設計的過程中盡量選擇新型環(huán)保材料，從而設計出結(jié)構(gòu)科學合理的建筑結(jié)構(gòu)成為當務之急。結(jié)構(gòu)工程師在設計過程中要敢于突破傳統(tǒng)設計理念的束縛，積極進行創(chuàng)新是很重要的，這就需要結(jié)構(gòu)工程師將概念設計滲透到實際的設計過程中。

1 概念設計

1.1 建筑結(jié)構(gòu)設計的過程中很多問題是無法進行精確計算的，因此就不進行數(shù)值計算只是以整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機理為依據(jù)來作為基本的設計原則和設計思路，從整體上對建筑結(jié)構(gòu)的總體布置以及抗震的細節(jié)部分進行宏觀控制。

1.2 概念設計可以擴展結(jié)構(gòu)設計的設計思路。傳統(tǒng)機構(gòu)設計以及相關(guān)的理論研究主要將目光集中在建筑結(jié)構(gòu)抗力的提升，在這種思路的指導下，采用高等級的混凝土以及大量的鋼筋來保證建筑結(jié)構(gòu)的強度，從而造成巨大的浪費，增加了建筑的成本。結(jié)構(gòu)工程師保證鋼筋使用量不高于標準上限，結(jié)果造成大量不必要的鋼筋使用。例如，在建筑的抗震設計中，結(jié)構(gòu)剛度是利用初定的尺寸來進行計算的，而地震力則是在剛度的基礎(chǔ)之上進行計算的。為了抗震增加鋼筋的用量，而鋼筋的用量越大，剛度也會隨之上升，相應的地震力就越大，最終反而增加了地震的力量。

1.3 隔震消能是一個很好的抗震設計，其基本的抗震思路是在主體和基礎(chǔ)中間設置柔性的夾層，然后設置支撐用于抵消地震的能量。還有一種設計方法是將一個反擺設置在建筑物的頂上，如果發(fā)生地震，反擺向建筑物運動的相反方向運動，抵消建筑物的震動，降低地震對建筑物的破壞作用。據(jù)權(quán)威資料顯示，發(fā)生地震時，抗震設計合理的建筑物可以抵御地震高達六成的破壞力，除此之外，還可以提高建筑物里面的物品的安全性。

1.4 概念設計在建筑物抗震設計中的作用十分明顯。建筑結(jié)構(gòu)本身就十分的復雜，并且發(fā)生地震時不確定的因素很多。到現(xiàn)在為止人類對于地震的認識還停留在十分初級的階段，很多東西都沒有了解清楚。計算結(jié)果由于建筑材料的性能、結(jié)構(gòu)抗震分析的精確度以及其他的可知的或者不可知的原因的影響與實際情況存在相當大的偏差，還有很多的部分根本就沒有辦法進行定量計算。綜上所述，受到各種可知的或者不可知的因素的限制，在建筑結(jié)構(gòu)設計中很多因素是無法進行精確的量化計算的。這樣，概念設計在建筑結(jié)構(gòu)設計中的作用就十分重要了，有時甚至超過分析計算的重要性。

2 建筑結(jié)構(gòu)設計中概念設計應注意的問題

2.1 適宜剛度概念

建筑物剛度的準確判斷是建筑結(jié)構(gòu)設計過程中十分重要的一環(huán)。建筑物的剛度設計要適度，不能過大，否則會成建筑結(jié)構(gòu)自振周期過短，一旦發(fā)生地震，建筑會受到很大的影響，造成嚴重的后果，且建筑物剛度過大還會造成建筑材料的大量浪費。同樣建筑剛度過小，地震時建筑會發(fā)生大幅度的位移，最終導致建筑損壞。從上面可以看出，適宜的剛度對于建筑物來說是十分必要的。

2.2 充分認識和掌握結(jié)構(gòu)的破壞機制和塑化歷程

建筑結(jié)構(gòu)破壞機制包含兩個部分，一是整體破壞，一是樓層破壞。建筑結(jié)構(gòu)設計時一定要防止某個部分的薄弱，防止由于短板效應而造成的樓層破壞。也就是說整個建筑中，某一環(huán)節(jié)在其他部分沒有達到最大載荷的情況下提前受到損壞，導致樓層損壞。建筑結(jié)構(gòu)設計中，比較理想的狀態(tài)是整體破壞，設計人員要為達到這個目標而努力。

2.3 等強度與耗能設計原則

在建筑抗震設計過程中要遵守等強度與耗能設計原則。否則，在施工過程中，建筑的某些主要的承重結(jié)構(gòu)由于設計存在問題或者施工質(zhì)量問題而存在一定的隱患，一旦發(fā)生地震，在水平作用的破壞力下這些存在隱患的承重結(jié)構(gòu)在其他結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)問題的情況下實現(xiàn)損壞，從而造成整個建筑的損壞。為了避免這種情況，在建筑結(jié)構(gòu)的設計過程中要堅持整體觀念，盡量避免某一部分的短板，使各個部分的結(jié)構(gòu)強度盡量均勻。在建筑結(jié)構(gòu)實際設計過程中除了要注意各個部分的強度相等之外，還要保證建筑具有吸收大量能量的能力，主要做到以下幾點：

第一，處于彈性階段工作的構(gòu)件約束耗能構(gòu)件的屈服應力。在整個建筑結(jié)構(gòu)中的局部進行屈服，不能破壞整體。

第二，構(gòu)件中用來承受豎向載荷的構(gòu)件不可以用來作為耗能構(gòu)件。

第三，保持一定數(shù)量的，具有較高延展性的耗能構(gòu)件，盡可能的小號地震的能量。

3 概念設計的意義

3.1 展現(xiàn)先進設計思想的關(guān)鍵

在一定的地理環(huán)境中，從整體的角度對建筑的結(jié)構(gòu)以及總體的方案進行考慮，同時對于結(jié)構(gòu)的分體以及總體之間的力學特性與關(guān)系進行積極的發(fā)揮和利用。對于結(jié)構(gòu)的各項性能，通過概念設計從整體上進行把握，只有這樣，才能夠科學合理的判斷計算結(jié)果。

3.2 體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設計的原則與靈活

建筑物是一個完整的空間結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件都在以相當復雜的受力方式共同工作，而并非是獨立于總體結(jié)構(gòu)體系之外的單獨構(gòu)件。當前在建筑結(jié)構(gòu)設計界，對具體空間結(jié)構(gòu)體系的整體研究上還存在著局限性，以至于在設計過程中采用了許多假定與簡化方法。作為結(jié)構(gòu)工程師，一方面在設計過程中既要做到嚴格遵守和執(zhí)行相關(guān)的強制性規(guī)范和要求，堅持結(jié)構(gòu)設計的原則不能改變，另一方面，又不應盲目、教條、機械地照搬照抄，尤其是對推薦性規(guī)范和要求，應把它作為一種結(jié)構(gòu)設計中的指導和參考意見，從而可在實際的設計項目中作出更為正確的選擇。這就對結(jié)構(gòu)設計工程師提出了要求，要對整體結(jié)構(gòu)體系與各基本分體系之間的力學關(guān)系有更為透徹的認識和深入的了解，把建筑結(jié)構(gòu)概念設計應用到實際工作中去。

3.3 彌補設計、計算理論的不足

目前的結(jié)構(gòu)設計計算水平難以有效地保證結(jié)構(gòu)設計的抗震、抗風性能，尤其是抗震設計。從某種意義上講，概念設計確實比分析計算更為重要。目前，現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設計理論和計算理論仍然存在著一些缺陷：如對混凝土結(jié)構(gòu)設計，內(nèi)力計算采用基于彈性理論的計算方法，而截面設計則采用是基于塑性理論的極限狀態(tài)設計方法，兩者的矛盾使計算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)存在較大差距。為了彌補設計、計算理論的缺陷，或?qū)崿F(xiàn)對實際存在的大量難以計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設計，也需要概念設計與結(jié)構(gòu)措施來共同滿足結(jié)構(gòu)設計的需要。

4 結(jié)語

隨著人們生活水平的不斷提高以及居住理念的不斷更新，人們對于建筑物的要求也日趨多元化。概念設計的出現(xiàn)是對于建筑結(jié)構(gòu)設計的創(chuàng)新與超越，能夠為人們提供優(yōu)質(zhì)的建筑物。因此，概念設計是設計思想發(fā)展的必然產(chǎn)物，也會成為今后時期結(jié)構(gòu)設計的主流思想。

[1]林同炎，S.D.斯多臺斯伯利.結(jié)構(gòu)概念和體系[M].中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]李展開.淺談對建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設計的理解[J].山西建筑，2009，（6）.