建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)研究

古雪琴

（河北加華工程設(shè)計(jì)有限公司，071051）

1 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)內(nèi)涵及科學(xué)重要性

建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)主要指在不進(jìn)行相關(guān)數(shù)值計(jì)算、精確分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)建筑工程體系結(jié)構(gòu)、力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)布設(shè)機(jī)理、抗震性能、相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施構(gòu)想與設(shè)計(jì)，進(jìn)行建筑工程的統(tǒng)籌規(guī)劃與細(xì)部抗震控制設(shè)計(jì)。實(shí)踐設(shè)計(jì)階段中，基于宏觀目標(biāo)，引入近似的概念方式展開計(jì)算，通過高效構(gòu)思、方案比選進(jìn)行優(yōu)化取舍。該類設(shè)計(jì)方式雖然不能做到全面的精細(xì)化，存在必然的誤差性，然而基于概念模式，因此可準(zhǔn)確定性，且實(shí)踐設(shè)計(jì)便利快速，可找到良好、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的設(shè)計(jì)方案，并可為施工圖紙的規(guī)劃布設(shè)提供良好的數(shù)據(jù)分析、結(jié)構(gòu)規(guī)劃依據(jù)。目前，建筑工程概念設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用較為常見，基于其結(jié)構(gòu)受力的不確定性、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與高層設(shè)計(jì)均會(huì)引入概念設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，提升工程綜合建設(shè)質(zhì)量與水平。針對(duì)當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)理論設(shè)計(jì)與計(jì)算實(shí)踐階段中包含的安全隱患、計(jì)算偏差等弊端問題，可引入概念設(shè)計(jì)做有效的補(bǔ)充處理。同時(shí)初步設(shè)計(jì)階段無法引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，因此，工程人員可基于結(jié)構(gòu)概念進(jìn)行方案創(chuàng)設(shè)、成本控制。實(shí)踐設(shè)計(jì)中不應(yīng)過分依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)，這樣只能為結(jié)構(gòu)規(guī)劃埋下諸多隱患，應(yīng)科學(xué)引入概念設(shè)計(jì)，尤其針對(duì)內(nèi)力規(guī)劃、混凝土設(shè)計(jì)階段中會(huì)存在彈性、塑性理論相關(guān)矛盾問題的狀況，應(yīng)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)有效處理矛盾環(huán)節(jié)，優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。

2 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)科學(xué)原則

實(shí)施建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)階段中，應(yīng)優(yōu)選結(jié)構(gòu)方案，確保其經(jīng)濟(jì)適用性、切實(shí)可行性。應(yīng)統(tǒng)籌考量工程實(shí)際需求、建設(shè)狀況、環(huán)境特征、供給材料、建設(shè)條件。同時(shí)還應(yīng)做好水電專業(yè)的良好協(xié)作交流，進(jìn)行科學(xué)的結(jié)構(gòu)選擇、方案規(guī)劃。應(yīng)確保建筑構(gòu)件基于承載極限實(shí)現(xiàn)共同工作、受力、體現(xiàn)良好的耐久性。還應(yīng)做好基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)規(guī)劃，良好處理其同上部結(jié)構(gòu)的實(shí)際關(guān)系，通過整體設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。另外還應(yīng)在概念設(shè)計(jì)實(shí)踐中引入現(xiàn)代化設(shè)計(jì)思維，優(yōu)選計(jì)算簡(jiǎn)圖，基于整體結(jié)構(gòu)規(guī)劃，組合設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌考量，合理布設(shè)。應(yīng)不斷積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，明晰應(yīng)用程序相關(guān)技術(shù)狀況、適用范圍，不應(yīng)過分的依賴電腦軟件，而應(yīng)做好全面的結(jié)果分析、科學(xué)核對(duì)，進(jìn)而確保作出正確的分析判斷。

3 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)實(shí)踐優(yōu)化策略

3.1 樹立良好的規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

為優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，應(yīng)在實(shí)踐設(shè)計(jì)中樹立良好的規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)，優(yōu)化解決矛盾問題，尋找良好的平衡點(diǎn)，促進(jìn)投資、成本運(yùn)行以及效益收入目標(biāo)的有效平衡。應(yīng)基于良好的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)確保投資費(fèi)用的合理應(yīng)用，成本費(fèi)用的有效降低，以及收入效益的最大化創(chuàng)設(shè)。針對(duì)影響投資建設(shè)因素的眾多特征，例如土地、結(jié)構(gòu)、裝飾費(fèi)用、智能體系、暖通空調(diào)、水電系統(tǒng)成本與消防服務(wù)體系費(fèi)用等，均會(huì)對(duì)投資效益形成綜合作用，因此應(yīng)做好良好的優(yōu)化控制、細(xì)化分析、綜合管理，實(shí)施有效的工程維護(hù)、運(yùn)營(yíng)管理。應(yīng)以業(yè)主普遍接受的投資規(guī)劃與運(yùn)營(yíng)成本范疇，創(chuàng)設(shè)最大化效益。還應(yīng)全面考量產(chǎn)出與投入的相關(guān)問題，創(chuàng)設(shè)良好的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)效果。

3.2 優(yōu)化完善設(shè)計(jì)約束

建筑工程結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)會(huì)綜合受到工程功能性、安全性、環(huán)保舒適性等因素約束限制，怎樣滿足這些約束需求，并有效的節(jié)約成本投入，創(chuàng)設(shè)良好的設(shè)計(jì)效益，應(yīng)是我們主力探討的重要問題。一般來講，建筑結(jié)構(gòu)實(shí)踐設(shè)計(jì)中呈現(xiàn)的約束包括條件、隱性與規(guī)范約束等。相關(guān)條件的約束來自于工程實(shí)際影響條件與業(yè)主需求約束。工程面臨的現(xiàn)實(shí)條件約束包括環(huán)境條件、工程規(guī)模、政府規(guī)劃策略等，業(yè)主需求則更加細(xì)化，包括建筑工程總體高度、各結(jié)構(gòu)尺寸、具體投入造價(jià)，局部工程功能等。規(guī)范約束具有強(qiáng)制性特征，涉及到各類工程建設(shè)指標(biāo)，例如建筑工程寬高、長(zhǎng)度、混凝土工程強(qiáng)度、消防標(biāo)準(zhǔn)、抗?jié)B防震級(jí)別等。針對(duì)上述約束條件，建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)階段中，應(yīng)科學(xué)遵循其約束標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于隱性約束，則可實(shí)施有效的優(yōu)化控制。即應(yīng)通過概念設(shè)計(jì)的綜合掌握，衡量隱性約束條件，不應(yīng)不良忽視。例如對(duì)于北向房屋，由于其陽(yáng)光投射少，因此可將其優(yōu)化設(shè)計(jì)為儲(chǔ)藏室、衛(wèi)生間等功能場(chǎng)所，而將地勢(shì)優(yōu)越、享受陽(yáng)光良好的部位設(shè)計(jì)為居室、辦公室等。還可位于相同面積的場(chǎng)所進(jìn)行更為合理科學(xué)的戶型規(guī)劃設(shè)計(jì)，進(jìn)而體現(xiàn)概念設(shè)計(jì)優(yōu)越性，做好良好的約束條件優(yōu)化完善。

3.3 科學(xué)引入虛擬現(xiàn)實(shí)規(guī)劃設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化設(shè)計(jì)效果

建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)化引入虛擬現(xiàn)實(shí)規(guī)劃設(shè)計(jì)理念，基于環(huán)境條件，科學(xué)利用相關(guān)工程結(jié)構(gòu)知識(shí)體系、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、組件庫(kù)，進(jìn)行虛擬三維結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)，體現(xiàn)良好的真實(shí)感、創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的防震模擬效果。利用該技術(shù)設(shè)計(jì)策略，可隨意進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)更新、整改，依據(jù)業(yè)主需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，重復(fù)計(jì)算、參數(shù)變更設(shè)定以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析。還可基于方案的不同比選、設(shè)計(jì)結(jié)果的多次校驗(yàn)實(shí)施良好的一致修改，進(jìn)而促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)概念規(guī)劃設(shè)計(jì)的完善優(yōu)化，創(chuàng)設(shè)良好的實(shí)踐設(shè)計(jì)效果，并為提升后續(xù)工程建設(shè)水平、強(qiáng)化工作效率、提供技術(shù)方案參考作出重要貢獻(xiàn)。

4 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)用

4.1 抗震結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

地震災(zāi)害難以預(yù)防檢測(cè)，因此更應(yīng)做好建筑結(jié)構(gòu)概念優(yōu)化設(shè)計(jì)，由宏觀層面實(shí)施有效的抗震結(jié)構(gòu)強(qiáng)化，做好計(jì)算結(jié)果的科學(xué)分析，核準(zhǔn)薄弱構(gòu)造，引入強(qiáng)化措施，創(chuàng)設(shè)良好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用設(shè)計(jì)效果。應(yīng)在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中優(yōu)選良好的地基條件與場(chǎng)所，杜絕地面變形對(duì)建筑工程產(chǎn)生的不良影響，降低直接損失。同時(shí)應(yīng)做好基礎(chǔ)規(guī)劃設(shè)計(jì)，相同結(jié)構(gòu)單元不應(yīng)規(guī)劃于各異地基結(jié)構(gòu)中，應(yīng)激發(fā)地基潛能。工程體型結(jié)構(gòu)應(yīng)做到清晰簡(jiǎn)單、良好均勻、規(guī)則布設(shè)，進(jìn)而有效預(yù)防地震災(zāi)害形成的變形作用，并造成對(duì)建筑工程的扭轉(zhuǎn)作用與集中應(yīng)力破壞影響。結(jié)構(gòu)體系規(guī)劃應(yīng)做到科學(xué)有序，規(guī)范合理，確?？箓?cè)構(gòu)件的對(duì)稱良好。還應(yīng)進(jìn)行抗震防線的有效布設(shè)，杜絕薄弱結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)的產(chǎn)生。建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)做到安全連接，具有良好的抗變強(qiáng)度能效。應(yīng)體現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的空間統(tǒng)一性，強(qiáng)化平面互連，并具有良好的豎向剛度。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中還應(yīng)完善實(shí)施非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化處置，杜絕不利作用。

4.2 高層建筑工程結(jié)構(gòu)概念科學(xué)設(shè)計(jì)

高層建筑工程實(shí)施結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)階段中，應(yīng)基于其工程受力特征，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的科學(xué)取舍。高層建筑屬于豎向懸臂體系，其受到水平荷載作用要超過垂直荷載很多，因此應(yīng)對(duì)水平荷載進(jìn)行科學(xué)的結(jié)構(gòu)概念控制設(shè)計(jì)。應(yīng)確保高層建筑應(yīng)對(duì)水平荷載的剪力作用、彎矩影響以及相關(guān)壓、拉影響應(yīng)力符合有效的剛度、強(qiáng)度要求，令其伴隨工程高度的提升形成的側(cè)向變形作用合理控制在良好的結(jié)構(gòu)范疇標(biāo)準(zhǔn)中。應(yīng)依據(jù)高層建筑工程特征，進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型的綜合比選。應(yīng)基于良好的抗側(cè)力方案解決水平抗力問題，綜合考量其高度標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用功能需求。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)衡量經(jīng)濟(jì)、合理因素，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)剛度及其良好整體性，做好構(gòu)件規(guī)劃連接，強(qiáng)化薄弱環(huán)節(jié)處置與復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升整體結(jié)構(gòu)塑性變形能效，進(jìn)而有力的化解地震災(zāi)害影響能量，弱化其不良影響，提升高層建筑工程結(jié)構(gòu)綜合安全性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)效果。

5 結(jié)語

總之，基于建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)重要性、實(shí)踐原則特征，我們只有制定有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略，令其指導(dǎo)良好的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，才能真正優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，提升工程整體建設(shè)水平，并創(chuàng)設(shè)顯著效益，真正設(shè)計(jì)出精品、優(yōu)質(zhì)的建筑工程項(xiàng)目。

[1]鄧影，李秀輝.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與建筑結(jié)構(gòu)概念、優(yōu)化設(shè)計(jì)明[J].建筑設(shè)計(jì)管理，2007(02)

[2]王洪鑫,韓偉.建筑結(jié)構(gòu)中隔震方案的設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012（3）