淺談建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計

[摘要]隨著我國房地產(chǎn)業(yè)的迅速興起，我國的建筑水平不斷提高，其中建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計更是彰顯了自身的獨特優(yōu)越性，促進了我國建筑事業(yè)的發(fā)展。本文從研究建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的含義入手，對具體的概念設(shè)計進行分析，以供參考。

[關(guān)鍵詞]建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的內(nèi)涵；意義；原則；注意事項

1、概念設(shè)計的內(nèi)涵剖析

1）建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計是指在特定的建筑空間中用整體概念來設(shè)計結(jié)構(gòu)的總體方案。其是從整個結(jié)構(gòu)體系的角度，而不是從構(gòu)件的角度介紹房屋設(shè)計的結(jié)構(gòu)問題。它應(yīng)成為建筑設(shè)計的一個最初的總體構(gòu)思，其最終目的是要把設(shè)計做到合理、實用、美觀、經(jīng)濟。

2）結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的前提是需要對地區(qū)規(guī)劃、自然環(huán)境、建筑意圖和使用功能進行分析；對投資方資金狀況和建造場地的地基條件進行了解；對建筑的各個專業(yè)的相關(guān)要求、相關(guān)聯(lián)系做到心中有數(shù)。

3）結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的目的是運用所學(xué)的結(jié)構(gòu)知識，同時還要有長遠(yuǎn)的眼光、大局的意識和豐富的經(jīng)驗，確定結(jié)構(gòu)的總體方案（指主要承重體系）和相應(yīng)的分結(jié)構(gòu)體系（指屋樓蓋、基礎(chǔ)等）；在設(shè)計過程中還要進行整體的考慮，全面的布局和綜合的評價。

4）結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計是隨著結(jié)構(gòu)師年齡和實踐的增長越來越豐富的整體結(jié)構(gòu)想法，是從重視結(jié)構(gòu)的方案、體系、布置、構(gòu)造到施工圖等具體部分轉(zhuǎn)變到規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、施工的結(jié)合考慮的整體布局；從習(xí)慣于依賴設(shè)計規(guī)范，轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾晫嵺`；從習(xí)慣于理論分析轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合考慮；盡可能采用新技術(shù)，為實踐提供新思路。

2、概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)中的意義

1）結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計是在綜合考慮規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、施工諸方面關(guān)系后形成的“總體設(shè)計方案”，其為完成最終的設(shè)計提供了正確的概念和思路。可以認(rèn)為，概念設(shè)計是整個建筑設(shè)計前進的指示燈，更是整個建筑設(shè)計的靈魂。

2）由于傳統(tǒng)的設(shè)計方法需要設(shè)計師依賴規(guī)范、查找手冊、依靠一體式計算機程序進行，從而缺少風(fēng)格和原創(chuàng)性，而概念設(shè)計可以使工程師根據(jù)自己的經(jīng)驗及理論知識，從根源分析問題，做出合理的以及一定創(chuàng)新性的設(shè)計。

3、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計需遵循的原則

1）全面綜合考慮原則：結(jié)構(gòu)概念設(shè)計時，首先要對所設(shè)計工程的各方面做綜合的考慮，包括建筑、結(jié)構(gòu)、施工等。例如建筑方面要考慮空間使用，采光、通風(fēng)、防火、實用、舒適、美觀的要求；結(jié)構(gòu)方面要考慮結(jié)構(gòu)受力的合理性，主體結(jié)構(gòu)剛度變化的均勻性，結(jié)構(gòu)體系的可靠性、經(jīng)濟性；施工方面要考慮取材的方便與否，成型的可能，以及施工技術(shù)的先進與否等等。這些就為做好結(jié)構(gòu)概念設(shè)計奠定了最初的基礎(chǔ)。

2）優(yōu)化選型原則：結(jié)構(gòu)體系的選擇應(yīng)從建筑、結(jié)構(gòu)、施工條件、設(shè)備等各專業(yè)綜合考慮，例如根據(jù)建筑功能要求選擇結(jié)構(gòu)體系，一般商場、車站、展覽館等多層房屋用框架結(jié)構(gòu)比較多；高層住宅、公寓、賓館等用剪力墻結(jié)構(gòu)比較多；酒店、寫字樓、教學(xué)樓等綜合性公共建筑用框架-剪力墻、框架-核心筒結(jié)構(gòu)較多。再有根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，一般建筑可以根據(jù)最大適用高度和高寬、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地類別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)綜合考慮選擇結(jié)構(gòu)體系等等，其實就是考慮一個建筑體各個方面的矛盾與統(tǒng)一，在滿足各方面要求的前提下優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置，使其具有良好的整體性。

3）合理受力原則：概念設(shè)計是正確運用力學(xué)原理處理結(jié)構(gòu)受力的問題。結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計應(yīng)做到：①結(jié)構(gòu)的布置宜規(guī)則、對稱、受力明確、力求簡單、傳力合理、途徑不間斷，并具有良好的整體性，要避免不明確的受力狀態(tài)；要盡可能利用結(jié)構(gòu)的對稱性、剛度的相對性、變形的連續(xù)性和協(xié)調(diào)性，既要分析各部分構(gòu)件的直接受力狀態(tài)，還要分析整體結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，要抓住主要的受力狀態(tài)和變形，忽略次要的受力狀態(tài)和變形；②構(gòu)件設(shè)計應(yīng)該遵守“強柱、弱梁、更強節(jié)點、強剪、弱彎”的原則；主要承載豎向力的構(gòu)件不應(yīng)作為主要耗能構(gòu)件。從構(gòu)件自身看，混凝土構(gòu)件要避免剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土壓潰先于鋼筋屈服、鋼筋和混凝土的粘結(jié)破壞先于構(gòu)件自身破壞，以避免造成脆性失效。

4）減輕自重原則：結(jié)構(gòu)所承受的荷載有兩種，豎向荷載和水平荷載。豎向荷載的85%以上是建筑自重，水平荷載中的地震作用與建筑物自重直接相關(guān)。減輕自重不僅可以減輕結(jié)構(gòu)承受的荷載，而且可以降低工程造價、加快施工的速度。減輕自重可采取以下措施：①采用新型輕質(zhì)高強材料；②采取高效能的結(jié)構(gòu)型式；③選擇優(yōu)越的結(jié)構(gòu)體系；④選擇合理的結(jié)構(gòu)。

5）多道防線原則：一個結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作，每個體系都有其應(yīng)有的承載能力和變形能力；再者一個結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部的贅余度，這樣即使一些構(gòu)件受損或者破壞結(jié)構(gòu)仍然不會整體破壞。

4、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計應(yīng)注意的問題

1）發(fā)生地震時，結(jié)構(gòu)所承受的地震力，是一種偶然的，瞬間的間接作用，其大小和方向隨時間在不停的變化。我們所做的結(jié)構(gòu)就是要在地震作用下小震不壞、中震可修、大震不倒。雖然建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形和破壞，但不至于倒塌，即使倒塌也是塑性破壞，有足夠的逃生時間，避免發(fā)生突然的脆性破壞。

2）溫度對建筑結(jié)構(gòu)的作用：溫度對建筑結(jié)構(gòu)的作用主要是由溫度差造成的。溫度差可分為季節(jié)性溫度差，室內(nèi)外溫度差和日照溫度差，另外還有由于設(shè)備造成的溫度差，火災(zāi)造成的溫度差。溫度對建筑結(jié)構(gòu)具有不可忽視的影響，主要是由于溫度變化產(chǎn)生收縮應(yīng)力導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫，我們應(yīng)在柱、墻、梁、板必要的部位適當(dāng)增加構(gòu)造配筋，減少鋼筋混凝土的收縮變形和徐變變形，提高構(gòu)件的承載能力，減少和控制混凝土裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。

3）整個結(jié)構(gòu)體系應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。應(yīng)保證結(jié)構(gòu)剛度、承載力沿房屋高度均勻的變化，連續(xù)分布，避免剛度突變，避免造成結(jié)構(gòu)的軟弱和薄弱部位。對相對薄弱的部位，應(yīng)采取加強措施。

結(jié)語：

隨著我國對建筑設(shè)計的不斷重視，傳統(tǒng)設(shè)計的舊觀念已不再適合當(dāng)今社會的發(fā)展趨勢。建筑設(shè)計師也將把優(yōu)化設(shè)計思路，轉(zhuǎn)變設(shè)計方法作為當(dāng)今建筑設(shè)計的一個新方向，而概念設(shè)計也將成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種主要趨勢。