概念设计思想在建筑设计中应用

概念设计思想在建筑设计中的应用

[摘要]随着计算机技术和计算方法的发展，计算机及其结构程序在结构工程中得到大量地应用，每个设计单位都在为彻底甩掉图板而做努力。结果给部分结构工程师造成一种错觉，觉得结构设计很简单，只需遵循规范、手册、图集，等待建筑师给出一个空间形成的方案（非结构的），使用计算机，然后设法去完成它，自己只不过是一个东拼西凑的计算机画图匠而已。这不仅不能有效地运用他们的知识、精力和时间，而且还会与建筑师的交流中产生分歧与矛盾。 因此概念设计对于建筑结构设计的意义重大。正确进行概念设计必须正确分析电算结果、设计多道抗震防线、合理选择结构方案、合理选用计算简图、选择合适的基础方案、采取相应的构造措施。建筑结构设计方案的经济合理是概念设计的最终目标。因此一个适用的、经济的、合理的结构方案是概念设计的首要选择。 [关键词] 概念设计 建筑设计 应用 引言

随着概念设计的广泛应用，概念设计越来越多的优点将会被更多的工程师所发现和接受，并将成为今后结构设计的主流思想。因此，研究建筑结构的概念设计对今后建筑设计的发展是具有深远意义的，这就需要建筑设计师不断探索和学习，为建筑设计做出更大的贡献。本文主要简单探讨概念思想在建筑设计中的应用。 一、概念设计的涵义

所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精

确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的的经济可靠性能。同时，也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。运用概念设计的思想，也使得结构设计的思路得到了拓宽。传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力r，以至混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例，一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋,增加了结构的刚度,反而使地震作用效应增强。其实，为什么不考虑降低作用效应s呢？目前在抗震设计中，隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在基础与主体之间设柔性隔震层；加设消能支撑（类似于阻尼器的装置）；有的在建筑物顶部装一个“反摆”，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应。

合理设计可降低地震作用效应达60%，并提高屋内物品的安全性。这一研究在国内外正广泛地深入展开。在日本，研究成果已经广泛应用于实际工程中，取得良好的经济、适用效果。而我国由于经济、技术和人们认识的限制，在工程界还未被广泛地应用。 二、概念设计对于建筑设计的意义 2.1方案更完美

概念设计可以在建筑设计的方案阶段有效地对结构体系进行构思、比较并最终做出选择。由概念设计所得到的方案往往概念清晰、定性正确，这一方面能避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，同时也使概念设计具有较好的经济可靠性能。 2.2强烈的创新性

一般来说，概念设计做得较好的工程师，其结构概念将随他实践的积累越来越丰富，设计成果也越来完善。但是，随着社会分工更细，很多结构工程师还停留在只知道依赖规范、参照设计手册、应用计算机程序做习惯性传统设计的阶段，这样做出来的设计缺乏创新。因此，要展现先进的设计思想，就必须引进结构设计概念。 2.3判断电算结果可靠性

我们知道，掌握好概念设计一方面可以保证正确的设计原则，另一方面也可以解决设计中出现的问题以提高设计水平。而且，当发现设计中出现了技术问题时，可以利用概念设计来分析原因，找到问题的症结所在，这个方法尤其适用于判断电算结果。 2.4弥补计算机设计不足

概念设计的重要性还体现在方案设计的阶段，计算机不能完成初步设计过程，这时就需要结构工程师综合运用自身掌握的结构概念，选择造价最低、效果最好的结构方案。有的设计人员用多、高层结构三维空间分析程序来计算底层框架，还人为的布置一些抗震墙，即不能满足楼层间的合理刚度比，也不能正确地反映底层框架在地震时受力状态。问题在于结构概念不明确，没考虑这两种结构体系的差异。软件的选择和使用不当，造成危害是不容忽视的。美国一些著名学者和专家曾警告工业界：“误用计算机造成结构破坏而引起灾难只是一个时间的问题。”然而避免这种情况，概念设计的思想不妨是个好方法。

三、概念设计在建筑设计中的应用

建筑结构设计方案的经济合理是概念设计的最终目标。因此一个适用的、经济的、合理的结构方案是概念设计的首要选择，这其中所必须考虑的因素包括：

3.1合理选择利于建设的建筑场地

建筑场地的选择时设计的首要必经阶段，一个合理的利于项目建设的场地对整个结构概念设计后期阶段起到重要的作用。建筑场地的选择首先应遵循这几个基本要素：建筑退界、防护距离、防火间距、日照间距、防噪间距、建筑高度控制、通视要求、现有地形分析等。同时在建筑结构设计体系中，建设的场地应尽量选择有利于抗震的地点，尽量避免在不利于抗震的危险地段建造建筑，如果实在无法避免，也应采取有效措施尽量减少和消除不利影响，一般

在初步设计前就要进行勘探和选址。 3.2合理选择建筑基础

完成建筑场地的选择后，再根据不同建筑的地形特征和结构形式选择合理的建筑基础。一般常包括有桩基础，箱形基础和筏形基础这三种建筑基础形式。

3.2.1桩地基：普遍应用于地质松软并且负载较大的多层建筑结构。使用天然地基无法足够承载时，而采用桩地基可将荷载由上部结构传送到下部坚实的持力层。

3.2.2箱形基础。箱形基础广泛应用于高层建筑中，其整体刚度适当，可以将荷载通过上部结构均匀地传至下部基础中，从而使结构组成良好地得以嵌固，并且降低了箱基不均匀沉降的问题，增强了建筑物的抗震抗灾承受力。

3.2.3筏形基础。该基础适用于低承载力地基、大荷载上部结构的建筑工程。其特点是刚度大结构整体良好，可以将上部结构的超荷载有效地进行分散从而将基地的压力有效的调整并解决不均匀沉降的问题。

3.3合理选择结构规则和对称的建筑主体

主体建筑结构选择必须合理、简单和对称，布局合理的结构可减小扭转力，稳定非结构件工作状态，降低耗材成本。通常建筑结构的对称是指抗侧力主体结构的对称，可选择较容易对称的平面结构如简体框架结构、剪力墙结构等。另外，建筑内结构的对称亦需要结合建筑平面工程对其进行合理布置。实现结构基本对称的方法

可通过调整结构刚心、建筑物质心及平面形心的距离，使三者尽可能靠近。

3.4合理设计抗震抗灾防线

作为一个建筑最基本的要求就是必须具备良好的抗震和重力承载的能力。设计中应设计多道抗震防线避免和消耗地震发生时的破坏性。可以采用适当的控制结构动力来减轻建筑物受震动时破坏程度。若建筑结构遭受强烈震动的时候，通过赘余杆件的变形和屈服可以耗散地震的能量，同时可使赘余杆件停止工作从而将避开共振效应，使整个建筑结构过渡到另一种稳定的体系。 3.5合理选择结构刚度

设计中选择的建筑结构必须具备一个适当合理的刚度，同时也是建筑结构设计中的不可忽略的指标之一。选择合理的结构刚度，可加长结构的基本自振周期，从而减小地震作用的危害。合理的结构刚度，主体承受的水平力，倾覆弯矩，地基基础负担都能有效的减少，从而配置合理数量的建筑构造材料，减少耗材。同时，合理的主体结构刚度，可有效减少结构占用空间，提高建筑平面的利用率，做到既经济又合理。 3.6合理选用计算简图

计算简图是概念设计结构计算的基础，选择合理的计算简图可以保证建筑的安全和稳定，否则，不当的计算简图可能引发安全事故的隐患及发生。设计合理的计算简图的同时，设计师应同时提供构造措施进行相应的保证。

结束语

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用， 使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。这则需要工程界和教育界进行共同的努力。推广概念设计思想是一种有效的办法。 参考文献

1． 高立人，王跃，结构设计的新思路——概念设计，工业建筑 ，1999（1）

2． 戴国莹，李德虎，建筑结构抗震鉴定及加固的若干问题，建筑结构，1999（4）

3． 林同炎，s.d.思多台斯伯利 ，结构概念和体系，中国建筑工业出版社