概念設計在建筑結構設計中的應用

張鑫

【摘要】眾所周知，建筑結構設計是當前建筑工程項目中比較關鍵的一環，其對建筑工程項目整體效果的實現有著重要的作用，概念設計在建筑結構設計中占有重要的地位，概念設計在不同的領域中會有不同的運用方法，概念設計為設計人員提供了一種新思路。概念設計的運用不僅可以完善自己的設計作品，同時還能夠提高自己的設計技能，在眾多的實踐中獲得經驗?；诖?，本文主要對概念設計在建筑結構設計中的應用進行分析探討。

【關鍵詞】概念設計；建筑結構設計；應用

1、前言

在經濟全球化的新局面下，我國的建筑結構設計工作必須跟得上時代的步伐，傳統的結構設計方法是十分單調的，其與社會的發展形勢也是無法相適應的。所以，在建筑結構設計工作中應用概念設計就顯得十分地重要和必要，其能夠有效的處理建筑結構設計過程中易出現的問題，并保證設計工作更加的貼近人們的生活，大大提升了建筑的應用價值。

2、概念設計總體概述

2.1概念設計的含義

概念設計追求的是逐漸向具體、精細、清晰的演化過程，在整個設計中，這種逐漸精細化的理念貫穿著始終。在建筑結構的設計中，概念設計也就是指對結構體系和分體系所作的分析。同時根據分析得出的結果結合設計人員長期的工作經驗進行結構設計創作，從而完成建筑設計中的抗震設計以及總體水平的設計。近些年來，隨著我國經濟實力的不斷提升，科學技術也有了較大的進步，建筑結構設計的水平也在不斷的提升，將概念設計融入到整個建筑結構的設計中，這是建筑結構設計的需要，同時在建筑結構設計中也應該將概念設計作為整個工作的重心所在。

2.2概念設計的發展

在現在的建筑結構設計中，我們會看到有些設計體現出了概念設計這一信號，只是這種設計形式的體現有時是在有意識的情況下體現出來的，而有的時候是在人們無意識的情況下體現出來的。隨著社會的不斷進步，被要求設計的內容越來越多，越來越復雜，對于設計的水平要求也提高了很多，所以在結構設計過程中很好的融入概念設計就顯得很必要了。但是，在工作中，很多設計人員分屬于不同的工作領域，他們的觀點在一些問題上會存在分歧。所以，我國在設計領域仍然處于一個初期的發展階段，正在慢慢的起步過程中?，F代社會中，信息化已經以很快的速度向前發展，計算機的應用程序越來越復雜。因此，在設計過程中合理的利用信息化工具是一項很好的輔助工具。在現代社會中國狠多優秀的作品中融入了概念設計的理念這種形勢下，結構設計過程中融入概念設計是一種很好的促進設計工作發展的形勢，在社會發展中比較受重視，擁有著較好的發展前景。

3、建筑結構的簡化計算

3.1結構安全度的人為控制

高層建筑結構的設計計算，目前結構工程師都已廣泛采用各類結構軟件電算程序進行。在這種情況下，高層結構的簡化計算還要不要？如果要，深度應該達到什么程度？結構工程師根據實際工程設計的經驗，一致認為答案是明確的，要簡化計算，而且要達到一定的深度，但也不必過于繁瑣，要力求快速，簡捷，明了，并能把握結構的主要受力特征。

3.2結構設計的經濟合理

結構工程師通過高層建筑結構的簡化計算，可以在正式電算前得到主體抗側力結構及其樓蓋結構的合理布置和截面的合理確定，下一步的電算實際上成為簡化計算的輔證和深化，這樣一方面，可以不必在上機后來回調整，節省電算時間，使電算更快捷有效，電算結果也比較放心，另一方面結構的布置，斷面的確定比較快的得到經濟合理的實現。

4、概念設計在建筑結構設計中的應用

4.1平面設計

在水平荷載作用下結構側移已成為高層建筑設計中的關鍵控制因素，如何在滿足相關要求的前提下選擇更好的抗側力體系成了結構工程師追求的重大目標。建筑平面的形狀宜選用風壓較小的形式，并應考慮鄰近高層建筑對其風壓分布的影響，還必須考慮其抵抗豎向荷載能力，在地震作用下，建筑平面要力求簡單規則。風荷載作用下則可適當放寬，因為結構整體彎曲變形所引起的側移與結構體系抵抗傾覆力矩的有效寬度的三次方成反比例關系，所以不適宜建筑寬度很小的建筑物。

4.2剖面設計

4.2.1豎向傳力體系設計

1）應注意控制建筑的高寬比。2）高層建筑的抗側力結構剛度，應注意由基礎向頂層逐漸過渡，要盡量避免出現在豎向上剛度發生突變的現象，以免由于剛度的較大突變而削弱其抵抗水平荷載的能力。3）由于使用上的要求造成剛度變化特別大，或結構布置發生變化時必須設置結構轉換層。4）高層建筑必須有相應的錨固深度，此錨固深度可結合布置設備用房和地下停車庫的需要，作為一層或多層地下空間，這對降低高層建筑的重心有利，可提高建筑抗震能力及抗傾覆能力。

4.2.2豎向形體設計

1）截錐形。采用由下而上分段逐漸減小樓層面積階梯狀體型，能使房屋剛度大大增加，由于房屋頂部的樓面尺寸比底部小，除了在建筑使用功能方面存在優點外，在抗風和抗震方面也具有一定的優越性。2）上窄下寬形。高層建筑隨著高度的增加在符合豎向結構的要求下，樓身向上不斷收進與變細，這樣可減輕承受的風力，降低樓體的重心，加強結構的穩定性，這種形體主要包括上削楔形體和退縮體，上削楔形體利于抗風，抗震，并呈現穩固堅韌的特性，退縮體的形式比較多樣，有收進式，截切式，臺階式。3）新月形。新月形房屋就像一個豎向的懸臂殼體一樣，能有效地增加它低抗側向力的剛度，它的作用就像波形的屋面殼體能有效地抵抗重力荷載一樣，重力荷載由柱—殼—框架承受，側向荷載由豎向的殼體抵抗，該殼體由于樓面結構的加勁作用而得以加強，新月形的殼體形式能有效地抵抗對稱作用與它的側向力。

4.3基礎設計概念

4.3.1基礎與上部結構協同作用

基礎除了與地基相互作用外，與上部結構作用的關系也很復雜，除非在建筑的邊緣部位荷載很大的情況以外，一般建筑基礎的變形總是內部沉降多，外部沉降小，在建造下部幾層時，基礎鋼筋應力不斷增長，建筑到四五層時鋼筋應力達到最高值，以后隨層數和荷載的增加應力又逐漸減小，這種現象是基礎和上部結構協同作用的結果，當上部結構高低層數差別很大，但地下室有直通要求時，應做成整體基礎，高低層不分開是有條件的，首先地基地質要好，或采用樁基。要求地基沉降量不能過大，重要的是控制高低層的沉降差，天然地基的建筑，高層部分一般采用滿堂紅基礎，低層部分采用雙向條形或單獨基礎，高層建筑常設有通往地下車庫的通道，通道緊貼高層的外壁，并平行于外壁，作為車道的底板，便于鋪防水層，也保證了高層建筑的整體連接。

4.3.2基礎選型及特點

根據不同建筑的地理位置結構形式可選擇樁基礎，箱形基礎和筏形基礎。樁基礎，當地基土質較軟弱，建筑物層數較多，荷載較大的情況下，天然地基不能滿足地基承載力的要求可以采用樁基將上部結構荷載直接傳到下部堅實的持力層，高層建筑的樁基礎可采用預制鋼筋混凝土樁，混凝土灌注樁和鋼管樁。箱形基礎，箱形基礎在高層建筑中廣泛應用，它整體剛度好，能將上部結構的荷載均勻地傳給基礎，對上部結構能良好地嵌固，箱基有效地抵抗不均勻沉降，并與周圍土體協同工作，提高建筑物的抗震和抗風能力。筏形基礎，筏形基礎適用于上部結構荷載較大，地基承載力較低的工程，筏形基礎整體較好，剛度大，能有效地分散上部結構的荷載，調整基底的壓力和不均勻沉降。

結語：

在建筑結構的設計過程中加入概念設計的理念，可以從多個方面使設計更加的完善。概念設計在整個建筑的結構體系設計中有很多方面都可以運用到，并且相比于計算機程序下的設計，概念設計有著獨特的優點。只有對概念設計的理念有一個深入的了解，才能正確的處理可能出現的問題，設計出最符合要求，且更安全，更經濟，更高效的作品。

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