建筑结构设计中的概念设计与结构措施研究论文_褚江

建筑结构设计中的概念设计与结构措施研究论文_褚江

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摘要:建筑结构中的概念设计是指通过采用一定的结构措施,合理的确定结构的总体布置和细部构造。本文从概念设计的定义入手,通过概念设计的特性分析来阐述其对建筑结构领域改革的重要意义,梳理总结建筑结构设计中概念设计的应用及相关的结构措施。

关键词:结构设计;概念设计;结构措施

引言

建筑技术发展到今天,建筑结构设计已经不仅仅是一门与建筑设计相配合的专业技术,特别是概念设计作为现代建筑设计领域的新兴理念,对于技术高超的设计师,结构体系的概念设计可以作为一门艺术进行探讨、研究。在这种背景下,不进行精确计算、不经过理性分析的概念设计可以使整体方案更具创新性、艺术性。同时,概念设计易于手算,可以大胆利用估算方法对结构体系的初步构思进行比较与选择,减少了方案后期阶段的相关不必要的繁琐计算,由此大大提高了方案的可行性。

一、概念设计的特性

通过借鉴国外先进理念,总结自身的设计经验,我国建筑结构设计也逐渐探索出自己的发展道路。其中,概念设计就是重要突破之一,概念设计是指从建筑总平面布局、结构计算到构件设计、构造措施等方面都注重增强建筑抗震性措施的应用,包括:加强建筑结构的刚度、减少结构扭转,规避薄弱结构、静定结构,有效避免建筑发生因局部破坏而引起连锁反应,其概念主要包括以下两方面特性:

1、创新性

概念设计往往不借助计算及精确的力学分析,甚至在设计规范中没有定义的情况下,对建筑结构进行整体设计。相比传统设计方式,概念设计更依赖于工程师自身的经验和判断,而不是经过计算或计算机程序获得的既有结论。

2、整体性

由于摆脱了精确分析的束缚,概念设计需从整体的视角对结构体系进行设计,在提供新的设计思路的同时,其设计成果也更加直观和便于理解,更具有经济性和适用性。

二、概念设计的优势及重要意义

目前,概念设计已深入人心,成为建筑结构设计的主流。随着城市建筑产业突飞猛进、概念设计被逐渐应用,概念设计不仅推动了建筑结构进一步发展,同时也给建筑设计带来更加深远的影响。概念设计的突出优势主要包括以下三个方面:

1、摆脱计算机程序模式

毋庸置疑,计算机的精确计算能大幅提高建筑结构设计的安全稳定性,但由于灵活性不足,经常会出现结构设计理论和计算机理论相互矛盾,也带来结构工程师对常规结构工作性能的误解,因此,需要设计人员利用整体概念设计来填补计算设计能力不足的缺陷。

2、创新工程师设计思维

目前工程师的设计还主要依赖手册、使用计算机程序进行设计的方式,事实上在建筑方案设计时尤其在方案设计之初,过于精准的结构模式会桎梏结构工程师的思维。在初步设计过程中有许多预想方案不可以用计算机代替,需要工程师依赖自己的工作经验和专业知识进行构思和创作,从而在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想,通过多方案比选创造出更加合理、经济的结构体系。

3、优化建筑结构抗震性能

因概念设计要求明确建筑物的地震传递途径和计算简图,对抗震薄弱环节特别提出措施加固,从整体视角来考虑如何使整个建筑结构拥有良好的延性和抗震能力,避免了因局部破坏而导致的建筑物倒塌情况。从根源处解决问题,极大提高、优化建筑抗震性能。

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三、概念设计的应用及结构措施

概念设计从理论应用、工程经验、技术手段等方面进行变革,因其自身优越性,近年来,概念设计在城市建设的结构设计领域得到了广泛的应用,主要集中于以下几个方面:

1、选择建设场地

建筑场地的选择是进行建筑方案设计时首先和必须要经历的阶段,在建筑结构初步设计前,充分考虑抗震、建筑退界、防护距离、日照间距等相关因素,合理选择建设场地,例如:选择抗震性较好的地段,平面规划中减少不规则的布局方式。通过以上措施以有效规避或减轻相关不利因素,为建筑设计奠定良好的基础。

2、选择建筑基础

以建筑场地的选择为前期工作,在桩基础、箱型基础和筏型基础等常用的基础中进行选择,以概念设计采用合理的结构形式。考虑现场土质情况,土质松软负载较大的多层结构,多采用桩基础;而箱型基础因具有较强的整体刚度、较好的抗震能力,在高层建筑中较多采用。

3、选择建筑主体结构

按照建筑力学基本原理,合理、对称的结构形式可以降低扭转力、降低耗材,从而可以使建筑构件保持稳定的工作状态。概念设计通过调整建筑物质心、平面形心等方式,减少它们之间的距离,最终实现结构的对称,提高建筑结构的平面规则性,使建筑整体获得最大的经济性。

4、选择建筑结构刚度

结构刚度是否合理是衡量建筑结构成功与否的重要指标,通过概念设计在设计过程中将设计经验理性、科学地利用起来,再与施工中可能遇到的问题互相结合,对计算结果进行分析,实现合理的建筑刚度、提高结构中重要构件、关键构件的延性,可以有效减少建筑耗材、加强结构的耗能能力、降低空间的占用率,在提高建筑抗震性的同时,大幅提高建筑总平面的使用率、经济性,最终实现最佳设计效果。

5、选择建筑结构材料

为保障概念设计的成效,在选择结构材料时应尽量选择延性、韧性以及可焊性较好的,控制脆性材料的用量,提高结构变形能力;同时,遵循“强节点、弱杆件”的节点连接原则,精准计算节点连接。最后,要注意施工过程中实际问题的现场处理,面对施工过程中的突发情况,有赖于专业技术人员的经验,建设相关各方协调沟通后,优化完善出准确、合理的解决方案。

结束语

提出完善、可行的概念设计是建筑结构体系架构成功的关键,也对结构工程师提出更高的要求:一方面需要结构工程师不断巩固自身专业技能并汲取先进的设计思想;另一方面,在提高结构体系的合理性的同时,积极开拓创新。通过不断运用概念设计理念,进一步创造、推广新型建筑结构,以此促进整个建筑行业的进步与发展。

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论文作者:褚江

论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期

论文发表时间:2017/11/22

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