申晓宝
华蓝设计（集团）有限公司 530011
摘要：结构概念设计在建筑结构设计中的运用能够不断丰富结构概念，了解各类结构的性能，对于促进建筑的繁荣和发展具有重要意义。本文结合结构概念设计的相关理论，研究了结构概念设计在建筑结构设计中的作用
关键词：结构概念设计；建筑结构设计；作用
前言
结构设计是极其复杂的，力学计算仅仅是对于结构的计算简图与荷载简化模式的分析，实际结构的受力状况存在着大量的被忽略的内容，因此，作为结构工程师，不能简单地依靠力学分析，更不能依靠计算机的计算结果，而应该根据力学与结构的基本概念，把握结构设计中宏观的结构体系与概念原则。这种宏观的结构体系与概念原则，就是结构设计中所体现的概念设计原则。尤其是对于结构的抗震设计，概念原则更为重要。
1.结构概念设计概述
1.1结构概念设计的概念
建筑工程的概念设计在我国应成为一个先于建筑工程的初步设计，以功能优越、造型美观、技术先进的总体方案为目标的设计阶段。建筑工程的概念设计一般有建筑方面的概念设计和结构方面的概念设计两大部分，它们之间相互影响、相互协调、相互结合。
做好结构概念设计的思维方式，需要把握以下几个方面：从习惯于纵向思维（从结构的方案、体系、布置）转变为兼注意横向思维（规划、设备、施工的结合）；从习惯于重视设计规范，转变为更重视实践；从习惯于重视理论分析，转变为兼重视综合考虑；从习惯于追求“绝对地确定”，转变为注意“相对地比较”；从习惯于标准、定型、传统，转变为改革、更新、创造。总之，要做到构思有新意，做法有创新，尽可能采用新技术，为新的实践提供新思路。
1.2结构概念设计与建筑结构创新
结构布置的调整，须在概念设计的基础上，从整体上进行把握，做到有的放矢。在具体设计时应注意的问题：如，一般高层建筑单位面积的重量多数在15 左右，如计算结果与此相差很大，则需考虑电算数据输入是否正确；又如，高层建筑计算出的第一振型为扭转振型，则表明结构的抗侧力构件布置得不尽合理，质量中心与侧向刚度中心存在偏差，平动质量对于刚度中心产生扭转惯性；或是抗侧力构件数量不足；或是整体抗扭刚度偏小，此时对结构方案应从加强抗扭刚度，减小相对偏心，使刚度中心与质量中心一致，减小结构平面的不规则性等角度出发，进行调整，因此可采用加强抗侧力构件截面或增加抗侧力构件数量，将抗侧力构件尽可能均匀对称地布置在靠近建筑物周边，必要时设置防震缝，将不规则平面划分为若干相对规则平面等方法进行处理[1]。
2.结构概念设计在建筑结构设计中的作用
2.1拓宽了建筑结构设计的思路
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尺，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。这就是传统的“被动设计方法”。如果从降低作用效率来考虑，如隔震消能的研究就是一个很好的例子。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。
2.2有利于结构工程师更好的分析设计
高层建筑结构设计尤其是在高层建筑抗震设计中，应当非常重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性，发生地震时地震动的不确定性，人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性，高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性，材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果可能与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。因此在设计中，虽然分析计算是必需的，也是设计的重要依据，但仅此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，还必须非常重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要[2]。
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2.2结构概念设计对建筑结构设计的影响越来越大
结构概念设计的思想已被越来越多的结构工程师所接受，并将在建筑结构设计中发挥越来越大的作用。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。这则需要工程界和教育界进行共同的努力，共同推广概念设计的思想。
2.4结构概念设计有利于优化建筑结构设计
首先是对结构体系的优化。前提是掌握各类基本构件的特征（如与受力相关的几何特征、与变形相关的刚性特征等），根据环境、使用、建筑和荷载实况优化选择合理的基本构件，确定它们间的联系，形成基本结构单元和它的支承做法（如框架结构、筒体结构等）；再将基本结构单元通过线型、平面、叠合、交叉等集合形式构成主要结构体系。其次是对结构布置的优化。在满足使用要求和建筑意向前提下优化地布置楼屋盖水平系统、柱墙竖向支承系统和基础系统。这时除比较各种布置的承载能力、竖向和侧向变形、支承做法、地质条件等结构问题的合理性、优越性外，重要的原则是平立面宜规则、对称，具有良好的整体性，竖向剖面除规整外侧向刚度宜均匀变化，自下而上逐渐减小，避免突变。最后是对构造做法的优化。重点是结构构造做法和建筑构造要求相一致，结构的理论构造要求和施工的实际构造做法相一致[3]。
3.案例分析
3.1工程概况
某高层塔楼住宅建筑，共21层，含一层地下室，地下室底标高为-3.40m。层高分别为：地下4.9m，一层4.8m，二至十八层2.9m，十九至二十一层3.1m。本工程抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，框架抗震等级为二级，剪力墙抗震等级为一级，场地土类别为II类。
3.2概念设计思想运用的分析
①填充墙的材料问题：为了减轻塔楼自重，除外墙采用200mm厚的黏土空心砖外，其余内隔墙应首选加气混凝土砌块，其次是黏土空心砖。加气混凝土砌块加砂浆砌筑后的容重取9～10 ，黏土空心砖的容重则按实际取用。另外在布置填充墙时，应考虑其布置方式对主体结构的不利影响，避免平面布置不均匀造成主体结构扭转，上下布置不均匀造成层刚度突变形成软弱层。
②层间剪刚比调整问题：塔楼地下室层高为4.9m，首层为4.8m，二层以上为2.9m。显然，如果首层与二层的剪力墙面积相同，则两者的刚度比为1.655，即二层的刚度大于首层，因此为了使塔楼各层的刚度趋于均匀，应将各层的剪力墙厚度进行调整，具体如下：二层以下的剪力墙厚度调整为：除电梯间和楼梯间的墙厚200mm，电梯井筒间墙厚160mm外，其余均为240mm；二层以上除电梯间和楼梯间的墙厚180mm，电梯井筒间墙厚160mm外，其余均为200mm，并且尚需经电算进行调整。
③剪力墙的抗侧刚度问题：本工程的结构体系为钢筋混凝土剪力墙结构，为了使结构不致因剪力墙抗侧刚度太大造成结构的自振周期短，房屋顶点位移、层间位移小，从而使得工程费用增加，本工程对墙体的位置、墙肢的长度均进行了合理的布置和调整，使一般墙肢长度多在2．5～3m。为了避免剪力墙体系产生水平方向的扭转问题，在考虑剪力墙的布置时尽量做到正交抗剪中心接近建筑物质量产生的侧向荷载的作用中心。
4.结语
总的来说，结构概念设计不仅仅是结构工程师“规范加计算”，更不是“规范加一体化计算机结构分析程序”，而应是对结构设计概念、经验、悟性、判断力和创造力的掌握。在当前面临困难、挑战和竞争的形势下，建筑结构设计者要不断学习，设计水平要提高，技术要创新，这样才能与时俱进，去适应时代的发展。
参考文献：
[1]张广生.建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J]. 中国新技术新产品，2012（03）：13-15.
[2]吴爱菊.结构设计中的概念设计与应用[J].温州职业技术学院学报，2013（02）：40-41.
[3]徐正加.浅析建筑结构设计中概念设计的意义与应用[J].大众商务，2012（03）：20-21.
作者简介：
申晓宝（1987.11—），男，广西柳州人，助理工程师，本科，从事结构设计工作。
论文作者:申晓宝
论文发表刊物:《基层建设》2015年13期供稿
论文发表时间:2015/12/22
标签：结构论文; 概念论文; 结构设计论文; 刚度论文; 建筑论文; 作用论文; 构件论文; 《基层建设》2015年13期供稿论文;