杨瑞 陆耀健
河南福兴建设工程有限公司
摘要：建结构概念设计是结构设计中的一种新的设计方法。在进行结构概念设计时，结构工程师将结构设计经验与理论知识相结合，对建筑结构设计进行概念性地分析和比较，确立建筑结构的总体布局，形成合理的设计。本文对概念设计在建筑结构设计中的应用进行简单探讨。
关键词：建筑结构；结构设计；概念设计
前言
概念设计是一种实现结构设计的多样化要求的手段，是建筑设计师基于设计经验、设计理论以及将要建设的项目工程的特点，对建筑结构的抗震结构以及总体布局进行规划，并在建筑工程结构设计的初期对设计方案进行概念性的分析估算与比对。这种设计方法具有定性准确、概念明确、便捷的优势，从而可以在实际应用中取得良好的经济效益。
一、结构概念设计
多高层结构设计的主要目的即是为了抵抗水平力的作用，防止扭转，为有效的抵抗水平力作用，平面上2 个正交方向的尺寸宜尽量接近，目的是保证这2 个方向上的。“惯性矩”相等，以防止1 个方向强度（稳定性）储备太大，而另一个方向较弱。因此，抗侧力结构（柱、剪力墙）宜设置在四周，以增大整体的抗侧刚度及抗扭惯性矩，同时，应加大梁或楼层的刚度，使柱（或剪力墙）能承担较大的整体弯矩，这就是“转换层”的概念。
防止扭转的目的，是因为在扭转发生时，各柱节点水平位移不等，距扭转中心较远的角柱剪力很大，而中柱剪力较小，破坏由外向里，先外后里。为防止扭转，抗侧力结构应对称布置，宜设在结构两端，紧靠四周设置，以增大抗扭惯性矩。因此，高层或超高层建筑中，尽管角柱轴压比较小，但其在抗扭过程中作用却很大（若角柱先坏，整个结构的扭转刚度或强度下降，中柱必定依次被破坏），同时，在水平力的作用下，角柱轴力的变化幅度也会很大，这样势必要求角柱有较大的变形能力。由于角柱的上述作用，角柱设计时在承载力和变形能力上都应有较多考虑，如加大配箍，采用密排箍筋柱、钢管混凝土柱。混凝土基本理论指出：混凝土构件的曲率延性，即弯曲变形能力主要取决于截面的相对受压区高度和受压区边缘混凝土的极限变形能力。相对受压区高度主要取决于轴压比、配筋等，混凝土的极限变形能力主要取决于箍筋的约束程度，即箍筋的形式和配箍特征值。因此，为了增大柱在地震作用下的变形能力，控制柱的轴压比和改善配箍具有同样的意义，因而采用密排螺旋箍筋柱或钢管混凝土均可以提高柱轴压比的限值。
二、建筑结构概念设计措施
1、结构设计与概念设计协同工作的应用
在建筑结构设计中，协同工作的定义是将建筑工程中的每个构件的性能和作用充分到极致，并实现与其他部件的相互配合，在协同工作中，要求与各个产品零部件的使用寿命相似，并且具有相同的荷载，正确处理基础结构与上部结构之间的关系，确保两者之间形成一个有机的整体。在结构设计的协同工作中，由于砖混结构容易受自身结构刚度的影响，当砖混结构发生不均匀沉降现象，则可以利用钢圈、构造柱两者之可以形成一个有机的整体的协同工作原理来抵御不均匀沉降的现象，总的来说，利用协同工作的概念，其可以确保结构中各个部件的受力均匀。另外，对于高层建筑的结构设计，应避免短柱对结构设计的影响，确保各个柱子的水平应力和最大承载能力，随着建筑物楼层的增高，无论是在水平方向上，还是在竖向方向上，其荷载力将会变大，针对这种情况，可以通过在在柱截面设置田形柱来提高整个建筑结构的承载能力，进而减少短柱现象。
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2、概念设计在方案选择中的应用
在方案的选择中，要将概念设计思想运用其中，从而保证方案选择的合理性。在基础方案的选择中，我们应该综合地质条件、结构类型、荷载分布情况、施工条件等多方面因素进行考虑，从而选择出最佳基础方案。在基础设计过程中，也要用到概念设计思想，应依据地质勘察报告进行设计，倘若没有报告，要自己调查有关资料，明确建筑场地的地质情况等，只有具备足够的信息量才能使设计更准确。值得注意的是：在同一个结构单元中，不能够运用其它结构体系。另外，在设计中，应该充分的发挥地基的潜力，有必要的话还要进行变形验算。
3、概念设计在电算分析中的应用
随着信息化时代的到来，计算机技术得到了更广泛的应用，建筑结构设计中也应用了计算机技术。虽说计算机设计给设计人员减轻了工作负担，但是由于多方面因素，计算机软件本身存在一定的问题，不同的软件情况也不相同。因此，通过计算机软件计算出来的结果会出现错误，倘若使用不同的软件，其计算结果也存在差异。针对这种情况，就需要将概念设计应用到电算分析中，在通过计算机软件得出结果后，结构设计师要凭借自身掌握的专业知识和多年的实践经验，来进行电算结果的判断，从而保证计算结果的准确性。
4、建筑场地的合理选择
建筑场地的选择作为设计前首要考虑的因素，也是对于建筑设计起着决定性与基础性的因素。在进行建筑场地选择时一般要考虑以下因素：防护距离、建筑退界、日照间距等。此外在建筑设计中还要尽量避免在危险地段选址，实在不能避免的情况下可以结合相应的抗震措施，在设计前进行抗震地点以及勘测进行分析。
5、基于现场情况选择建筑结构
一旦建筑场地选定后就要根据建筑的地形特点以及建筑形式对建筑基础进行选择。一般使用到的基础包括桩基础、箱型基础等。其中桩基础主要适用于土质松软或者是负荷较大的多层结构中，在高层建筑中具有较广的应用。尤其是在天然的地基中这种桩基形式可以将载荷从上部传递到下部，从而保证稳定性与可靠性。此外箱型基础具有优良的整体刚度，可以实现将载荷均匀的传递到下部结构，保证了结构的整体稳定性，避免或者减小基础的不均匀沉降，对于提升建筑的抗震性能具有重要的意义。
6、建筑主体结构的选择
建筑结构的设计一般要遵循对称与合理的原则，一般建筑结构的对称是通过抗侧力结构主体为对称，例如剪力墙结构布置。为了实现机构对称一般可以使用调整建筑物质心、结构侧心以及平面形心的距离，从而达到结构的对称性
7、抗震抗灾能力的强化
建筑设计和施工的成功与否，不只是外型和质量的方面，还有抗震抗灾上的需求所以机构概念的设计，要考虑到抗震抗灾的问题，在设计时要多增加防线，以期实现减弱地震的危害性当然结构的变化也能起到抗震抗灾作用，比如安装特定的原件，使得建筑体对地震的破坏力进行有效的减弱。
8、结构刚度科学化选取
建筑结构在刚度的选择上至关重要，而且在建筑结构概念设计中也必须遵守刚度的要求结构刚度可科学化选择，是保证工程质量的有效措施，还能够对地震等灾害起到危险性降低的作用与此同时，结构刚度的科学化选取还能扩大空间的占有率，使建筑平面的利用率等都能得到合理的利用。结构刚度及构件受力应符合要求，通过降低结构构件的延性指标来提高结构刚度，然而，在结构设计中，为了准确判断出计算方法的正确性，则可以根据相关概念设计的延伸来确定。随着计算机技术的快速发展，大多数设计都是通过计算机来实现的，但是，在设计过程中，若只利用计算机来计算，由于计算结果未作科学分析，这必然导致计算机计算的结果与实际情况不一致，因此，将实践与设计理论有效结合起来，对计算结果进行科学分析，合理对施工图纸进行调整，以保证结构设计的科学性、合理性。
结束语
总之，建筑结构设计在建筑设计中呈面极其重要的地位，我们不仅要努力做好各项工作，还要与其它方面协调一致、相辅相成。从而使概念设计在建筑结构设计中发挥更大的作用，为建筑结构设计提供可靠的保障。
参考文献：
[1] 张元. 建筑结构设计中的概念设计初探[J]. 中国新技术新产品. 2010（01）
[2] 徐涛. 对高层建筑结构设计的分析[J]. 建材技术与应用. 2010（03）
论文作者:杨瑞,陆耀健
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/3/28
标签：结构论文; 结构设计论文; 概念论文; 刚度论文; 建筑论文; 角柱论文; 建筑结构论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;