1.杭州九米建筑设计有限公司 310012；2.中国建筑科学研究院 100013
摘要：随着社会发展水平的进步，人们对居住质量的要求也越来越高，对建筑结构设计提出了更高的要求。概念设计理念越来越多的被设计师所采用，并在建筑结构设计中发挥出日益重要的作用。概念设计能够打破传统建筑结构设计中墨守成规的成分，充分发挥建筑师的主动性与创造性，已经成为建筑结构设计中的潮流。
关键词：建筑结构设计；概念设计；设计方案
1、前言
随着生活水平的提高，人们对建筑结构有了更高的品味，这无疑又给建筑结构设计增加了难度，向设计师提出了挑战。随着计算机分析软件的推广应用，给结构设计师带来极大方便，同时也增加了设计师对建筑结构计算软件的依赖，制约了设计师的思想，使得综合设计能力不能充分发挥。对建筑结构设计的概念设计进行探讨，肯定了概念设计在建筑结构设计中的重要地位。
2、概念设计的定义
结构设计分为理论和概念设计。理论设计是结构工程师根据计算理论和规范，在对结构进行计算模型的假设及受力状态的假定的前提下，对结构进行计算分析，得出数据式的结果，然后利用结果进行设计。概念设计是指不经数值计算，尤其在一些难以做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。
在建筑设计的方案阶段，从总体出发，采用概念性近似计算方法，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较和选择。这种方法虽有一定误差，但概念清楚、定性准确、手算简单快捷，能很快选择出最佳方案，具有较好的经济、可靠性能，同时也是施工图设计阶段判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
3、概念设计的重要性
随着建筑行业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。为了使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济必需快新型高强、轻质、环保建材的应用，比结合计算机的应用，充分发挥结构工程师的创新能力，深化概念设计思想，体现概念设计的重要作用。主要表现为：
⑴概念设计能够充分从挖掘工程师的内在潜力，充分地展现结构工程师的先进的设计思想和理念。在特定的建筑空间内整体概念来制定结构总体方案，不仅能精确地计算和分析一个给定的分体系和构件，而且要有意识地利用总结构体系与各基本分体系之间的力学关系，将基本分体系有机地组合，确保结构体系受力明确，传力简捷。这就要求工程师必需有富于创新并具有丰富实践经验，设计成果才能更具创新性、完美性。设计质量才能得到最佳的保证。
⑵概念设计可以借助概念性简化计算来完成，虽然存在误差，但它的概念清楚，定性准确，能很快选择和确定最佳方案。同时也是施工图设计阶段判断计算机计算结果是否准确的主要依据。
⑶概念设计可以预防或减少不均匀沉降的危害，可以从建筑措施、结构措施、地基和基础方面加以控制。例如：避免采用建筑平面形状复杂、阴角多的平面布置；避免立面形体变化过大；将体形复杂、荷载和高低差异大的建筑物分成若干单元；加强上部结构和基础的刚度；同一建筑物尽量采用同一类型基础并埋置于同一土层中等一系列措施。在建筑中常常遇到软土地基，需要经过地基处理的方式来达到控制建筑物沉降的目的。目前，常用的软土地基处理方式类型较多，但在选择地基处理方案前，必须认真研究上部结构和地基两方面的特点及环境情况，并根据工程设计要求，确定地基处理范围和处理后要求达到的技术指标，以及各种处理方面的适用性，同时综合考虑处理方案的成熟程度及施工单位的经验，进行多方案比较，最终选定安全实用、经济合理的处理方案。地基经处理后，还必须满足规范所规定的强度和变形要求。因此，概念设计影响整个建筑构造的可行性，直接影响建筑物的构造布局的合理性。其在建筑结构设计中的作用是计算机无法比拟的。
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4、如何开展概念设计
4.1平面设计
建筑平面的形状宜选用风压较小的形式，并应考虑邻近高层建筑对其风压分布的影响，还必须考虑有利的抵抗能力和竖向荷载，在地震作用下，建筑平面要力求简单。在高层建筑中，建筑体受到更多的风压，没有好的的流体外形，就会对建筑产生长时间的水平应力。随着建筑层数提高，水平载荷下的侧移现象逐渐加重。在平常情况下承受内部静态应力，如果发生地震等或者其他地质灾害，则会诱发外部形变，对建筑内居住者产生生命安全影响。在高层建筑中，如何在满足相关要求的前提下选择更好的抗侧力体系成了结构工程师追求的重大目标。
4.2剖面设计
在竖向传力体系设计设计中，首先要注意建筑不能超高，因为新的设计准则对建筑超高有了更严格的要求。在高层建筑的设计中，抗侧力结构刚度，应注意由基础向顶层逐渐过渡，要尽量避免出现在竖向上刚度发生突变的现象，以免由于刚度的较大突变而削弱其抵抗水平荷载的能力。高层建筑必须有相应的锚固深度，此锚固深度可结合布置设备用房和地下停车库的需要，作为一层或多层地下空间，这对降低高层建筑的重心有利，可提高建筑抗震能力及抗倾覆能力。
在竖向形体设计中，截锥形的建筑，采用由下而上分段逐渐减小楼层面积阶梯状体型能使房屋刚度大大增加，由于房屋顶部的楼面尺寸比底部小，除了在建筑使用功能方面存在优点外，在抗风和抗震方面也具有一定的优越性。新月形的房屋就像一个竖向的悬臂壳体一样，能有效地增加它低抗侧向力的刚度，它的作用就像波形的屋面壳体能有效地抵抗重力荷载一样，重力荷载由柱-壳-框架承受，侧向荷载由竖向的壳体抵抗，该壳体由于楼面结构的加劲作用而得以加强，新月形的壳体形式能有效地抵抗对称作用与它的侧向力。上窄下宽形的层建筑随着高度的增加在符合竖向结构的要求下，楼身向上不断收进与变细，这样可减轻承受的风力，降低楼体的重心，加强结构的稳定性。
4.3基础设计概念
基础除了与地基相互作用外，与上部结构作用的关系也很复杂，除非在建筑的边缘部位出现荷载很大的情况，一般建筑基础的变形总是中部沉降多，外级沉降小。
在进行地质条件选型中，首先地基地质要好，或采用桩基。要求地基沉降量不能过大，重要的是控制高低层的沉降差，天然地基的建筑，高层部分一般采用满堂红基础，低层部分采用双向条形或单独基础，高层建筑常设有通往地下车库的通道，通道紧贴高层的外壁，并平行于外壁，作为车道的底板，便于铺防水层，也保证了高层建筑的整体连接。根据不同建筑的地理位置结构形式可选择桩基础、箱形基础和筏形基础。桩基础，当地基土质较软弱，建筑物层数较多，荷载较大的情况下，天然地基不能满足地基承载力的要求可以采用桩基将上部结构荷载直接传到下部坚实的持力层，高层建筑的桩基础可采用预制钢筋混凝土桩，混凝土灌注桩和钢管桩。箱形基础，箱开基础在高层建筑中广泛应用，它整体刚度好，能将上部结构的荷载均匀地传给基础，对上部结构能良好地嵌固，箱基有效地抵抗不均匀沉降，并与周围土体协同工作，提高建筑物的抗震和抗风能力。筏形基础，筏形基础适用于上部结构荷载较大，地基承载力较低的工程，筏形基础整体较好，刚度大，能有效地分散上部结构的荷载，调整基底的压力和不均匀沉降。
在建造下部基层时，基础钢筋应力不断增长，建筑到四五层时钢筋应力达到最高值，以后随层数和荷载的增加应力又逐渐减小，这种现象是基础和上部结构协同作用的结果，当上部结构高低层数差别很大，但地下室有直通要求时，应做成整体基础，高低层不分开是有条件的。
5、结束语
建设工程项目的全过程，设计阶段对工程造价的影响最大。因此，作为重点控制，在设计时必须强调概念设计，在平面布置和构造设计上，使结构更趋合理。实施过程中,做到建筑造型美观，又要造价合理，最终达到投资效益最大化；在规范允许范围内，合理把握关键部位及次要构件, 什么地方应加强，什么地方可以放松，对整个建筑物保证安全及降低造价影响巨大。这也是结构设计人员，在今后的设计中要不断提高及改进的。设计人员需严格遵守“经济、适用、合理”的设计原则，认真考虑、精心设计。应用现代化科技手段，选择合理的建筑结构设计方案。
参考文献：
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[4]张炳华.土建结构优化设计，上海同济大学出版社
论文作者:杨抗,,方伟
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/12/1
标签：结构论文; 建筑论文; 概念论文; 荷载论文; 基础论文; 结构设计论文; 地基论文; 《基层建设》2015年17期论文;