概念設計在建筑結構設計的應用

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1概述概念設計基本內涵

在現代建筑結構設計工作中，概念設計是一個重要的設計理念，其為實現建筑結構設計的各項內容提供了完成的有效渠道，建筑結構設計內容見表1[1]。設計人員運用概念設計理念，結合建筑結構的設計特點和要求來優化建筑結構的設計方案，提高建筑結構設計的質量和效率，使建筑結構設計更加科學合理，并達到合理配置資源，降低工程造價，為工程項目創造更大經濟價值的目的。運用概念設計理念不僅能夠在建筑結構的設計初期對各種影響因素進行綜合性的分析評價，還可以為設計人員的創意發揮提供充分的空間，使建筑結構的設計方案更具個性化特點。此外，運用概念設計理念進行建筑結構設計時還要全面了解建筑工程的各種資料數據，提高設計方案的可行性，為施工建設創造有利條件。

2在建筑結構設計中運用概念設計理念的主要方向

2.1應用概念設計理念進行建筑基礎設計。運用概念設計理念可以使建筑基礎結構設計更加科學合理，設計人員應從概念設計思路出發，對建筑工程所在區域的地質特點、土體條件、實際負載以及環境情況等進行綜合性的分析，并結合建筑工程的使用功能以及相關的多種因素來合理選擇建筑基址，以保證基址選擇能夠滿足工程建設的需要。同時在建筑基礎結構的設計中，還應運用概念設計理論來進行變剛度調平結構設計，對建筑主樓結構通過采用樁筏等設計方法來進行強化，而裙房則應盡量設置在天然地基之上，利用選擇不同的基礎形式來實現對主裙樓進行變剛度調平處理的目的，從而對建筑基礎沉降差進行有效的控制，這樣可以在設計方案中減少設置的沉降縫以及后澆帶的數量，優化建筑基礎結構的設計方案[2]。2.2應用概念設計理念進行抗震設計。在建筑結構的設計中，抗震設計是重要的設計內容之一。但是由于地震的發生通常存在較高的不確定性因素，難以通過計算分析來對建筑結構的抗震能力進行準確的設計。因此設計人員應運用概念設計理念，將設計的重點從整體布局擴大到細部強化，這樣可以防止建筑結構由于局部的薄弱變形而影響整體結構的抗震性能。同時運用概念設計理念來進行抗震設計還可以通過多道抗震防線的設置來形成整體性的抗震系統結構，并通過延性構件分體系的相互連接以及塑性變形等因素來對地震能力進行有效的分散或吸收，從而提高建筑結構的抗震性能。2.3應用概念設計理念對設計方案進行對比分析。運用概念設計模式來進行建筑結構設計的根本目的就是提高建筑結構的安全性、可靠性以及經濟性，因此需要在概念設計理念的指導下對不同的設計方案進行對比分析。在分析中既要對建筑工程的地形地貌、結構型式以及荷載分布等因素進行綜合性的考慮，而且還要積極運用建模模擬等信息技術來對不同設計方案進行更加全面的對比，從而對設計方案加以優化，提高設計方案的可行性和經濟性[3]。2.4建筑結構設計中概念設計理念的實際應用分析。2.4.1工程概況。某建筑工程的建筑總面積約為14萬m3，其建筑結構主要包括地下部分4層以及地上20層。在該項目的建筑結構設計中，根據其使用功能的要求而采用了框架剪力墻結構，而概念設計在本次建筑結構設計中發揮了重要的作用。2.4.2應用概念設計理念設計結構體系以及結構布局。根據概念設計理念，在該建筑的框剪結構設計中設置了剪力墻以及延性框架子系統，以滿足概念設計中要求設置多道抗震防線原則，同時也保證了建筑功能的實現。同時由于該建筑在其使用功能和外觀造型的需要，其第5層和第8層采取了由南到北的豎向偏心收進的結構形式，而且受建筑功能要求的限制，從第8層向上的南側不能采用剪力墻結構的設置，因此設計人員在概念設計理論的指導下采用將豎向交替設置在建筑周邊區域的方式，從而為剪力墻的設置創造了有利條件。此外，由于該建筑在高位收進，因此應對收進位置的上層層高進行有效的控制，避免影響其相鄰層面的結構強度，減小結構承載能力以及剛度產生突變的概率和幅度[4]。另外為了減少整體建筑結構所產生的扭轉效應，設計人員應適當增加收進位置鄰層以及下部的豎向構件，并將邊梁截面以及豎向構件截面的面積適當擴大，從而提高剪力墻以及框架柱的抗震等級。此外，還應提高配筋比，并增減收進位置屋面板的厚度。在完成了建筑結構的基本設計方案后，應運用相關的計算分析軟件對建筑結構的變心以及位移角等指標參數進行計算分析，以保證建筑結構設計的質量。2.4.3應用概念設計理念設計樓蓋體系。根據該建筑的使用功能要求，其頂部兩層應設置為大跨度的空間。因此設計人員應按照概念設計原則，合理設置構件剛度以及力的傳播路徑。在本次設計中通過對不同設計方案的對比分析，最終決定采用將單向口蓋設置在短向跨度法規性，并將短向量間距控制在2.7m左右，并加強短向支撐邊梁結構，使其抗扭剛度得到提高。這種單向樓蓋結構設計的傳力路徑更加清晰簡單。同時該建筑地下車路樓蓋的規格設置為8.1m×8.1m，并根據工程建設周期的要求等因素，將該部分樓蓋設計為十字交叉梁結構。

3結語

概念設計既是現代建筑結構設計中的重要設計理論，同時也是建筑結構設計的有效方式，因此設計人員應在建筑結構的設計中充分運用概念設計模式，對建筑結構設計方案進行優化，提高其合理性和可行性，確保建筑結構的質量和安全能夠符合結構設計規范。同時設計人員還應在概念設計理論的指引下，優化資源配置，降低工程造價，提高工程項目的經濟性。此外，設計人員要加強技術創新和設計理論的創新，全面提升我國建筑結構設計行業的水平。

作者:吳偉 單位:重慶大學建筑規劃設計研究總院有限公司