概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、    概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用    張春敬 宋巍摘要：概念設(shè)計(jì)是創(chuàng)造性思維的一種體現(xiàn)，也是強(qiáng)化設(shè)計(jì)理念的一個(gè)重要手段。現(xiàn)如今概念設(shè)計(jì)也應(yīng)用到我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，對建筑結(jié)構(gòu)的整體規(guī)劃、設(shè)計(jì)有了全新的思維模式，強(qiáng)化了建筑的安全性、適用性、可靠性，并且能夠在一定程度上節(jié)約工程的建設(shè)成本，優(yōu)化施工方案。本文以我國現(xiàn)階段的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為背景，將概念設(shè)計(jì)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，并具體談?wù)劯拍钤O(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用。關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；概念設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)應(yīng)用；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中來，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)造了方便舒適的條件，并且優(yōu)化了設(shè)計(jì)結(jié)果

2、，提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量。但久而久之，使建筑設(shè)計(jì)對計(jì)算機(jī)等先進(jìn)設(shè)備產(chǎn)生了強(qiáng)烈的依賴性，設(shè)計(jì)模式也趨于固定，失去了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的真正意義和作用。對建筑結(jié)構(gòu)的安全性、實(shí)用性等性能的建設(shè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)無法考究其準(zhǔn)確度，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)走入了模式化的誤區(qū)。想要在設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，就要強(qiáng)化概念設(shè)計(jì)思維，打破傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的固定形式，使建筑設(shè)計(jì)更具有時(shí)代感。一、概念設(shè)計(jì)1、所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以做出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布

3、置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí)，也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。2、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是保證結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良抗震性能的一種方法。概念設(shè)計(jì)包含極為廣泛的內(nèi)容，選擇對抗震有利的結(jié)構(gòu)方案和布置，采取減少扭轉(zhuǎn)和加強(qiáng)抗扭剛度的措施，設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu)和延性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，分析結(jié)構(gòu)薄弱部位，并采取相應(yīng)的措施，避免薄弱層過早破壞，防止局部破壞引起連鎖效應(yīng)，避免設(shè)計(jì)靜定結(jié)構(gòu)，采取二道防線措施等等。應(yīng)該說，從方案、布置、

4、計(jì)算到構(gòu)件設(shè)計(jì)、構(gòu)造措施每個(gè)設(shè)計(jì)步驟中都貫穿了抗震概念設(shè)計(jì)內(nèi)容。3、在現(xiàn)階段的抗震設(shè)計(jì)中，隔震消能是概念設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要研究。隔震消能主要是通過主體與地基之間設(shè)置的柔性隔震層和減震裝置，在震源處減少地震對建筑帶來的傷害；并且在建筑的頂部加設(shè)"反擺"裝置，目的是控制地震時(shí)導(dǎo)致的建筑位移，控制震感的強(qiáng)度。這一概念設(shè)計(jì)如設(shè)計(jì)合理，能夠在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，達(dá)到至少60%抗震效果，提高建筑本身的抗震性能，強(qiáng)化安全措施保障。4、在建筑抗震設(shè)計(jì)中，更應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)。這是因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，發(fā)生地震時(shí)，地震力方向的不確定性，人們對地震時(shí)結(jié)構(gòu)效應(yīng)認(rèn)識的局限性與模糊性，結(jié)構(gòu)抗震分析計(jì)算的精確度

5、，材料性能與施工安裝時(shí)的變異性以及其他不可預(yù)測的因素，致使設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果（尤其是經(jīng)過實(shí)用簡化后的計(jì)算結(jié)果）可能和實(shí)際相差較大，甚至有些作用效應(yīng)至今尚無法定量計(jì)算出來。因此由于存在上述諸多不確定因素，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算無法涵蓋可能的所有不確定因素。因此，必須重視整體的概念設(shè)計(jì)，從某種意義上講，概念設(shè)計(jì)甚至比分析計(jì)算更為重要。二、概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的區(qū)別概念設(shè)計(jì)的過程是依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合建筑功能要求、結(jié)構(gòu)安全等級、抗震等級、地質(zhì)資料、當(dāng)?shù)夭牧?、?dāng)?shù)刈匀画h(huán)境等進(jìn)行的定性設(shè)計(jì)過程，其概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：確定三縫設(shè)置、結(jié)構(gòu)體系、基礎(chǔ)形式和埋深、主要構(gòu)件的幾何尺寸等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是概念設(shè)計(jì)的逆向過程，其設(shè)計(jì)

6、是依據(jù)概念設(shè)計(jì)的總體要求、力學(xué)和數(shù)學(xué)的原理由定量過度到定性的一個(gè)過程。由此我們可以看出概念計(jì)的重要性，然而現(xiàn)在我們許多設(shè)計(jì)人員過于理論化，任何情況下首先講的是計(jì)算結(jié)果，而忽視結(jié)構(gòu)構(gòu)造。甚至于一些單位的總工不參與設(shè)計(jì)的前期概念設(shè)計(jì)階段，而只對著計(jì)算書審核設(shè)計(jì)圖紙。有些新參加工作的同志有時(shí)拿著書本和計(jì)算書與審核人員爭論。三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題1、適宜剛度概念。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，合理地確定建筑物的剛度是非常重要的。建筑物的剛度不宜太大，剛度大，結(jié)構(gòu)自振周期則短，在地震時(shí)結(jié)構(gòu)所承受的地震力就大，相對后果較重，且造成材料的浪費(fèi)；剛度也不宜過柔，過柔的建筑結(jié)構(gòu)在地震時(shí)就會產(chǎn)生過大的變形，影

7、響其強(qiáng)度、穩(wěn)定性和正常使用。2、充分認(rèn)識和掌握結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制和塑化歷程。建筑結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制一般分為樓層破壞機(jī)制和整體破壞機(jī)制，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生樓層破壞機(jī)制，因?yàn)檫@種破壞機(jī)制說明結(jié)構(gòu)中存在著薄弱環(huán)節(jié)，即在其它構(gòu)件承載能力尚未充分發(fā)揮作用之前，整個(gè)結(jié)構(gòu)已經(jīng)提前破壞，設(shè)計(jì)人員的責(zé)任和主要任務(wù)就是努力實(shí)現(xiàn)理想的建筑結(jié)構(gòu)的整體破壞機(jī)制。3、等強(qiáng)度與耗能設(shè)計(jì)原則。這是抗震結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)時(shí)必須認(rèn)真考慮的設(shè)計(jì)原則，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一定要避免由于設(shè)計(jì)考慮不周，或施工的局部缺陷，造成在水平作用下部分主要承重結(jié)構(gòu)提前破壞，整幢建筑物連續(xù)破壞的局面。在結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)上要注意加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，盡量做到等強(qiáng)度，在

8、注意等強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則的同時(shí)，一定要注意使建筑結(jié)構(gòu)在恰當(dāng)?shù)牟课痪哂心芟拇罅磕芰康男阅?。四、概念設(shè)計(jì)的意義1、展現(xiàn)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵。概念設(shè)計(jì)的根本宗旨，是在特定的建筑空間及地理?xiàng)l件下，用整體概念來考慮建筑結(jié)構(gòu)的總體方案，且能有意識地發(fā)揮和利用結(jié)構(gòu)總體系與分體系之間的力學(xué)特性與關(guān)系。運(yùn)用概念設(shè)計(jì)從整體上把握結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，方能對計(jì)算分析的結(jié)果進(jìn)行科學(xué)判斷和合理取舍。2、體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則與靈活。建筑物是一個(gè)完整的空間結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件都在以相當(dāng)復(fù)雜的受力方式共同工作，而并非是獨(dú)立于總體結(jié)構(gòu)體系之外的單獨(dú)構(gòu)件。當(dāng)前在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)界，對具體空間結(jié)構(gòu)體系的整體研究上還存在著局限性，以至于在設(shè)計(jì)過程中采用了許多

9、假定與簡化方法。作為結(jié)構(gòu)工程師，一方面在設(shè)計(jì)過程中既要做到嚴(yán)格遵守和執(zhí)行相關(guān)的強(qiáng)制性規(guī)范和要求，堅(jiān)持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則不能改變，另一方面，又不應(yīng)盲目、教條、機(jī)械地照搬照抄，尤其是對推薦性規(guī)范和要求，應(yīng)把它作為一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)和參考意見，從而可在實(shí)際的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中做出更為正確的選擇。3、彌補(bǔ)設(shè)計(jì)、計(jì)算理論的不足。目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算水平難以有效地保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震、抗風(fēng)性能，尤其是抗震設(shè)計(jì)。目前，現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和計(jì)算理論仍然存在著一些缺陷：如對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)力計(jì)算采用基于彈性理論的計(jì)算方法，而截面設(shè)計(jì)則采用是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，兩者的矛盾使計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)存在較大差距。五、結(jié)語建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要不斷的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)思路也需要不斷的加入新鮮元素，才能迎合當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展趨勢，受到更好的社會好評。概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮了良好的促進(jìn)作用，優(yōu)化了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)