房屋建筑結構設計中概念設計淺談

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引言

當今我國建筑設計行業越來越重視建筑結構設計的重要性，與建筑結構設計相關的建筑穩定性、安全性、藝術性和可行性都受到人們的關注。不同類別的建筑物對于建筑結構設計的需求也是不同的，差異化和多樣化的建筑結構設計才能滿足社會日益發展而產生的建筑需求。建筑設計當中的概念設計和結構措施是關乎建筑質量的關鍵性因素，文章將在以下篇幅予以闡述討論。

1結構設計中概念設計的內容及重要性

結構設計是建筑工程師思路的起點。概念設計不是憑空落成的，需要考察實地情況，包括氣候環境、地質情況、自然風貌等，根據所獲得的信息和理性認知，擬定關于一個建筑物的初步想法；這個想法不同于精確的測量計算，除了靈感和理性認知還要基于工程師豐富的實地工程經驗。概念設計當中的建筑物是宏觀的，與精確數據有一定偏差，但誤差不高。優秀概念設計的重要性在于優秀工程師的概念設計往往有著較為可靠的經濟預估，因此，也有較高的可行性，同時可以避免復雜的運算勞動。

2結構設計中概念設計的應用

2.1地基基礎中概念設計

在傳統的建筑設計流程當中，用到的算法往往是將上部建筑、基礎、地基分別視作獨立的單位，測量和設計都獨立進行，但并不意味著，某一單元出現的問題不會影響到其他的結構單元，經過實踐檢驗，這種流程有著不可忽視的缺陷。地基基礎往往對上層建筑造成很大影響，若地基產生沉降現象，則地面建筑大多會開裂、錯位、甚至崩塌；同時，地面結構如果建筑層數不符合規范超過地基、基礎承重，則也會給地基帶來變形的危險。因此在地基、基礎的概念設計當中要更多地考慮到將地基、基礎和上部結構結合在一起分析，這樣才能減少地基變形帶來的負面影響。將三者結合考慮之后，遵循力學原理，進行分析處理，設計出來一個承重完美、傳力正常的建筑模型，實現實用、美學、力學等多角度的成功。

2.2結構布置中概念設計

考慮到地基承重、地質情況和實用性等多方面因素，建筑物的結構布置在平面范圍內應盡量簡約、對稱且有規律可循。第一，建筑設計的對稱性可以保證平面范圍內力的均衡，可以較為準確地預估壓力對于地基、基礎的影響，對于有特殊需要不能夠對稱設計的建筑物，則要根據壓力情況和具體實際設計沉降縫，來增強建筑物的抗性。第二，設計的簡約。主要方便工程師修改方案，并在考察實際之后進行修改，同時簡約的建筑物平面設計圖紙也方便其他設計人員及施工人員了解工程師的設計概念，避免理解因為過多的雜亂線條而產生偏差。第三，有規律可循。主要體現在縱向控制范圍內，建筑物平面圖紙內容的規律，要保證建筑物在傳力和承壓方面都合乎行業規范，沒有某一層突然承壓降低等現象。對稱和規律性在建筑物抗震方面有著巨大的作用，更廣范圍內避免小型地震的情況下，建筑物傾斜、坍塌的情況。對于不同類型的建筑物，建筑物布局結構的控制關鍵也是不同的，例如高層建筑在設計上要避免出現應力集中設計困難，因為高層是由縫合地震作用的水平荷載來起控制作用的，縱向的建筑設計應滿足基礎的設計需要，遵循上述的幾條原則，同時盡量不要出現“頭重腳輕”的較高層數有承重柱子和承重墻的設計，而到較低層數和大廳往往沒有了成長柱子和承重墻，一律以承重梁來“滿足”需求，這是存在巨大安全隱患的。只有結構合理了，建筑物才能夠有效對抗水平荷載，保證建筑的安全性。

2.3結構體系中概念設計

工程師在確定結構體系中的概念設計時，主要是明確建筑物的功能定位。例如建筑物如果處在地殼運動平緩的沿海邊，其主要面對的水平荷載的威脅是大風天氣，極端氣候條件下甚至可能發生臺風等惡劣天氣。我國的建筑往往有著兩重防線，來面對極端天氣情況，第一重防線是工程師設計出來的能夠抵御強風、地震的一種剛性體系，這種體系是工程師根據建筑物的最終用途來明確建筑結構的體系，并通過清晰明了的分析設計出來的，通過穩定的柱身來實現。第二重防線是通過梁的塑性鉸的扭曲度來衡量的，目前來說，只有梁塑性鉸出現后，帶動結構整體扭曲，建筑結構才會崩塌，這是有一定時間段的，可以為人員的生命財產安全提供寶貴的時間。這樣的穩定結構除了能夠抵御強風侵襲，還能在一定程度上抵抗地震帶來的危害：地震強度小對建筑物影響不大，中等地震強度建筑物有一定程度受損，修補后不影響正常使用，較大強度地震（7、8級地震）發生時，建筑物受損不能使用，但不會發生坍塌，不會給周圍環境帶來二次傷害。但僅僅兩道防線是不夠的，工程師應當更多地在安全性和穩定性方面考慮建筑結構體系的升級，建立多重防線，對抗強風和較強等級地震，即利用多道防線，形成具有延長性的超靜定結構，減小自然災害帶來的危害。

2.4樓屋蓋中概念設計

根據作者的多年經驗，多層建筑的樓屋蓋往往是結構設計當中容易忽視的設計區域，原因在于多層建筑的樓屋蓋結構設計中，往往僅考慮所可能出現的結構荷載，根據強度和變形的要求，做好結構設計即可，但實際上，多層建筑、高層建筑的樓屋蓋在抗震方面也有著不可忽視的作用。出于抗震考慮，目前多應用現澆梁樓蓋，這種方式可以增強樓屋蓋的剛性，但同時會增加大梁的承載力，為了降低大梁負重，達到結構穩定的要求，不同類型的樓屋蓋在設計時有著不同的側重點。有凹有凸的平面樓屋蓋，在結構設計時要注意保證樓屋蓋的剛度，主要方法是加強拉梁和窄板處構件。側向剛度較小的體系。這種體系對于板的剛度數值有著嚴格的要求，如果數值不吻合，則不能驗算出來在地震發生時建筑發生的具體變形。樓屋蓋中部開洞。這種形式在多層、高層建筑當中很常見，要保證開洞的樓屋蓋的穩定性，應加強洞周圍的構件強度，并注重最小樓板寬度的數值，滿足這一要求。

2.5非結構構件中概念設計

非結構構件也是建筑結構的概念設計需要考慮的一個方面。非結構構件是指建筑物外部附加的一些構件，例如圍墻、鋼化玻璃蓬、女兒墻等，這些構件在地震來臨時往往首先會被摧毀，這就需要工程師考慮這些構件和建筑主體的相對關系及連接的穩定性，以免在地震中這些構件對周圍人的人身安全造成較大威脅。

3結束語

在結構設計中的概念設計還要注意其他的一些問題：第一，要分析設計是否具有經濟性；第二，要選擇正確的運算方法；第三，因為操控措施以及軟件等有差別，導致結果有差別。對于這種問題，工作者必須合理地分析運算數據，依靠自己的工作實踐來合理地把控。

作者：周紅欽 單位：中科合成油工程股份有限公司