结构设计的新思路-概念设计

结构设计的新思路-概念设计

潘浩亮陈金祥

关键词：结构设计，新思路，概念设计

在最近的几年中，我国社会经济不断的发展，概念设计作为结构设计的新思路被引入我国取得了不错的效果。在特定的建筑空间与环境之下，通过整体的概念来考虑建筑结构的整体方案是概念设计的目标。建筑结构中的概念设计主张构建一个完整全面的设计体系，将个体设计归于整体之中，可以有效的发挥建筑结构中整体与个体之间的力学关系。而通过近似计算法则能够科学、可靠的对一个建筑物的内外结构进行简单的规划、构建，再通过之后的细节描绘完成最终设计。

1概念设计的内涵及重要性

不依靠具体的结构力学计算、数据分析而是根据客户实际需求得到的概念产品，完成这一设计的过程被称作概念设计。通过简单、实用的结构设计方案对整个建筑结构个体进行力学分析可以解决建筑结构设计中的一些较难确定具体数据的工程项目。概念设计的运用可以大大减少设计人员的工作难度与工作量，是结构设计人员的工作效率大大提升。概念设计的另一大优势在于，随着设计人员的设计经验与综合素质的提升使设计方案更加丰富、完善。

2传统结构设计与概念结构设计

2.1传统结构设计

在我国，建筑物的结构设计经历了很多不同的阶段，使用最多的就是概率极限状态理论。在我国很多相关设计规范、标准条例都是通过概率理论为模型建立起来的。虽然我国的建筑结构与国际一流水平相差无几，但是在这一概率极限状态理论的运用上还存在着一些缺陷，借助这种近似概念法不能对建筑物的结构荷载进行准确分析。很多情况下，建筑物本身是一个整体，不能抛开整体框架单纯的研究个体构架，所以在展开设计工作时一定要保证其科学合理的基础承载力，负荷设计规范，标注条例。

2.2概念结构设计

社会在发展，设计也是，人们对生活质量要求的提高对设计工作者提出了新的挑战。为了引入更多的新型、环保材料，同时使设计工作更为高效，推广概念设计是一种切实可行的办法。传统的结构设计理念关注点在提高结构抗力，只关注最大配筋率，就导致了肥梁、胖柱、深基坑的设计问题产生。

就以结构抗震设计为例，根据建筑物的初定尺寸以及混凝土强度等级可以通过结构软件计算出结构刚度，通过结构刚度可以算出地震力。根据当地地震要求，结合计算得到的地震力，可以算出最大配筋率。但是结构设计的常识是结构刚度越大，地震效应越大，配筋率过大，刚度越大，地震力越强。这是为了抵抗地震力增加的配筋率，反而导致在实际的地震中，地震作用增强。在概念设计中，可以通过隔震消能的方法在主题间设置隔震层，如台北101大楼660吨“大单摆”，可防地震、台风就是概念结构设计中最好的例证，地震力使其向一定方向位移时，反摆使其反向位移，抵消了震动能量。

3将概念设计理念运用于建筑结构设计中的优势

3.1实用性以及可行性都较强

经过一些项目工程结构设计的实践，可以发现，基于概念设计理念的作品往往实用性及可行性都较强。它通过优先进行整体方案的定制，杜绝了设计人员依赖设计手册与图集随意挪用方案，导致设计方案实用性与可行性都较差，严重失真的问题。通过选择性忽视细节设计，将注意力转向宏观设计，这种方式打破了原有理论设计的模式，转向概念性近似运算，使设计方案概念更清晰，设计目标更明确，并有效避免了后续的繁琐运算。

3.2合理性以及可靠性都较强

基于概念设计制定的方案由于通过更科学的方式设计而弥补了运算的理论缺陷，使得整个方案变得更加合理可靠。同时，灵活的运用概念设计理念可以有助于建筑结构设计者对这个项目的资料以及理论能够的到更为充分的了解，使得建筑的结构设计的使用性、合理性以及可靠性都得到了保障。

4将概念设计理念运用于建筑结构设计中应注意的问题

4.1刚度设计要适中

通过概念设计理念进行结构设计的过程中，建筑物的刚度是需要重点关注的对象。一旦这个建筑物的刚度太大就会导致在地震、台风等自然灾害发生时，建筑物因为自身自振周期短，波动剧烈，危及建筑物中居民及附近建筑中居民的生命财产安全。相反，如果建筑物的刚度过小，在地震、台风等自然灾害发生时，会因为自身自振周期大，导致位移，对于一个建筑物来说，这是致命的损害。1985年，墨西哥城PinoSuárez住宅区一幢21层的公寓楼在3层高度因刚度设计过下，在地震中发生侧移折断，这就是刚度设计不合理引发的后果。

4.2结构方案选择要合理

通过概念设计理念进行方案选择的过程中，一定要慎之又慎。首先考虑设计方案的合理性以及可行性。如果确认此方案合理、可靠，再对此方案的性价比进行评估，如果性价比过低，可以在保证该方案下的项目的质量与使用功能的前提下，适当的削减预算。除却设计方案的可靠、合理外，对于该建筑的结构体系与结构形式作出了解，对方案的结构可行性进行评估，确认结构方案也可行。最后考虑该建筑物在诸如地震、台风等自然灾害中结构的抗震节点以及盈利是否科学、合理。只有认真完成以上三点内容的研究分析工作，才能为之后的概念设计工作提供便利。

4.3提高结构计算的精确度

通过概念设计理念进行结构计算的过程中，为了保证结构计算的精确度们可以通过计算机进行建立建筑物模型的方法对其计算结果的准确度综合分析。同时，细致了解计算机程序的适用范围，千万不能在不适用的情况下进行计算。一旦使用不合理的计算机软件进行计算，将会导致严重的技术性失误。此外，计算机软件由于自身的技术缺陷或者技术的局限性，不可避免的会出现不足之处，这时就需要进行多项对比计算，或者手算来加以验证。只有通过全方位的综合分析结构计算数据，才能保证计算结果的准确性。

4.4对结构的破坏机制以及塑化历程进行充分了解

作为一个结构设计者，对建筑物的结构破坏机理一定做到心中有数。楼层的破坏机理分楼层破坏与整体破坏两种，在结构设计的过程中，我们要避免建筑物的楼层某个节点过分的薄弱或是由于短板效应引发建筑物的楼层破坏。简单的来说，一幢楼中，如果楼层中的某个设计节点不合理就会造成楼层破坏。要想成为一个优秀的结构设计者，要尽可能的使建筑物中的每个节点趋于平衡，使建筑物趋于理想的整体破坏状态，在概念设计中这一问题值得建筑结构设计从业者深思。

5结束语

一个建筑物的结构设计在很大程度上决定着这个建筑物的日后的使用性及科学、合理性。概念设计师在建筑业快速发展时代背景下应运而生的产物，通过将概念设计灵活的运用于建筑物的结构设计之中，可以在满足使用功能的同时解决各种细节上的问题。作为一个新时代的结构设计师，应当对新型事物予以重视，紧跟时代的步伐，充分发挥概念设计的应有作用。

参考文献：

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[3]管兰华，潘惠新，黄敏仁，等.美洲黑杨×欧美杨F_1无性系的多性状联合选择[J].南京林业大学学报（自然科学版），2005，29（2）：6-10.