概念设计在建筑设计中的应用探索

杨 曦 徐金铭

（吉林省吉规城市建筑设计有限责任公司，吉林 长春 130061）

随着计算机技术的快速发展，结构程序在建筑结构设计中日益发挥着重大的作用，使得结构设计的时间极大缩短的同时提高了设计的质量。结构程序的也造成了设计人员对程序的过分依靠，他们只是按照设计规范，拼凑一些素材，就当成了自己的设计成果，而根本不去审查计算结果是否科学，对于规范也只是生搬硬套，并没有真正的深入了解。至于建筑结构是否科学合理、是否经济更是无从考虑。

以计算机为工具，领先的计算理论为指导，在建筑设计的过程中尽量选择新型环保材料，从而设计出结构科学合理的建筑结构成为当务之急。结构工程师在设计过程中要敢于突破传统设计理念的束缚，积极进行创新是很重要的，这就需要结构工程师将概念设计渗透到实际的设计过程中。

1 概念设计

1.1 建筑结构设计的过程中很多问题是无法进行精确计算的，因此就不进行数值计算只是以整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理为依据来作为基本的设计原则和设计思路，从整体上对建筑结构的总体布置以及抗震的细节部分进行宏观控制。

1.2 概念设计可以扩展结构设计的设计思路。传统机构设计以及相关的理论研究主要将目光集中在建筑结构抗力的提升，在这种思路的指导下，采用高等级的混凝土以及大量的钢筋来保证建筑结构的强度，从而造成巨大的浪费，增加了建筑的成本。结构工程师保证钢筋使用量不高于标准上限，结果造成大量不必要的钢筋使用。例如，在建筑的抗震设计中，结构刚度是利用初定的尺寸来进行计算的，而地震力则是在刚度的基础之上进行计算的。为了抗震增加钢筋的用量，而钢筋的用量越大，刚度也会随之上升，相应的地震力就越大，最终反而增加了地震的力量。

1.3 隔震消能是一个很好的抗震设计，其基本的抗震思路是在主体和基础中间设置柔性的夹层，然后设置支撑用于抵消地震的能量。还有一种设计方法是将一个反摆设置在建筑物的顶上，如果发生地震，反摆向建筑物运动的相反方向运动，抵消建筑物的震动，降低地震对建筑物的破坏作用。据权威资料显示，发生地震时，抗震设计合理的建筑物可以抵御地震高达六成的破坏力，除此之外，还可以提高建筑物里面的物品的安全性。

1.4 概念设计在建筑物抗震设计中的作用十分明显。建筑结构本身就十分的复杂，并且发生地震时不确定的因素很多。到现在为止人类对于地震的认识还停留在十分初级的阶段，很多东西都没有了解清楚。计算结果由于建筑材料的性能、结构抗震分析的精确度以及其他的可知的或者不可知的原因的影响与实际情况存在相当大的偏差，还有很多的部分根本就没有办法进行定量计算。综上所述，受到各种可知的或者不可知的因素的限制，在建筑结构设计中很多因素是无法进行精确的量化计算的。这样，概念设计在建筑结构设计中的作用就十分重要了，有时甚至超过分析计算的重要性。

2 建筑结构设计中概念设计应注意的问题

2.1 适宜刚度概念

建筑物刚度的准确判断是建筑结构设计过程中十分重要的一环。建筑物的刚度设计要适度，不能过大，否则会成建筑结构自振周期过短，一旦发生地震，建筑会受到很大的影响，造成严重的后果，且建筑物刚度过大还会造成建筑材料的大量浪费。同样建筑刚度过小，地震时建筑会发生大幅度的位移，最终导致建筑损坏。从上面可以看出，适宜的刚度对于建筑物来说是十分必要的。

2.2 充分认识和掌握结构的破坏机制和塑化历程

建筑结构破坏机制包含两个部分，一是整体破坏，一是楼层破坏。建筑结构设计时一定要防止某个部分的薄弱，防止由于短板效应而造成的楼层破坏。也就是说整个建筑中，某一环节在其他部分没有达到最大载荷的情况下提前受到损坏，导致楼层损坏。建筑结构设计中，比较理想的状态是整体破坏，设计人员要为达到这个目标而努力。

2.3 等强度与耗能设计原则

在建筑抗震设计过程中要遵守等强度与耗能设计原则。否则，在施工过程中，建筑的某些主要的承重结构由于设计存在问题或者施工质量问题而存在一定的隐患，一旦发生地震，在水平作用的破坏力下这些存在隐患的承重结构在其他结构没有出现问题的情况下实现损坏，从而造成整个建筑的损坏。为了避免这种情况，在建筑结构的设计过程中要坚持整体观念，尽量避免某一部分的短板，使各个部分的结构强度尽量均匀。在建筑结构实际设计过程中除了要注意各个部分的强度相等之外，还要保证建筑具有吸收大量能量的能力，主要做到以下几点：

第一，处于弹性阶段工作的构件约束耗能构件的屈服应力。在整个建筑结构中的局部进行屈服，不能破坏整体。

第二，构件中用来承受竖向载荷的构件不可以用来作为耗能构件。

第三，保持一定数量的，具有较高延展性的耗能构件，尽可能的小号地震的能量。

3 概念设计的意义

3.1 展现先进设计思想的关键

在一定的地理环境中，从整体的角度对建筑的结构以及总体的方案进行考虑，同时对于结构的分体以及总体之间的力学特性与关系进行积极的发挥和利用。对于结构的各项性能，通过概念设计从整体上进行把握，只有这样，才能够科学合理的判断计算结果。

3.2 体现结构设计的原则与灵活

建筑物是一个完整的空间结构，各构件都在以相当复杂的受力方式共同工作，而并非是独立于总体结构体系之外的单独构件。当前在建筑结构设计界，对具体空间结构体系的整体研究上还存在着局限性，以至于在设计过程中采用了许多假定与简化方法。作为结构工程师，一方面在设计过程中既要做到严格遵守和执行相关的强制性规范和要求，坚持结构设计的原则不能改变，另一方面，又不应盲目、教条、机械地照搬照抄，尤其是对推荐性规范和要求，应把它作为一种结构设计中的指导和参考意见，从而可在实际的设计项目中作出更为正确的选择。这就对结构设计工程师提出了要求，要对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有更为透彻的认识和深入的了解，把建筑结构概念设计应用到实际工作中去。

3.3 弥补设计、计算理论的不足

目前的结构设计计算水平难以有效地保证结构设计的抗震、抗风性能，尤其是抗震设计。从某种意义上讲，概念设计确实比分析计算更为重要。目前，现行的结构设计理论和计算理论仍然存在着一些缺陷：如对混凝土结构设计，内力计算采用基于弹性理论的计算方法，而截面设计则采用是基于塑性理论的极限状态设计方法，两者的矛盾使计算结果与结构的实际受力状态存在较大差距。为了弥补设计、计算理论的缺陷，或实现对实际存在的大量难以计算的结构构件的设计，也需要概念设计与结构措施来共同满足结构设计的需要。

4 结语

随着人们生活水平的不断提高以及居住理念的不断更新，人们对于建筑物的要求也日趋多元化。概念设计的出现是对于建筑结构设计的创新与超越，能够为人们提供优质的建筑物。因此，概念设计是设计思想发展的必然产物，也会成为今后时期结构设计的主流思想。

[1]林同炎，S.D.斯多台斯伯利.结构概念和体系[M].中国建筑工业出版社，2004.

[2]李展开.浅谈对建筑结构抗震概念设计的理解[J].山西建筑，2009，（6）.