概念设计在建筑结构设计中重要性探讨.doc

1、1概念设计在建筑结构设计中重要性探讨摘要：凡是概念设计做得好的结构工程师，其自身所拥有的结构设计概念、经验、判断力和创造力是随年龄与工程实践的增长而越来越丰富，设计成果也越来越创新、完美。本文探讨了概念设计在建筑结构设计中重要性。 关键词：概念设计；建筑结构设计；涵义；重要性；应用 中图分类号：TU318 文献标识码： A 文章编号： 随着我国经济的快速发展，中国的建筑领域也有了很大发展，建筑物不仅仅是为了满足使用功能，更多的是建筑能具有更美观的立面效果，造型越来越多元化，这就给结构设计提出了更高要求。在满足安全的前提下，更经济，更美观，更合理。 一、概念设计的涵义 所谓的概念设计一般指不经数

2、值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确, 避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时, 也是判断计算机内力分析输出2数据可靠与否的主要依据。 概念设计的思想被越来越多的结构工程师所接受，并将在结构设计中发挥越来越大的作用。然而现在的高校教学中，

3、往往只重视单独构件和孤立的分体系的力学概念讲解。尤其在专业课教学中，单项计算练习居多，综合练习偏少，并着重体现在考题中，使得相当部分学生养成只知套用公式解题的习惯。而且近年来强调计算机应用教育，比如，毕业设计用结构设计软件计算、出图。但由于计算机设计过程的屏蔽，手算过程训练程度的削弱，造成学生产生一定依赖性，结果综合运用能力下降,整体结构体系概念模糊。这些对于培养具有创造力、未来的工程师是相当不利的。 随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是

4、当务之急。其中, 打破建筑结构设计中的墨守成规, 充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。这则需要工程界和教育界进行共同的努力。推广概念设计思想是一种有效的办法。 二、概念设计的重要性 1、概念设计的应用使得结构设计的思路得以拓宽 传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力，以至混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果肥梁、胖柱、深基础处3处可见。以抗震设计为例，一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，结构刚度越大，地震作用

5、效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而使地震作用效应增强。目前在抗震设计中，隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在基础与主体之间设柔性隔震层; 加设消能支撑（类似于阻尼器的装置；有的在建筑物顶部装一个“反摆” ，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达 60%，并提高屋内物品的安全性。这一研究在国内外正广泛地深入展开。 2、概念设计的在建筑中具有重要实践指导意义 概念设计的应用面非常广泛，几乎蕴含了所有的结构设计。

6、在不确定因素多、受力状况变化较大的抗震设计、高层建筑设计、基础设计中，概念设计的应用尤显重要和突出。概念设计的重要性，主要体现在三方面： 第一，因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性。为了弥补计算理论的缺陷，或实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要用概念设计来满足结构设计的目的。第二，由于在方案设计阶段，初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念，选择效果最好、造价最低的结构方案。概念设计在设计人员中提得比较多，但往往被人们片面地4理解，认为其主要是用于一些大的原则，如确定结构方案、结构布置等。其实，在设计中任何地方都离不

7、开科学的概念作指导。第三，由于计算机计算结果的高精度，容易给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，过分地依赖于计算机和设计软件，进行习惯性、传统的结构设计，对计算结果明显不合理、甚至错误的地方不能及时发现，使许多的建筑结构留下安全隐患。因此，概念设计在结构设计中具有重要的地位。 三、概念设计的应用 1、场地条件和基础选型 尽量选择对抗震有利的场地，避免在不利于抗震的危险地段建造甲、乙、丙类建筑，当无法避开时，应采取有效措施减少和消除其不利影响，一般在初步设计前就进行勘探和选址。 2、结构体系的选择和布置 高层混凝土结构常用的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架- 剪力墙结构、筒体结构和巨型结构

8、等。规范中对它们各自的适用高度和高宽比等均做出了详细规定，设计人员应充分了解其适用范围和优缺点，结合建筑的功能需要、建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定。 在结构体系的布置中，特别应注意适当处理构件的强弱关系。众所周知, 在建筑结构中， 柱倒了，梁会跟着倒；而梁倒了，柱还是可以不倒的。可见柱承担的责任比梁大，柱不能先倒。为了保证柱是在最后失效，故意把梁设计成相对薄弱的环节(但并不是指结构构件不安全), 使5其破坏在先, 以最大限度减少可能出现的损失。如果梁柱等同看待，企图让他们都“坚不可摧”,则可能会造成同时破坏，

9、后果会更糟糕，损失会更大，这就是所说的“强柱弱梁”的概念。同时，在同一类型的结构构件中，其重要性也是不尽相同的。 3、结构平、立面布置及外形尺寸 结构平面布置应尽量简单、规则、对称, 尽量使结构的刚度中心与质量中心重合，以减小扭转, 结构的竖向布置要做到刚度均匀和连续，避免刚度突变和出现薄弱层。当有抗震设计要求时, 结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小, 当上下层结构布置发生变化时, 要设置结构转换层。对规范规定的不规则结构, 应进行进一步的抗震验算, 并对抗震薄弱部位采取有效的加强措施, 对严重不规则的方案应不予采用。 4、抗震设计中的应用 由于抗震设计中很多构造都是根据概念设计而来，很多都

10、不是靠软件计算出来的，基本都是靠设计人员概念来操作，比如强柱弱梁，软件不能反映，只能人为在设计过程中放大柱截面；底部加强区的设置，构造边缘构建以及各种最小配筋率要求，最大配筋率要求，都是根据抗震概念设计来确定，这些构造措施可做为在对地震力模拟计算的重要补充，可以保证抗震设计的合理跟可靠。 5、结构优化的应用 概念设计还可以应用于结构优化，根据结构受力模式适当加强受力较大地方，对于过于安全保守的地方，就可以进行优化，节省部分材料，做到该加强的地方加强，该节约的地方节约，科学合理的发挥材料性能。6概念设计更有可能优化设计，找到更合理的结构体系，比如利用楼梯等水平构件做支撑，改善结构周期位移等。结构的优化都是依据概念设计来进行。 综上所述，概念设计，从某种程度上可以认为是整体工作的原则，在计算机辅助设计日益广泛的今天，要求结构工程师具有深厚的基本理论基础，清晰的结构整体概念，这样才能做出更安全，更经济，更高效的作品。 参考文献： 1 1 田庆海.建筑结构概念设计解读及其意义J. 科技创新导报. 2009(18) 2 侯小红.结构概念设计与结构措施J. 山西科技. 2008(06) 3 高鹏,乔可义.重视概念设计,提高建筑结构设计的质量J. 黑龙江科技信息. 2011(03) 4 于应平.浅议建筑结构设计中的概念设计J. 黑龙江科技信息. 2009(18)