谈建筑结构设计中的概念设计结构措施范文

摘要：建筑结构设计中的概念设计是一种思维的基本形式，结合设计者的宏观思维进行判断总结得出，其设计效果直接影响到建筑结构的稳定性。结构措施的选择及应用同样是影响建筑结构质量的关键内容。文章以建筑结构设计的概念设计和结构措施分析为主，以高层建筑结构为例，主要分析了概念设计对建筑设计的能动作用、概念设计的原则及重要性进行详细阐述，同时分析了建筑结构设计的主要措施，以期为相关领域研究者提供参考。

关键词：建筑结构设计；概念设计；结构措施

建筑结构设计不仅需要技术符合规范要求，而且要以美学特征为主，将建筑艺术与专业技术相结合，形成一个稳定的、创新性构思建筑体系。从美学角度上考虑，由于建筑结构设计形式及类型越来越多，因此必须结合当前美学元素在建筑结构设计的过程中进行应用，这样才能够保证建筑结构形态与结构设计的有效性。概念设计是基于建筑美学元素，从建筑结构的空间形态和结构专业设计上分析，来还原建筑设计师与结构工程师之间的互动关系。

1建筑结构概念设计理论

建筑结构设计中的“概念设计”是基于设计者的思维形式，对客观的建筑结构的本质特征进行的宏观设计的判断，以规范化的设计为原则，确定设计方案和理念。例如在高层建筑结构设计中，对于地震作用、风效应、建筑结构的真实效应等不做具体的数值计算，而是结合建筑结构中的总体布置，依据建筑结构设计规范的相关要求，从建筑结构总体布置看，确定有效的抗震结构设计措施是最关键的。从理论的角度进行分析，在高层建筑结构设计的过程中，概念设计的要求与实施比一般的数值模拟设计等更有实际意义。从工程实践角度分析，如何维护好建筑师与结构设计师之间的合作关系，比较选择建筑结构设计体系，成为概念设计的重要工作。

2概念设计的原则

概念设计的主要原则包括：简化结构传力途径、结构整体性原则、结构的规律性和结构设计选型的优化原则。其中，简化结构传力途径是通过结构简单性的作用，提升整体建筑结构的承载力，并通过规范化的承载力计算，将结构整体受力体系进行受力分析，划定受力分析范围，并针对建筑结构体系受力图，对受力数值进行精确化的计算，通过对结构体系的内力及产生位移量进行详细分析，确定最不利位置，从而有效避免结构受力最薄弱位置的出现。

3建筑结构概念设计中的互动效应

建筑结构概念设计中的互动效应主要指的是建筑师与结构工程师之间工作的互动关系，两者在工作的交流和沟通过程中难免会发生冲突，但是这种冲突会随着建筑结构设计工作的推进而逐步消失，从而加强合作与沟通，将两者之间的工作配合方式完整的展现出来，并将建筑结构空间形态与结构设计完美结合起来。按照建筑结构设计的流程，一方面，需要根据建筑空间结构的功能、空间及造型的设计等，针对结构设计的规范性、合理性和抗震抗风等结构承载力特征，将结构设计安全性放在第一位，综合考虑概念设计的基本原则，对整体的建筑结构设计的内容进行合理化调整与分析。另一方面，建筑结构概念设计主要由结构工程师按照自身的宏观思维执行完成，理性的判断能力和感性的思维方式的融合，能够解决建筑结构设计中的基本问题。基于此，在进行概念设计的过程中，要将建筑结构体系的选择与建筑物的使用功能进行综合分析、综合判断。

3.1平面设计

（1）平面布置原则。平面布置原则可分为结构平面布置和建筑平面布置。以高层建筑结构为例，如何有效选择抗侧力体系成为建筑结构工程的重要问题。由建筑工程设计的实践经验分析，建筑平面形状宜选用风压较小的形式，且在分析风压分布影响的过程中应考虑建筑结构体系抵抗水平风压和竖向荷载的能力。一般情况下，在建筑结构高跨比H/B应控制在5～6，建筑平面的整体长宽比也应小于6，防止因比值过大，使得长宽比距离大，造成振动不同步，扭矩现象的发生。（2）建筑结构形式与特点。第一，悬挂结构。在高层建筑中，各层的楼盖由吊杆分段悬挂支撑，并与主框架结构有效的连接，在整个结构体系中主框架承担所有的荷载，其余部分的构件可悬挂不落地。第二，巨型结构。一般分为框架结构和桁架结构，框架结构一般含有大截面实体柱或者箱型截面巨型柱等结构，其刚度巨大，在最高层巨型梁位置可以不设置承载力柱，进而释放结构空间。巨型桁架结构主要组成悬臂桁架，承受水平和竖向荷载，主要由各构件的荷载传递到桁架单元上，如香港的汇丰银行建筑结构体系。第三，悬挑结构。悬挑建筑结构四周敞开，且建筑外观独特，由多个核心筒作为悬挑的主要结构，并承担相应的荷载，使得建筑结构的空间更加灵活有效。

3.2剖面设计

（1）竖向传力体系设计。传力体系一般在剖面形式中体现，直接反映了竖向荷载的传递路径。竖向传力体系应注意高宽比、抗侧力结构的刚度及刚度变化大等因素的影响。在整体建筑结构进行锚固深度的测量时，应按照地下停车场和相应的设备用房，实现对建筑重心的结构承载力的进一步研究和分析，提高建筑结构的整体稳定性。（2）竖向形体设计。结合几何形态美和力学的基本结构特征，采用对侧向力要求较低的建筑形式，实现造价更低但是楼房建筑层数更高的建筑设计理念。（3）扭转形体设计。在高层建筑中，为了保证整体结构承载力变化能够顺应楼体重心，楼身自下而上应逐渐收缩、变窄。为加强结构的稳定性，逐渐变窄的楼身可以加强整体结构的稳定性，也能够减轻风荷载的影响。此外，扭转形体也是通过建筑设计，将整体的水平向力利用建筑设计的方式，相对建筑平面扭转一定的角度，使得整体结构形成一种斜柱体，进而抵消了部分的水平力，形成高效的抗侧力结构体系。如美国某大楼（见图1）。（4）新月形设计。即建筑的竖向由悬臂的壳体组成，能够结合自身结构的稳定性，有效平衡抗侧力的刚度，并结合波形屋面结构，实现屋面壳体结构抵挡重力荷载的作用。该形式的建筑，因楼面结构自身的强度变化而得以加强，如多伦多的市政府大厅楼面结构，新月形壳体结构能够有效地根据对称作用，抵挡对称性作用和其侧向力，从而约束扭转应力，防止荷载不对称引起的时效能较差现象发生。（5）双曲线圆筒结构设计。此结构外型挺拔秀美，外表与铅垂线之间形成一定的倾角，能够同时抵消和承担竖向荷载和横向荷载。承载柱内没有弯矩和剪力，整体的柱截面较小，最大限度地放大了结构整体空间。在建筑结构概念设计中，受力和美学标准是一体化呈现的，应结合两方面考虑概念设计的整体性。

4建筑结构设计主要措施

4.1建筑场地的选取

抗震设计是建筑物场地选择的重要依据，场地条件的影响是引起建筑结构物破坏的主要原因，也是除了地震的影响以外的最为关键影响因素。场地的选择过程中应注意以下几个因素：地震发生引起的地表裂动、土质滑坡现象的发生、砂土液化现象的发生等。在实际应用的过程中，减轻场地引起地震的影响是第一步，同时要合理化地选择建筑场地，避免因为地震等原因带来的建筑物的破坏。

4.2结构材料的选择

在符合抗震高强度要求的条件下，高强度的建筑材料结构对于抗震影响十分有利，同时在保证对构件的延性能力具有重要作用。高强度的混凝土在使用的过程中，能够有效保持整体建筑结构的稳定性，可利用增加有效的建筑结构截面面积的方式，满足建筑结构功能的需求。在高强度钢筋使用的环境下，可以通过有效减少钢筋的配筋量，提高整体建筑结构的安全性。

4.3结构布置

在建筑结构整体布置的过程中，概念设计是一个重要的理论概念，在抗震性能较好的建筑结构中，建筑师与结构师的高效配合是避免造成整体结构扭矩偏转、传力不精确等原因的重要措施。例如在我国唐山大地震的过程中，扭矩的偏转造成的框架结构的不规则变化，产生了不对称形状的扭转破坏。在抗震设计中，合理地进行受力的对称设计，对平面和立面结构保持对称具有重要作用。

4.4结构体系

影响建筑结构设计稳定性的因素众多，主要包括建筑设计技术、建筑材料、整体的建筑结构设计等。在抗震体系的构成中，应结合多方构件的整体性效果，通过合理搭配，实现对整体结构抗震的目标，在抗震构件的选择上，应依据标准的设计规范和技术规范为主，确保整体结构的抗震稳定性达到要求。此外，应对隔震和消能减震设计进行分析，利用主动控制技术，实现对整个建筑结构的地震能量的稳定性分析。在结构抗震性能设计的过程中，根据实际工程的应用需求，合理化地确定整体结构的抗震性能，从而针对地震影响度确定合理化的防护措施。

5结束语

综上所述，在概念设计的过程中，要充分结合建筑项目本身的特点，对于复杂的建筑结构进行不断优化分析，明确整体建筑结构中不合理因素带来的影响，对整个建筑结构设计措施进行有效评价，确保整体设计目标能够完整执行，提高建筑结构的稳定性和安全性。

参考文献：

[1]宋晓霞.建筑结构设计可靠度的相关问题分析[J].绿色环保建材,2016(9):12.

[2]马福.高层建筑结构概念设计[J].科技情报开发与经济,2003(1):137-138.

[3]关瑞明,王全凤.高层建筑设计中的结构概念设计[J].新建筑,1994(4):43-45.

作者：白云辉 单位：北京国科天创建筑设计院有限责任公司