建筑结构概念设计

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　　建筑结构概念设计指的是建筑工程结构设计工程技术人员，应用以前所学到的知识理论，加上自身所积累的工程经验中，从整体性以及原则上，在方案阶段和初步设计阶段，对建筑结构设计的一些最基本的、最重要以及最关键的问题进行决策和确定。其中主要涉及到结构方案的设计和选定、负荷转移和传递路径设置，加强对薄弱环节的审核与判定，以确保整体结构的稳定性和耗能作用的发挥，以及结构刚度在平面内或者高度均匀分布的有效性，或者对结构分析理论进行基本假设等等。

　　建筑结构概念设计与精确规范的理论设计不同，它是一种带有经验总结性、非规范性的设计。概念设计不需要通过计算机或其他计算工具来进行严密精确的数据运算，而是以地震参数、试验结果、结构体系中的整体或个体之间的力学联系、结构的破坏机理、以及工程经验等为依据的一种概念性的设计思想和设计原则，它主要是对建筑结构进行总体规划布置和宏观调控。建筑结构概念设计，绝非毫无逻辑性的混乱主义，而是当精确规范的理论设计不能正确解决建筑结构过程中出现的问题时，采取的一种补充的手段和思路，它是建筑结构设计过程中的重要组成部分。由于现行的结构设计理论和计算理论还存在许多缺陷甚至不可计算性，因此要求设计人员必须要有优秀的概念设计素养，才能弥补现行理论的缺陷，从而满足建筑结构设计的要求。另外，过度的精密运算结果往往并不能正确反应建筑结构的实际状态，由于理论设计的习惯性、机械性，有时极容易进入误区，从而导致隐患和错误的产生，而拥有人性化思维方式的概念设计，由于通过了对现实环境的饱满性探讨，在建筑结构设计初期起着无可取代的作用。同时，由于计算机的计算结果具有高精度的特点，往往会使设计人员对结构的工作性能产生误解，设计人员只有积极培养概念设计的能力，才能更加真实、客观地理解结构的工作性能。

　　综合运用掌握的结构概念，深刻了解各类结构的性能，想方设法地找寻并选择造价最低、效果最好的建筑结构设计方案，正是建筑结构概念设计优化的核心灵魂所在。

　　1、结构的简单性、规则性和均匀性

　　应将复杂的变成简单。将结构的受力与传力途径设计成越简单、直接和明确就越好。尽可能避免出现以抗扭为主导的关键性传力构件。传力途径越复杂就越易形成内力与变形的不协调和难以预料的薄弱环节；建筑平面规则，平面内结构布置宜规则、对称、均匀、减少偏心，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。

　　2、合理选择结构方案

　　一个成功的设计必须选择一个切实可行的结构形势和结构体系.这样才能充分做到经济合理。结构体系应受力明确、传力简捷，同一结构单元不宜混用不同的结构体系，力求平面和竖向规则。总之，必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应及施工条件等情况做综合分析，并与其他专业相互协调后进行结构选型.确定结构方案。

　　3、选用恰当的计算简图

　　结构计算是在计算简图的基础上进行分析的。选择恰当的计算简图是确保结构安全的重要条件，—个选用不当的计算简图将会导致结构事故的发生。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际结构的节点不可能是纯粹的刚接或铰接点，但与设计简图的误差应在允许的范围之内。

　　4、正确分析计算结果

　　目前市场上建筑结构设计软件种类繁多。而不同的设计软件所计算出的结构也不尽相同.这就要求设计师对程序的设计原理及技术条件有广泛的了解，对计算结果认真分析，慎重校核.做出合理判断。

　　5、结构构件设计

　　各种结构构件都应进行必要的抗弯、抗剪、抗扭等计算，并采取相应的构造措施。实际工程中温差、混凝土收缩、徐变，支座沉陷或结构次应力的影响在结构计算中往往未加考虑，但由于塑性铰的出现.结构自身进行了调幅，使结构得以正常使用。

　　6、选择合适的基础方案

　　选择合适的基础方案是确保结构安全和降低工程造价的重要因素。基础设计应有详细的地质资料，应尽量避免在无地质资料的情况下进行设计。基础设计应根据工程地质和水文地质条件、建筑体型、有无地下室、上部结构类型和荷载大小等因素做综合分析，选择经济合理的基础方案.最大限度的发挥地基的潜力。一般情况下，在同一结构单元不宜采用两种不同类型的基础。

　　1.优化设计目标

　　每项建筑结构的设计都受到了多项客观目标的影响，而且通常这些目标之间具有一定的矛盾性，若要提高某项目标的要求，往往以降低其他目标的要求为代价。而建筑结构概念设计的优化，首当其冲就要考虑一种最为合理的方案，使这些相互矛盾的客观目标之间达到一定的平衡。

　　要实现各项目标的平衡，需要考虑大量的因素，一般而言，最具代表性的就是要达到初始总投资、年运行成本和收入这三个目标的平衡。即通过概念设计的优化，尽可能地保证初始总投资和年运行成本的最小化，同时保证收入的最大化。其中，初始总投资的影响因素很多，包括土地成本、建筑结构及装饰成本、水电暖通成本、智能系统成本、消防系统成本等等，但归根到底，就是取决于建筑总面积和单位面积造价；年运行成本是对建筑结构和设备进行清扫、维护、管理等的费用；而收入则是建筑投入使用的所得费用，包括出售、出租及投入生产所得盈利等等。通常在合理的范围内，往往初始总投资越火，相应也会增加年运行成本，但同时收入也会得到提高。因此建筑结构概念设计的优化，就是要在业主能够承受的初始总投资和年运行成本的范围内，实现收入的最大化，当然其中还要考虑投入产出比等细节问题，总之保证设计成果的利益最大化。

　　2.优化设计约束

　　建筑结构概念设计同样还受到建筑物的可靠性、功能性、舒适性等多重限制的约束。如何在满足这些约束的同时，尽量降低成本、提高产出，也是建筑结构概念设计优化的一项重要内容。建筑结构的设计约束一般可分为条件约束、规范约束和隐性约束三类。其中，条件约束又包含现实因素和业主要求两方面的内容。现实因素包括了土地大小、周边环境、政府有：关部门的总体规划等等；业主要求则内容广泛，可以是建筑物的尺寸、高度，也可以是建筑的造价，还可以是建筑的局部功能(比如要求有地下室)等等。规范约束则是相关规范规程的强制性指标，它包括了建筑物的最大长宽比、最大高宽比、混凝土强度、防水抗渗等级、消防要求、人防要求等等。无论是条件约束还是规范约束，都应是建筑结构概念设计中必须满足的要求，而隐性约束则是设计人员对概念设计进行优化的重点。

　　简单的说，隐性约束就是要求设计人员对于建筑结构的概念要有深入的把握，它是一种虚幻性的约束，往往容易被忽视，但其实它才是设计约束中对概念设计进行优化的关键所在。比如将建筑物中阳光少、地势差的区域用作卫生问而将阳光充足、地势好的区域用作办公室，在同样大小的土地上选择更舒适合理的户型等等行为，都是建筑结构概念设计的优化措施。

　　3.优化结构体系和计算简图

　　建筑结构体系的设计是建筑结构概念设计中的一项重要内容，设计人员通过结构体系的建立将整个建筑的构成清晰完整地呈现出来。建筑结构体系是一个统一的、不可分割的整体，而不是各个部件个性体现之后的组合，各个部件只有组合在一起时才真正具备了建筑结构价值。因此，在规划结构体系时，应当着重全盘、整体的考虑，切不可对单一的部件进行分别设计然后再进行组合，否则将丧失其特定的内涵。

　　建筑结构概念设计在选择计算简图时，应当尽量选用有结构构造措施的计算简图。因为计算简图是建筑结构概念设计计算的重要组成部分，在一定程度上决定了结构计算的准确性和可靠性。因此，对计算简图的选择应当慎之又慎，同理，对于计算简图的优化，也是优化建筑结构概念设计的重要措施。

　　4.虚拟现实技术的应用

　　虚拟现实技术，就是在虚拟现实的环境中，由设计人员利用工程知识库、组件库、数据库等来建立建筑结构的三维虚拟模型。它具有一项具有较强立体感、真实感和现场感的仿真系统。在建筑结构概念设计中应用虚拟现实技术，可以对系统中的模型重复地进行参数设计和动态分析，根据得出的不同结果进行反复比较和同步修改，从而实现对建筑结构概念设计的优化。