建築結構概念設計

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　　建築結構概念設計指的是建築工程結構設計工程技術人員，應用以前所學到的知識理論，加上自身所積累的工程經驗中，從整體性以及原則上，在方案階段和初步設計階段，對建築結構設計的一些最基本的、最重要以及最關鍵的問題進行決策和確定。其中主要涉及到結構方案的設計和選定、負荷轉移和傳遞路徑設置，加強對薄弱環節的審核與判定，以確保整體結構的穩定性和耗能作用的發揮，以及結構剛度在平面內或者高度均勻分佈的有效性，或者對結構分析理論進行基本假設等等。

　　建築結構概念設計與精確規範的理論設計不同，它是一種帶有經驗總結性、非規範性的設計。概念設計不需要通過電腦或其他計算工具來進行嚴密精確的數據運算，而是以地震參數、試驗結果、結構體系中的整體或個體之間的力學聯繫、結構的破壞機理、以及工程經驗等為依據的一種概念性的設計思想和設計原則，它主要是對建築結構進行總體規劃佈置和巨集觀調控。建築結構概念設計，絕非毫無邏輯性的混亂主義，而是當精確規範的理論設計不能正確解決建築結構過程中出現的問題時，採取的一種補充的手段和思路，它是建築結構設計過程中的重要組成部分。由於現行的結構設計理論和計算理論還存在許多缺陷甚至不可計算性，因此要求設計人員必須要有優秀的概念設計素養，才能彌補現行理論的缺陷，從而滿足建築結構設計的要求。另外，過度的精密運算結果往往並不能正確反應建築結構的實際狀態，由於理論設計的習慣性、機械性，有時極容易進入誤區，從而導致隱患和錯誤的產生，而擁有人性化思維方式的概念設計，由於通過了對現實環境的飽滿性探討，在建築結構設計初期起著無可取代的作用。同時，由於電腦的計算結果具有高精度的特點，往往會使設計人員對結構的工作性能產生誤解，設計人員只有積極培養概念設計的能力，才能更加真實、客觀地理解結構的工作性能。

　　綜合運用掌握的結構概念，深刻瞭解各類結構的性能，想方設法地找尋並選擇造價最低、效果最好的建築結構設計方案，正是建築結構概念設計優化的核心靈魂所在。

　　1、結構的簡單性、規則性和均勻性

　　應將複雜的變成簡單。將結構的受力與傳力途徑設計成越簡單、直接和明確就越好。儘可能避免出現以抗扭為主導的關鍵性傳力構件。傳力途徑越複雜就越易形成內力與變形的不協調和難以預料的薄弱環節；建築平面規則，平面內結構佈置宜規則、對稱、均勻、減少偏心，使建築物分佈質量產生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，並使質量分佈與結構剛度分佈協調，限制質量與剛度之間的偏心。

　　2、合理選擇結構方案

　　一個成功的設計必須選擇一個切實可行的結構形勢和結構體系.這樣才能充分做到經濟合理。結構體系應受力明確、傳力簡捷，同一結構單元不宜混用不同的結構體系，力求平面和豎向規則。總之，必須對工程的設計要求、地理環境、材料供應及施工條件等情況做綜合分析，並與其他專業相互協調後進行結構選型.確定結構方案。

　　3、選用恰當的計算簡圖

　　結構計算是在計算簡圖的基礎上進行分析的。選擇恰當的計算簡圖是確保結構安全的重要條件，—個選用不當的計算簡圖將會導致結構事故的發生。計算簡圖還應有相應的構造措施來保證。實際結構的節點不可能是純粹的剛接或鉸接點，但與設計簡圖的誤差應在允許的範圍之內。

　　4、正確分析計算結果

　　目前市場上建築結構設計軟體種類繁多。而不同的設計軟體所計算出的結構也不盡相同.這就要求設計師對程式的設計原理及技術條件有廣泛的瞭解，對計算結果認真分析，慎重校核.做出合理判斷。

　　5、結構構件設計

　　各種結構構件都應進行必要的抗彎、抗剪、抗扭等計算，並採取相應的構造措施。實際工程中溫差、混凝土收縮、徐變，支座沉陷或結構次應力的影響在結構計算中往往未加考慮，但由於塑性鉸的出現.結構自身進行了調幅，使結構得以正常使用。

　　6、選擇合適的基礎方案

　　選擇合適的基礎方案是確保結構安全和降低工程造價的重要因素。基礎設計應有詳細的地質資料，應儘量避免在無地質資料的情況下進行設計。基礎設計應根據工程地質和水文地質條件、建築體型、有無地下室、上部結構類型和荷載大小等因素做綜合分析，選擇經濟合理的基礎方案.最大限度的發揮地基的潛力。一般情況下，在同一結構單元不宜採用兩種不同類型的基礎。

　　1.優化設計目標

　　每項建築結構的設計都受到了多項客觀目標的影響，而且通常這些目標之間具有一定的矛盾性，若要提高某項目標的要求，往往以降低其他目標的要求為代價。而建築結構概念設計的優化，首當其衝就要考慮一種最為合理的方案，使這些相互矛盾的客觀目標之間達到一定的平衡。

　　要實現各項目標的平衡，需要考慮大量的因素，一般而言，最具代表性的就是要達到初始總投資、年運行成本和收入這三個目標的平衡。即通過概念設計的優化，儘可能地保證初始總投資和年運行成本的最小化，同時保證收入的最大化。其中，初始總投資的影響因素很多，包括土地成本、建築結構及裝飾成本、水電暖通成本、智能系統成本、消防系統成本等等，但歸根到底，就是取決於建築總面積和單位面積造價；年運行成本是對建築結構和設備進行清掃、維護、管理等的費用；而收入則是建築投入使用的所得費用，包括出售、出租及投入生產所得盈利等等。通常在合理的範圍內，往往初始總投資越火，相應也會增加年運行成本，但同時收入也會得到提高。因此建築結構概念設計的優化，就是要在業主能夠承受的初始總投資和年運行成本的範圍內，實現收入的最大化，當然其中還要考慮投入產出比等細節問題，總之保證設計成果的利益最大化。

　　2.優化設計約束

　　建築結構概念設計同樣還受到建築物的可靠性、功能性、舒適性等多重限制的約束。如何在滿足這些約束的同時，儘量降低成本、提高產出，也是建築結構概念設計優化的一項重要內容。建築結構的設計約束一般可分為條件約束、規範約束和隱性約束三類。其中，條件約束又包含現實因素和業主要求兩方面的內容。現實因素包括了土地大小、周邊環境、政府有：關部門的總體規劃等等；業主要求則內容廣泛，可以是建築物的尺寸、高度，也可以是建築的造價，還可以是建築的局部功能(比如要求有地下室)等等。規範約束則是相關規範規程的強制性指標，它包括了建築物的最大長寬比、最大高寬比、混凝土強度、防水抗滲等級、消防要求、人防要求等等。無論是條件約束還是規範約束，都應是建築結構概念設計中必須滿足的要求，而隱性約束則是設計人員對概念設計進行優化的重點。

　　簡單的說，隱性約束就是要求設計人員對於建築結構的概念要有深入的把握，它是一種虛幻性的約束，往往容易被忽視，但其實它才是設計約束中對概念設計進行優化的關鍵所在。比如將建築物中陽光少、地勢差的區域用作衛生問而將陽光充足、地勢好的區域用作辦公室，在同樣大小的土地上選擇更舒適合理的戶型等等行為，都是建築結構概念設計的優化措施。

　　3.優化結構體系和計算簡圖

　　建築結構體系的設計是建築結構概念設計中的一項重要內容，設計人員通過結構體系的建立將整個建築的構成清晰完整地呈現出來。建築結構體系是一個統一的、不可分割的整體，而不是各個部件個性體現之後的組合，各個部件只有組合在一起時才真正具備了建築結構價值。因此，在規劃結構體系時，應當著重全盤、整體的考慮，切不可對單一的部件進行分別設計然後再進行組合，否則將喪失其特定的內涵。

　　建築結構概念設計在選擇計算簡圖時，應當儘量選用有結構構造措施的計算簡圖。因為計算簡圖是建築結構概念設計計算的重要組成部分，在一定程度上決定了結構計算的準確性和可靠性。因此，對計算簡圖的選擇應當慎之又慎，同理，對於計算簡圖的優化，也是優化建築結構概念設計的重要措施。

　　4.虛擬現實技術的應用

　　虛擬現實技術，就是在虛擬現實的環境中，由設計人員利用工程知識庫、組件庫、資料庫等來建立建築結構的三維虛擬模型。它具有一項具有較強立體感、真實感和現場感的模擬系統。在建築結構概念設計中應用虛擬現實技術，可以對系統中的模型重覆地進行參數設計和動態分析，根據得出的不同結果進行反覆比較和同步修改，從而實現對建築結構概念設計的優化。