試論概念設計在建筑結構設計中的運用

1、<p>　　試論概念設計在建筑結構設計中的運用</p><p>　　摘要：隨著當前科技的迅速發(fā)展，對建筑設計結構有了更高的要求。在計算機結構程序全面應用的今天，建筑設計中更加注重結構概念設計的意義和創(chuàng)新。本文主要論述了概念設計在建筑結構設計中的應用和作用。 </p><p>　　關鍵詞：概念設計；建筑結構設計 </p><p>　　中圖分類號： TU3文獻

2、標識碼： A </p><p>　　傳統(tǒng)的建筑設計手法一般是先有了建筑的基本平立剖設計，甚至確定了建筑的外形，然后才交給結構工程師進行結構選型、結構設計。針對此種建筑設計和結構設計脫離、二者缺乏合理科學的整合的狀況，我們提出了結構概念設計指導建筑設計。結構概念設計，是指結構工程師和建筑工程師在設計中能夠創(chuàng)造性的相互結合，設計人員在從結構選型、約束分析、結構布置、結構計算簡圖的分析計算、截面設計到細部處理的整個設計

3、過程中，對所遇到的問題依據(jù)建筑結構在各種情況下的一般規(guī)律（主要是建筑、結構專業(yè)的基礎理論），結合實踐經驗，綜合考慮造價、場地等各方面因素，確定合理的分析、處理方法，力求得最為經濟、合理的結構設計方案。不論從可持續(xù)的角度還是從我國大量建設項目不斷開展的局勢來說，結構概念設計指導建筑設計是更符合我國國情的設計策略。 </p><p>　　一、結構概念設計的一般方法 </p><p>　　1.1

4、做好結構體系的選型建筑結構選型，傳統(tǒng)上是指根據(jù)建筑的形體要求、結構布置要求、構造要求等為其配型相應符合要求的結構體系的過程；而在結構概念設計中，結構選型和建筑設計是一個互相調和、互相指導的關系，因此在選型過程中還要考慮設計者對于設計構思的一些要素以及場地、客戶需求等諸多方面的約束。一方面來說，各種結構體系的形式、材料、特點和構造各有優(yōu)劣之勢，再加上近年來出現(xiàn)的一大批新型結構體系和形式，在適應各方面需求上可謂五花八門；另一方面，建筑結構的

5、設計約束在可靠性、實用性、舒適性等方面也各有側重，如場地自身和周邊條件的約束、政府有關部門的規(guī)劃要求、業(yè)主關于建筑尺寸和造價的要求、建筑功能性的要求以及相關規(guī)范的強制性指標等。因為每項建筑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。而建筑結構概念設計，首當其沖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。所以說，結構體系的選

6、型和優(yōu)化是結構概念設計的核心。 </p><p>　　1.2根據(jù)結構體系及其計算簡圖對結構進行優(yōu)化無論是常見的框架結構體系、剪力墻結構體系、筒體結構體系和框剪結構體系，還是各種新型結構，都有著各自的結構特點。在進行結構概念設計時，結構構件受力問題需要通過力學原理來進一步分析，有時甚至可以通過控制變量的方式對構件的形式進行優(yōu)化。通過結構受力簡圖，就能更科學而直觀的分析出結構的受力薄弱點和最大彎矩點等，盡可能使構件的

7、受力狀態(tài)以軸向受力為主，盡可能提高構件的截面慣性矩和抗彎、抗剪能力等。 </p><p>　　1.3根據(jù)建筑的功能需求、空間需求等使用方面的約束對結構進行微調整合建筑物本來就是一個空間使用體，所以結構概念設計要做到結構合理的同時順應空間的使用，不造成使用障礙或影響空間質量。甚至可以達到建筑與結構的高度整合，讓建筑的結構構件不僅僅只有承重功能，同時又具備建筑使用功能；結構直接作為建筑表達，大幅度精簡建筑構件，使結構

8、更加簡潔高效。 </p><p>　　二、強調概念設計的重要 </p><p>　　主要還因為現(xiàn)行的結構設計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性，比如對混凝土結構設計，內力計算是基于彈性理論的計算方法，而截面計算卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設計方法，這一矛盾使計算結果與結構的實際受力狀態(tài)差之甚遠，為了彌補這類計算理論的缺陷，或者實現(xiàn)對實際存在的大量地樂趣計算的結構構件的設計，都需要優(yōu)秀的概

9、念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。概念設計之所以重要，還在于方案設計階段，初步設計過程是不能借助于計算機來實現(xiàn)的，這就需要結構工程師綜合運用其掌握的結構概念，選擇效果最好，造價最低的結構方案。 </p><p>　　三、以汽車4S店為例進行建筑結構概念設計 </p><p>　　（一）設計課題汽車4s店。 </p><p>　?。ǘ┱n題描述為了市場拓展需求，某

10、汽車銷售有限公司欲在武漢市光谷創(chuàng)業(yè)街修建一個汽車4s專賣店，設計應體現(xiàn)汽車銷售公司的企業(yè)風貌與特點，優(yōu)化汽車專賣一條街的城市形態(tài)與空間環(huán)境。 </p><p>　?。ㄈ┰O計重點在處理好功能流線以及與環(huán)境關系的基礎上，關注建筑結構，特別是大跨結構的選擇和設計。 </p><p><b>　?。ㄋ模┠M過程 </b></p><p>　　1.進行

11、結構選型根據(jù)維修車間的空間特點、跨度要求和該設計的規(guī)模，設計時選擇了剛架結構中的門式剛架。這種單層剛架為梁柱合一的結構，梁柱截面高度小，造型輕巧，內部凈空較大，比較適合維修車間這種較為工業(yè)化特征的功能空間，且鋼筋混凝土結構門架符合維修車間15米跨度的要求。進一步選型為兩鉸剛架，考慮其基礎無彎矩，可以做得小，既省料，地下施工的工作量也少；且鉸接柱基構造簡單，有利于梁柱采用預制構件?；谝陨线@些兩鉸剛架的優(yōu)勢，最終選取結構原型為門式兩鉸剛架

12、。 </p><p>　　2.對結構體系進行力學分析兩鉸剛架為一次超靜定結構，在豎向荷載或水平向荷載作用下，剛架內彎矩均比無鉸剛架大。兩鉸剛架在基礎處為鉸支承，故當基礎有轉角時，對結構內力沒有影響，但當兩柱腳發(fā)生不均勻沉降時，則將在結構內產生附加內力。 </p><p>　　3.根據(jù)建筑的各類約束對結構形式進行微調整合（1）功能需求：為了便于維修，維修車間需要較大空間的前廊，我們考慮通過挑

13、出的懸臂形成檐下空間。對結構受力分析得出彎矩圖：可知在跨中和梁柱交接處彎矩最大，故在設計時將梁柱交接處截面尺寸做大一些。（2）針對跨中彎矩較大的問題，優(yōu)化結構：門式剛架中間拱起一個弧度，與彎矩圖的弧度相對，有利于結構抵抗跨中彎矩。對其的力學定性分析：拱起一個弧度的梁在內力分析時相當于一個拱，與直梁相比，由于內力中軸力的大大加強，使得彎矩和剪力都小很多；從另一角度來看，與在梁上施加預應力道理相同。（3）進一步與功能需求相調節(jié)：由于整個汽車

14、4s店的售賣大廳、展廳、維修車間等功能流線之間的互相協(xié)調，需要將懸臂的一端遠伸，使檐下空間擴大成車道。由彎矩圖可知，由于懸臂的遠伸，此端梁柱交接處的彎矩明顯變大，故應采取一定的措施優(yōu)化此結構。（4）為了減輕懸臂端的負擔，用拉索將懸臂端部與另一端伸出的突出端連接。在拉索上施加預應力之后，給懸臂一個拉力，使懸臂端下側受拉，產生的彎矩與與懸臂自身懸挑產生的彎矩抵消，大大減小了結構彎矩，使受力更合理。（5）綜合結構受力分析和結構形態(tài)學等方面的因

15、素，</p><p>　　我們并沒有選擇多么標新立異的結構體系，但是經過一系列優(yōu)化整合，以結構的角度出發(fā)探討建筑約束，再加上建筑美學、結構形態(tài)學的考慮，也創(chuàng)造出了令人眼前一亮的以結構為特色的建筑造型。 </p><p><b>　　四、結語 </b></p><p>　　建筑往往被認為是技術與藝術的結合，與建筑造型關系最為重要的是結構技術，結構

16、技術的發(fā)展會帶來新形式、新功能的需求，并產生新的審美觀念，而這些需求又同時促進結構技術的發(fā)展。就像時下流行的綠色建筑技術，結構概念指導建筑設計在當今可持續(xù)社會、集約型社會的指導政策下也會有很好的發(fā)展前景。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]?；劬?淺議建筑結構設計中的概念設計[J].內江科技，2008（2）. </p&g