建筑结构设计中概念设计重要性的探讨

　　摘要；随着生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。计算机结构分析软件得到广泛的应用，从而加强了设计师对建筑结构计算软件的依赖，本文探讨了重视概念设计对建筑结构设计的重要性，充分发挥结构工程师的综合设计能力的体现能力。使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济。
　　关键词；；建筑结构设计；概念设计；
　　0引言
　　概念设计的内容十分丰富，应用面也非常广泛，几乎蕴含了所有的结构设计过程。我们通常谈到的安全度的概念、力学的概念、材料的概念、荷载的概念、地震的概念、使用的概念等都属于结构的概念。概念设计就是融合这些概念，贯穿到结构造型、方案设计、结构布置、计算简图抽象、计算结果处理、施工图绘制等设计的整个过程，对理论无法明确的部位，还要有定性的认识后才能反映到设计成果中。
　　当前科学技术迅速发展，计算机结构程序的全面应用给结构设计师带来极大方便，大大减轻了他们的劳动强度，提高了设计的效率和质量。但同时也容易让人产生错误认识，认为结构设计很简单，只需遵循规范、手册、图集，等待建筑师给出一个空间形成的方案(非结构的)，然后就可使用汁算机完成结构设计了。因此，一些结构设计师不重视结构的基本理论和基本概念的正确使用，不能有效地运用他们的知识、精力和时间去考虑结构的整体设计、协同工作等一系列概念设计问题而是一味地依赖汁算机，久而久之许多设计人员缺乏结构设计的概念，对软件技术条件认识不清、对计算机的计算结果无法判断，对规范与软件之间的差异不甚了解，对如何加强结构的整体性、合理性、经济性没有概念，甚至一些设计人员因为过多地相信计算机分析结果而导致结构计算模型与实际建筑物存在较大差别，引起结构施工图中出现了大量的概念性错误和计算错误，且有些错误可能会导致严重的后果。为保证建筑结构的安全、适用、经济、可靠，对设计人员强调结构概念设计的重要性是非常必要的。
　　1关于概念没计
　　所谓的概念设计就是运用清晰的结构概念，不经数值计算，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、实验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，对结构及计算结果进行正确的分析，并考虑结构实际受力状况与计算假设间的差异，对结构和构造进行设计，使建筑物受力更合理、安全、协调。概念设计主要从两个方面对结构设计进行宏观控制[1]；一是在方案设计满足建筑要求的前提下，从宏观的角度考虑结构整体性及主要分体的相互协调关系，确定总体设计方案；二是在理论设计过程中综合考虑工程条件、计算理论、材料性能等各种因素对计算结果的影响，判断理论设计的准确性，并对一些工程中难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题，根据实际经验采用一些结构构造措施进行处理[2]。换句话说，概念设计是运用人的判断和思维能力，从宏观解决结构设计的基本问题、概念设计是一种思路，是一种定性的设计，它不以精确的力学分析、生搬硬套的规范条文为依据，而是对工程进行概括性的分析，制定设计目标，采取相应结构措施。具体到设计过程，就是根据特定的建筑空间和地理条件，结合建筑的功能要求，考虑结构安全、适用、经济、美观、施工方便等各种因素后，确定结构的总体方案，按照结构的破坏机理和破坏过程，灵活且能有意识地利用整体结构体系与基本杆件间的力学特性与关系、设计准则、工程现场实时的资源条件，全面合理地解决结构设计的基本问题。既要注意到总体布置的大原则，又要顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的可靠度。概念设计的目的是力求使设计方案安全、可靠、经济、合理，是一个优化的过程。概念设计运用得好，能使结构满足建筑要求，并以最快的方式将荷载传递到基础、地基中，创造更为安全、舒适的工作和生活环境，从而节约材料和资金，使工程项目的设计、施工、使用都能“又快、又好、又省”，这也是人们对工程建设的最基本要求。
　　2概念设计的必要性
　　2．1概念设计是结构设计的基础与灵魂
　　结构的概念设计在结构设计中占有重要的地位，结构设计的流程一般分为3个阶段：前期的方案选择、中期的结构计算及后期的施工图绘制。结构的概念设计是结构分析和设计的第一步，结构设计三个阶段离不开科学的概念作指导。
　　(1)方案设计阶段。一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案，即选择一个切实可靠的结构形式和结构体系。在此阶段，设计者除了对建筑物的功能要求、地理环境、资金配备、材料供应、施工条件与水平等进行综合的分析，并与建筑、水电、设备等专业进行充分比较外，还要考虑结构内部的协同工作、结构抗震的构造设计、结构整体性能控制等问题，而后完成结构选型，确定结构方案，必要时还要对多个方案进行比较，择优选用。因此方案设计过程是不能借助于计算机或理论计算来实现的，它需要结构工程师综合应用其掌握的结构概念，在深入了解各类结构性能的基础上，有针对性地选择效果最好、造价最低的结构方案。
　　(2)结构计算阶段。结构计算是在计算简图的基础上进行的，即要对作用在结构构件上的荷载和构件的约束进行一定的简化，简化后的结构内力变形必须与原结构尽可能一致。目前由于建筑物的功能复杂多样，结构计算一般是通过计算机来完成的，因此结构工程师必须把实际工程的结构形式转换成计算机能够识别的计算模型，并且要保证模型受力和变形的精确性，在此基础上结构工程师还应根据实际结构的工作状态，在全面了解程序软件的适用范围与技术条件后正确选择和使用结构设计软件，同时再用概念设计对电算结果进行科学分析，作正确合理的判断。如果结构工程师缺乏经验、不具备结构体系功能及其受力、变形特性的整体概念与判断力，他们就无法确定实际结构的计算简图、无法判断计算机显示的计算模型与计算结果的正确否。
　　(3)施工图绘制阶段。结构工程师通过计算机完成结构设计计算并对结果确认无误后，接着就是把计算结果用施工图的方式表现出来(通常也是计算机完成)。此时，结构工程师还有一项比较艰巨的任务需要完成，即调图工作。他们要检查施工是否正确反映设计意图，是否满足结构整体稳定和各构件间协同工作的要求、结构抗震设计的要求、结构的材料利用率和经济适用的要求等。很多刚毕业的大学生面对施工图纸无法断定其适用性和正确否，主要原因就是他们缺乏经验与实践过程中结构概念的养成。
　　2．2概念设计思想的运用。弥补结构设计理论和计算理论的缺陷，拓宽结构设计思路
　　我国现行的结构设计理论与计算理论采用以概率理论为基础的结构极限状态设计准则，与过去经历过的经验估算法、容许应力法及破损阶段法相比，它更科学、更合理，但也存在一些缺陷或不可计算性，即它对具体空间结构体系整体研究存在一定的局限性，只能视作近似概率法。如，对混凝土楼板结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果结构的实际受力状态差之甚远。为了弥补这一缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，必须用优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。要充分发挥结构程工师的创新能力，因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。
　　2．3概念设计思想的运用，有利于培养结构工程师的创造力
　　随着计算机结构分析软件的广泛应用和普及，它使人们摆脱了过去必须进行的大量的手工计算，使人们的工作效率得到大幅度的提高。与此同时，结构设计人员对结构计算软件的依赖性也越来越大，有时甚至过分地相信计算软件，并拘泥于规范、手册、图集等书本和遵从计算结果设计，致使设计思维过于理论化，注重理论忽略结构构造，从而忽略了结构概念设计的重要性。并且，由于各种因素，目前的结构计算软件总是存在着一定的局限性、适用性和近似性。如，结构的模型化误差；非结构构件对结构刚度的影响；楼板对结构刚度的影响；温度变化在结构构件中产生的应力；结构的实际阻尼(比)；回填土对地下室约束相对刚度比；地基基础和上部结构的相互作用等。有些影响因素目前还无法给准确的模型描述，也只能给出简化的表达或简单的处理，受人为影响较大，因此设计人员不能据此来定分析软件的正确性，更不能对异常构件、部位置之不理或偏信于计算机的结果，而足应该从整体上来把握和控制结构体系的各项性能，对内力异常的构件或部位，应从明确的结构概念出发来分析和处理，从而确保结构的安全性。又如，现在三维结构软件分析次梁支座负弯距时会出现很小的现象，按理论分析一定是支座位移较大产生的结果，但我们实测的支座位移总是比理论计算的结果小得多，故这种现象只能用概念设计加以解释。因此，在实际工作中强调概念设计的运用是培养结构工程师创造力的关键。结构工程师应对基本假定、力学模型及其适用范围有所了解，并应对计算结果进行分析判断，确认其正确合理、有效后方可用于工程设计。
　　3重视概念设计，提高设计质量
　　勘察设计是工程的灵魂，质量的龙头。只有具备优秀的设计，才能创建优质的工程。一个优秀的结构工程师会在每一项工程设计的开始，即在建筑设计的方案阶段，根据经验和专业设计理论，在脑海中进行一个“优化”过程，运用概念设计方法，可以迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，同时帮助建筑师开拓或实现建筑物业所想要的空间形式及其使用、构造与形象功能，并以此为目标，与建筑师一起确定建筑的总体结构体系，并能明确总体结构体系分体结构体系的最优受力方案所得方案往往概念清晰、定性正确，避免了后期设计阶段一些不必要的烦琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，这也是判断汁算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。概念设计是结构设计的核心和灵魂，它统领结构设计的全过程，贯穿着设计工程师的知识水平和设计水平。运用结构概念设计从整体上把握结构的各项性能，这样才能对计算分析结果进行科学的判断、合理的采用，保证了工程师在设计中的主导地位。
　　4结语
　　概念设计的水平，取决于深厚的基础理论、对结构原理和力学性质的深刻理解、丰富的工程经验(包括处理施工中的一些实际问题)以及设计人员分析问题、解决问题的能力，它是一种综合设计能力的体现。只有富于创新并具有丰富实践经验的结构工程师才能协同建筑师去实现理想的构思，设计质量才能得到最佳的保证。
　　参考文献
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　　[2]柳强，王玉玲．浅谈概念设计在结构设计中的运用[J]．新疆化工，2006(1)：25～27．
　　[3]王顺卿．谈建筑结构设计中的概念设计[J]．山西建筑，2006(8)：39～40．
　　[4]闵小双．概念设计在建筑结构设计中的意义[J]．科技资讯，2006(34)：213．
　　[5]韩渡．浅谈结构设计中的概念设计[J]．科技情报开发与经济，2007(1)：274～275．