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概念设计在结构设计的作用

摘要:随着时代的发展,传统建筑结构设计方法需要适应新的发展形势,紧跟时代步伐。为了避免过度依赖计算软件的结果,使得筑结构设计结果符合力学要求及规范要求,结构设计人员应将概念设计应用到具体的建筑结构设计工作中,在提高设计水平同时提升建筑的安全性。本文对概念设计在建筑结构设计中的应用进行了探讨。

关键词:建筑结构设计;探讨;概念设计

1概念设计

所谓概念设计,是指在工程中遇到一些难以作出精确力学分析或是规范中没有明确规定的问题时,不通过具体的数值计算,而是对整体结构体系与分部结构体系之间的力学关系进行分析、结合结构破坏机理、震害、试验现象,以及一些工程经验得出基本设计原则和设计理念,然后从整体角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的布置。之所以要强调概念设计的重要性,主要的原因是目前现行的结构设计理论与计算理论还存在许多缺陷和不可计算性。例如在混凝土结构设计中,对内力的计算是以弹性理论为基础的,而对于截面设计却是以塑性理论为基础的一种极限状态设计方法。这两者的不同导致计算结果与结构的实际受力状态差之甚远,正是因为有这种计算理论方面的缺陷才需要优秀的概念设计来满足结构设计的目的。对于实际问题中许多无法计算的结构构件的设计也是需要概念设计的理由之一。

2建筑结构设计中运用概念设计的重要性

概念设计在建筑结构的设计过程中发挥着极其重要的作用,它给设计师带来了灵感,保证了建筑结构设计的质量,为设计工作赋予了新的活力。合理的运用概念设计这一理念能够很大程度的提升建筑结构设计的水平,促使设计人员能够发挥出更好的作用和价值,使建筑结构设计的最终效果得到提高。同时计算机设计中存在一些不足和缺陷,应用概念设计能够有效地对这些不足进行弥补。设计人员在进行结构设计时常常广泛的使用计算机程序,然而这导致了设计人员对计算机过于依赖,忽视了自身对于结构概念的学习和掌握,无形中降低了自身的设计能力。同时采用计算机进行结构设计是有一定的限制的,导致初步设计的方案无法完成。然而还有很多设计师并没有认识到计算机设计的双面性,选择合适的软件来进行设计可以提高效率,相反的,如果使用的软件并不合适反而会导致设计中的一些隐患,这些问题会随着时间越来越明显。所以,设计师需要深入学习理解相关的概念,熟练掌握应用概念设计,在设计时选择科学合理的方案。同时在建筑结构设计中应用概念设计还体现了一定的创新作用。比起对着建筑结构设计标准和规范照本宣科的模式来说,相关设计人员可以根据自己的经验进行设计,避免了过于循规蹈矩的现象,合理应用概念设计能够在较大程度上展现创新。应用概念设计还能使结构设计的更加完善。因为设计师必须先掌握结构概念,对其有充分的理解及认识,具有清晰的设计理念的设计师才能对如概念混乱这类问题进行较好的预防。如果能够较好的掌握相关概念,那么在出现问题时,也能快速的找出其原因并且制定有效的解决方案,同时提升其结构方案的可靠性。

3概念设计在建筑结构设计中的具体应用

3.1在建筑场地选择中的应用。对于建筑结构设计来说相关场地的选择是非常重要的,只有选择了合适的场地,其后续的设计工作才能的到保障。对于建筑场地的选择应该着重考虑以下几点:需要考虑的首要因素是地形,不同的地形对建筑结构有不同的影响和制约作用。因此,必须严格根据相应的建筑结构设计要求,充分考虑各种因素的影响,最终选择出进行该项工程最合适的地形。除此之外,地址问题对于建筑结构设计也有很大影响,也是场地选择中需要注意的一个关键问题,尤其是对于基础结构的设计。对于建筑场地的选择,还应该考虑抗震性问题,这一点在现今社会的建筑设计中是非常重要的。要提升建筑的使用安全性能,必须使建筑结构具有较强的抗震效果,要尽量避免将建筑建造在易发生地震的位置。3.2在基础结构设计中的应用。在整个建筑结构设计中,基础结构设计是极为重要的一个环节,概念设计在这类基础结构设计过程中能够发挥理想的效果。基础结构设计过程中的具体内容中,对基础结构设计方案进行合理的选择是最为重要的。设计人员要根据不同的基础结构要求和场地的地质特点,选择最为合适的方案来设计。基础结构类型主要有以下几类:①独立柱下基础,在当前的建筑工程项目中独立柱下基础结构是很常用的,它具有较好的均匀性和整体性,能够较大程度的把上部建筑结构所产生的荷载均匀的传递到地下,提升其稳定性;适用于多层框架结构且地质条件较好的场地;②条形基础及筏形基础,适用于层数高荷载大的高层建筑或者是层数较少、且地质不太好的建筑;③桩地基适用于基础持力层较深的各类建筑;④桩筏基础,适用于地质条件不好,持力层深的高层超高层建筑。3.3在结构方案选择中的应用。建筑设计中的核心是建筑结构方案的选择。为了保证合理性和经济性,在选择建筑结构的设计的方案时也需要应用概念设计进行选择。在选择时,首先需建筑的平面特点及功能要求,根据现有的技术条件,选择适合建筑的结构类型,墙柱布置及梁板布置,合理设置竖向构件,搭建符合力学要求的传力路径,以满足概念设计的整体性要求。其次,要选择合适的计算软件,根据结构方案进行多轮的设计优化,选择最优的结构设计方案。将这种设计理念体现在建筑结构的设计中能够很好地提升建筑结构的整体抗震性能。3.4在建筑主体结构设计中的应用。建筑主体结构主要是要从整体上对整个建筑结构进行设计,对于这种设计工作来说,对称性和合理性是十分关键的,相应的这也要求设计人员必须对整体的结构布置、传力路径、刚心、质心进行合理的设计,而这些设计过程中就需要有概念设计的参与。在计算中,应着重从以下几个参数整体来考虑计算结果的合理性:(1)刚度比:主要是控制结构竖向规则性,避免竖向刚度突变,形成薄弱层。(2)位移比:主要为控制结构平面规则性,以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。(3)周期比:主要为控制结构扭转效应以减小扭转可能对结构造成不利影响。周期比不满足要求时,结构的扭转刚度小于侧移刚度,结构扭转效应过大。(4)剪重比:主要为控制各楼层最小地震剪力,确保结构安全性。(5)刚重比:主要为控制结构的稳定性,避免结构在风载或地震力的作用下发生整体失稳。刚重比过小时结构的刚度比起重力荷载较小;但刚重比也不宜过大,否则结构的经济技术指标是较差的。(6)层间受剪承载力比:控制竖向不规则性,以免竖向楼层受剪承载力突变,形成薄弱层。

4结语

综上,应用概念设计来进行建筑结构设计,不仅能够提高建筑物的可靠性和安全性,还能够一定程度上节约资源和能源,提升建筑结构的设计水平。因此在建筑结构设计中应用概念设计,这对于建筑结构设计的进步和发展具有很大的促进作用。

参考文献

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[2]李霞.建筑结构设计中概念设计的应用分析[J].建筑与规划设计,2015.

[3]白嘉宁.概念设计在当前建筑结构设计中的应用分析[J].建材与装饰,2016.

[4]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010).中国建筑工业出版社.

[5]《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)(2016年版).中国建筑工业出版社.

作者:黎柏营 单位:安徽新时代建筑设计有限公司

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