【关键词】概念设计；建筑结构设计；计算简图
【中图分类号】 TV318 【文献标识码】A
【文章编号】1674-114502-0138-02
安全、经济、适用、美观、便于施工是进行建筑结构设计的原则。一个优秀的建筑结构设计应该是这五个方面的最佳结合。结构设计一般在建筑设计之后,结构设计不能破坏建筑设计,建筑设计不能超出结构设计的能力范围,结构设计决定了建筑设计能否实现。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对建筑工程设计也提出了更高的要求。而结构设计作为工程设计不可分割的一环,必然对工程设计的成败起重大的影响作用。因此优化结构设计、发展先进计算理论,加强计算机的应用,加快新型建材的研究与应用,使建筑结构设计更加安全、适用、经济是当务之急。21世纪是自主创新的时代,作为结构设计的推动者和执行者,结构设计师要想提高设计效率,就必须加强概念设计的学习和应用,在方案设计阶段就主动与建筑师合作,用自身拥有的结构体系功能及其受力、变形特征的整体概念去构思结构总体系,并以承载力、刚度和延性来主导总结构体系和分体系之间的关系的概念设计。
一、概念设计的概念
概念设计是指不经数值计算,尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题,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、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念设计方法,可以在建筑设计的方案阶段就迅速有效地对结构体系进行构思、比较与选择,从而使方案概念清晰和定性正确,避免在后期设计阶段出现一些不必要的繁琐运算,具有良好的经济性和可靠性。同时,也是判断计算机内分析输出数据可靠与否的主要依据。对于实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,可以运用优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的,弥补现行结构设计理论与计算理论之间存在的某些缺陷或不可计算性。而结构设计者的阅历、学历、胆识,包括对工程结构、力学等方面的直观概念与深层机理概念是工程实践中合理的运用概念设计的关键。
二、概念设计的重要性
概念是在头脑中形成的反映对象本质属性的思维形式,它是将所感知事物的共同本质特点抽象出来加以概括而形成。概念设计要求在设计过程中始终贯穿和应用结构概念,是一种定性而非定量的分析,是整体宏观控制和细部构造措施、设计原理和工程实践经验相结合的设计思想。从总体上控制的概念设计是一个结构方案设计的基础,与建筑结构的形式、建筑类别、抗震等级、基础及主体的安全等级有关,对建筑物的安全性和经济性将产生重大的影响,这并非某条梁或某块板减少配筋量所能比拟的,因此在方案设计阶段就运用概念设计的思想是非常必要和及时的,而且要将它贯穿应用于整个设计过程,才能为建筑结构的安全性、可靠性、适用性和经济性提供有力的保证。
由于现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,有时会使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远,为了实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,就需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机计算的高精度特点,往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解,结构工程师只有加强结构概念的培养才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。实际上在方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念,选择结构合理、造价最低的结构方案,为此需要工程师不断地丰富自己的结构概念,了解各类结构的性能,并能有意识地、灵活地运用。因此,概念设计在结构设计中显得尤为重要。
提倡概念设计,也是强调人在设计中的指挥、主导、调控作用。一个结构工程设计,想用计算机一次计算就完全通过往往是不现实的,认为结构设计就是“规范+计算”,甚至于“规范+一体化计算机结构设计程序”的想法是极其错误的。对于计算结果的明显错误往往凭概念直觉就能发现,而且有的错误只能用概念性近似计算来复核才能正确判断。所以,结构设计软件的应用者在确保输入数据正确无误的前提下,要对程序的基本理论假定、应用范围和限制条件完全吃透,特别是边界条件的模拟假定与实际受力状态一定要相符。在初步设计阶段,通过概念近似手算来不断反馈和优化,直至最后确定该结构设计方案的可行性及其主要分体系和构件的基本尺寸。这样在施工图设计阶段就不会出现大的变更和反复。在计算前根据自己多年积累的丰富设计经验,从总体上设定好计算参数；计算中要根据出现的情况灵活处理,调整计算流程和方式；计算后要对计算结果做出正确判断,以决定后续处理办法及对设计结果进行必要的修改完善。
掌握好概念设计不仅可以保证正确的设计原则,还可以通过它来解决设计中出现的问题以提高设计水平。当发现某个技术问题时,可以根据概念设计来分析其原因,这往往比直接检查数据更快捷有效,而且可以找到问题的症结所在。这个方法最适合用于判断电算结果,电算过程往往有上亿个数据,要跟踪数据是不可能的,只有用概念来判断其合理性或查找原因,用概念设计原则去解决问题才是最简洁的出路。概念设计在以后的建设中将发挥越来越大的作用,目前有些结构设计人员对结构计算程序编制原理、假定、计算模型了解甚少,知其然不知所以然,偏重结构计算而忽视结构的构造设计,因此,为了最大程度保证结构的可靠,除了必要的计算外还必须考虑许多方面来提高结构的承载能力和受力性能。实践证明,凡是概念设计做得好的结构工程师,其自身所拥有的结构设计概念、经验、判断力和创造力随年龄与工程实践的增长而成正比。反之,只会盲目照搬规范和依赖计算机程序做习惯性传统设计的结构工程师,不但设计误区多发,更谈不上结构设计成果的不断创新。
三、概念设计需注意的问题
结构设计的经济合理
概念设计的目的是力求设计方案经济、合理、适用,因此,概念设计必须选择一个经济合理的,且切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应该明确总体布置、抗震细部、应受力等方面,同一结构单元不宜混用不同结构体系,力求平面和竖向规则。总之,必须对建筑师设计要求、结构特点、材料供应、施工条件等情况进行综合分析,并与施工方面、业主等方面充分协商,在此基础上进行结构选型,确定结构方案,必要时还应进行多方案比较,择优选用。
选用恰当的计算简图
计算简图是进行结构计算的基础,如果计算简图选用不当会导致结构安全事故的发生,因此选择恰当的计算简图是保证结构安全的重要条件,设计师要从实际出发选择合理的计算简图,并且计算简图还应有相应的构造措施来保证。此外,设计师还要注意到在实际结构中节点不可能是纯粹的刚结或铰结点,计算简图的误差应在设计允许范围之内。
正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术,但是由于软件种类繁多,不同的软件存在着很大的差异性,往往导致计算结果不相同。因此,设计师要对程序的适用范围、技术条件等全面了解。由于软件本身的缺陷可能会导致错误的计算结果,因此,设计师要充分认识到计算参数的重要性,要凭着自己过硬的专业知识、丰富的经验,在拿到电算结果时认真分析,正确地输入合理的计算参数,慎重校核,做出合理判断。
四、结论
现在概念设计的思想已被越来越多的结构工程师所接受,并在结构的选型,结构的布置,计算参数的选定,以及在合理采取构造措施等方面发挥越来越大的作用。怎样合理地采取构造措施,是概念设计在工程中的具体应用,如: 钢筋的锚固,裂缝的控制,节点设计等,需要具体问题具体分析,切不可生搬硬套。这需要我们不断地去积累,去学习,以计算机为辅助,用智慧,用经验,全身心地投入进去。推广并应用概念设计是一种行之有效的方法。概念设计必然会成为今后结构设计的主流思想,随着人们对事物认识的不断发展,概念也在不断的发展变化。
【参考文献】
高立人,王跃．结构设计的新思路－—概念设计．工业建筑,2004,.
林同炎．结构概念和体系．中国建筑工业出版社,2005.
李明．建筑结构设计的思考．建筑结构,2004,.
吴晓春,廖瑛．浅议建筑结构设计中的概念设计.
【作者简介】李侃,湖南长沙人,永州市建筑设计院工程师,研究方向：房屋建筑结构设计。,论概念设计在建筑结构设计中的重要安吉新闻网 性
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