概念设计在建筑结构设计中的应用研究

概念设计在建筑结构设计中的应用研究

陈帆

华南理工大学建筑设计研究院有限公司 广东省广州市 510640

摘要：在国民经济发展中，建筑业属于支柱产业，必须高度重视结构设计。在结构设计中，往往面临着各种不确定因素，当设计出现漏洞时就可能造成安全事故，对和谐社会的建设危害极大。为了避免出现不良问题，有必要在设计过程中将结构概念放在首位，全面考虑多种因素，对主体结构设计方案予以完善，确保结构设计和施工工序的合理性，落实各项措施。通过大量建筑案例可知，融合概念设计措施，可保障主体结构质量，缩短工程建设周期，提高工程效益。

关键词：概念设计；建筑结构设计；应用

引言

工程施工质量直接关系到建筑使用者和财产的安全，会对人们的工作、生活和居住带来很大的影响，因此施工必须满足安全要求，这是保证人们人身安全、社会稳定、经济发展的关键因素。鉴于此，建筑工程技术工作人员应深入分析概念设计，提高建筑工程结构的安全性，把风险系数降至最低，并制定出行之有效的应对措施，提升建筑工程结构设计的总体效果，持续总结与归纳工作经验，以便进一步推动我国建筑行业的可持续健康发展。

1工程结构设计的意义

在我国建筑项目多功能发展的背景下，建筑项目结构设计呈现出复杂性和多样化的特点。结构设计作为项目落地中必不可少的环节，不仅是提高施工运行稳定性的重要支撑，亦是增大建筑项目经济效益创造的关键所在。同时，建筑物要想实现可靠性运营与使用，需要以结构设计的有效把控为前提。所以设计人员需明确建筑结构设计的重要性，并做到在设计期间对各方面因素的充分考虑，确保其结构设计不存在隐患与漏洞，进而在保证建筑结构始终处于稳定状态，避免因结构问题出现威胁到民众人身财产安全。

2建筑结构设计中存在的问题

2.1我国现代工业建筑结构设计思想问题分析

在现代工业建筑结构设计中，设计师应积极运用概念设计等先进设计思想，优化设计方案，以提高我国现代工业建筑结构设计质量和水平。在工业建筑结构设计中的概念设计也就是设计人员对工业建筑结构进行整体性和系统性的概念思考，并结合工业生产要求对建筑结构体系以及不同结构件的受力关系加以综合分析。在此基础上根据建筑结构设计规范要求以及理论知识等合理选择工程结构形式，科学确定相关结构材料的质量性能参数以及尺寸规格等，并要对工业建筑结构整体设计方案的经济性、安全性以及可行性进行全面的分析研究，以确保工业建筑结构设计方案科学合理。

2.2材料质量不达标

通过大量的调查分析可以发现，在实际施工过程中，如果材料质量不达标的情况下，会直接降低建筑结构的整体安全性。在这一阶段，一些施工单位在进行建筑结构的具体设计时，为了尽量减少成本费用，会千方百计地降低施工原材料的成本，使得众多偷工、减料行为频繁出现，这则不但难以充分确保建筑工程施工的总体质量，而且也会让建筑结构安全性受到巨大影响。而在建筑项目具体施工阶段，国家对其提出了明确性规范要求，在实际建设过程中所运用到的钢材比例应当可以充分符合有关施工要求。因此，建筑结构设计工作人员在具体设计工作开展时，应当把施工全过程中所需运用到的钢筋材料展开精确计算，保证可以对钢材的用量进行合理控制。另外，虽然一些施工单位所运用的钢材数量达到了相关施工要求，但是却会为了追求短期经济效益，而使用钢筋粗度不够的钢材展开施工操作，这样则会为建筑结构预埋下重大的安全隐患。

2.3标准问题

地震烈度标准是指建筑物在抗震设计时所能承受的地震烈度。我国不同地区建筑的抗震烈度标准不同，会定期进行调整。此外，在高层建筑结构的抗震设计中，还要严格遵循相应的抗震等级标准，才能保障建筑工程的质量与安全。然而现阶段，还存在着设计标准问题。第一，很多设计人员在高层建筑设计中，未能严格遵循相应的标准规范，也忽视了建筑结构的使用功能因素。导致设计方案存在着很多问题，无法满足相应的抗震要求。第二，不同的高层建筑物类别在抗震设计时，不仅要考虑抗震等级、抗震烈度，还要考虑建筑场地等。然而很多设计人员，未能严格遵循相应的标准规范，从全局、长远的角度出发，导致抗震设计不够合理。

2.4设计人员资质不佳

目前，建筑结构的设计质量与人员的素质和能力密切相关。由于认知偏差和利益获取的影响，一些企业错误地认为借助计算机便能完成高质量的建筑结构设计，因此在结构设计时只关注软件计算指标和结果。而忽略了对计算假定适用范围的考量，无法做到在设计期间对存在的隐患问题与漏洞进行有效发掘，极易因结构设计不合理导致后续项目施工频繁出现返工、变更问题，轻则对建筑项目的顺利建设产生影响，重则增大建筑工程出现结构问题的概率[1]。

3概念设计在建筑结构设计中的应用措施

3.1做好设计准备工作

（1）掌握建筑设计要素。为了圆满地交出建筑结构设计的“答卷”，要求设计师密切关注相关的建筑要素。即在明确掌握项目施工要求和现场条件的前提下，对建筑安全等级、最大跨度、高度、竖向规整度、高度、平面规整度、体积等要素进行深入提取，并通过对上述元素的整合来优化建筑结构设计，以保证结构设计能够做到对相关要素的全面考虑，避免因人员掌握不完全影响到建筑结构设计的合理性。（2）掌握环境条件。通常情况下，建筑项目的结构设计效果会受到现场环境条件的直接影响，所以在设计工作开展前要求相关人员做到对地质条件、耐久性、外荷载等环境因素的充分考虑。对于外荷载因素的分析，主要是在结构设计前充分考虑到项目建设现场风荷载、地震荷载等因素，并结合实际建设要求来确定基本风压、地震设防烈度等。对于地质条件因素的分析，是在结构设计考虑到现场是否存在暗河、溶洞、地震断裂带等地质，并将土体稳定性、地基承载力等因素纳入到方案设计中。对于耐久性因素的分析，则是在设计前考虑土壤性质、高湿环境、高温度、侵蚀性气体是否会对建筑结构设计造成影响。

3.2建筑结构设计模式创新

为保证建筑结构设计充分满足相关施工要求，建筑设计人员应具备充分全面的专业理论知识，进一步提高建筑结构设计的专业性和规范性。只有这样才能对建筑工程建设的有序开展起到积极的推动作用。因此，建筑工程结构设计师应不断运用最先进的科学技术，改变结构设计的形式，打破以往滞后的设计思维方式，最大限度发挥出现代化科学技术所具有的独特优势，以提升建筑结构的稳定性、安全性，确保新型技术的科学开发与合理应用，明确最为优秀的建筑结构设计方案。另外，设计工作人员在对建筑结构进行具体设计过程中，安全系数的选择也极为关键，通过技术层面作为出发点，在进行建筑结构设计过程中，通过计算机技术的合理运用，来打破过去设计观念所存在的束缚，运用领先的建筑设计方案，进而进一步提升建筑结构的总体设计水平。其中，最为关键的一点则是，需要高度重视提高建筑结构设计工作人员的专业知识与综合素养，使他们可以对建筑结构有一个充分了解，确保建筑结构具有一定的稳定性、安全性，提升建筑结构的总体水平，使建筑结构于稳定、安全的条件下得以高效运转，从而更好地推动我国建筑行业的可持续健康发展[2]。

3.3概念设计优化技术措施

不同的建筑师对建筑结构有不同的理解，即使是在同一个设计团队中。为了保证建筑结构设计的统一性，设计团队在设计前应对建筑所在区域进行实地调研，掌握一手设计资料，并对建筑结构设计的概念进行集体讨论。对建筑材料设计标准和相关设计参数进行集中讨论。在对建筑结构概念相关内容进行讨论时，除了设计团队内人员参加外，还应邀请建设单位相关人员参加，力求建筑结构设计在概念阶段达成一致。建筑结构设计前期内容讨论的质量和完善程度可以有效提升建筑结构设计质量和建筑结构设计效率，也充分降低了因建筑结构设计概念和设计方案内容模糊不清而导致的后续施工进度延误情形发生的概率。此外，在建筑结构设计概念确定过程中，引入不同建筑主体参与系统性讨论，能有效提升不同建筑主体对建筑结构设计属性的认知，并加深了不同结构主体对建筑项目的理解，在遇到实际问题时可以与设计人员进行及时有效沟通，确保建筑结构设计质量。

3.4建筑基础结构设计优化要点

建筑基础结构设计是建筑结构设计的关键环节。建筑基础设计的好坏直接影响到建筑的整体质量，也是建筑主体结构稳定性的主要控制因素。基于此，在建筑基础设施的设计过程中，建筑设计团队除了要总结自身团队的设计经验，还要与建筑基础施工团队保持密切联系和有效沟通，广纳建筑基础结构设计与施工方面的专业人士的建议，最终确定一个适应项目本身的基础结构设计方案。比如，近年来，建筑结构设计中对抗震墙的关注比较多，因为建筑抗震能力除了与抗震墙建筑要求有关外，还与建筑结构顶部和建筑结构底部的协调性有关。因此，在建筑结构设计过程中，除了要考虑抗震墙的建筑要求外，还要考虑建筑基础结构设计形式对抗震墙施工的影响，从而对建筑基础结构设计进行科学合理优化[3]。

3.5引进现代化技术

近年来，在我国现代技术不断发展的环境下，更多的技术手段被广泛应用于整个工程建设过程中，并取得了良好的效果。因此，对于建筑工程的施工，为了提高建筑结构设计的稳定性，使建筑结构设计工作具有高度的安全性，建筑工程设计技术人员必须根据施工情况进行设计，积极利用当下较为领先的现代化信息技术，在第一时间内妥善解决工程结构设计中所出现的弊端，以便于提高工程结构设计工作的科学性、合理性。同时，在进行建筑结构设计阶段，还应当利用现代化信息技术，合理地进行工程结构设计中的相关统计和数据分析工作，以显著提高统计数据的时效性、精确性，以便为建筑结构设计工作的高效开展，提供重要数据作为支持。另外，在建筑工程实际施工阶段，还可通过现代化技术的合理运用，来对建筑施工所应用的材料质量展开全面检测，保证施工材料质量能够全面符合施工要求，进而更好地提升施工单位的社会效益与经济效益。

3.6严格遵循标准

为了保证设计方案的合理性和可行性，在高层建筑结构抗震设计优化中，有必要严格遵循相应的标准。一是严格按照《建筑工程抗震防护分类标准》、《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑基础处理技术规范》、《建筑抗震设计规范》等规范进行设计。然后结合高层建筑的类型与功能，采用先进的手段展开设计工作。第二，基于设计条件和参数，进行设计标准等确定。在高层建筑结构设计标准确定中，需要基于建筑工程结构破坏可能产生的后果严重性，如造成的经济损失、人员伤亡、社会影响等，进行建筑结构安全等级的确定。接下来根据工程的密集程度、使用功能、规模、地震破坏所造成的影响与损失等，进行抗震设防类别的确定。然后基于抗震设防标准、抗震等级、建筑场地类别，进行结构阻尼比、场地特征周期、周期折减系数等确定。最后基于高层建筑的楼面和屋面情况，进行设计荷载的确定。如卫生间、客厅、卧室、阳台、地下车库等不同区域的活荷载标准值与组合值系数

[4]。

3.7在设计中做好建筑空间的结构布置

合理布局建筑空间结构是指建筑形态和空间结构的设计，应考虑到建筑结构的三维设计，包括基础的埋深。由于整个建筑结构可以看作是一根锚定在基础上的长棍，因此在地震作用下主要考虑的是重心偏心是否会导致整个建筑倒塌。这是地震水平力产生的弯矩与锚固产生的反向弯矩的比较，如果重心产生的力矩较大，则建筑物就会倾倒，如果较小则相对稳定。做好建筑空间的设计与布置对于提高建筑结构的抗震能力有着不言而喻的作用，在布置空间结构的时候也需要注意一些问题。首先，在地震灾害发生的时候，建筑结构承担的力并不仅仅是一个水平的推力作用，建筑结构在空间中还会受到其他的力作用，比如地震冲击过程中各个方向针对建筑结构的作用力。所以在进行建筑结构设计的时候应当考虑到结构能够抵抗不同方向的力，保证建筑结构有足够的刚度、硬度与稳定性，能够抵抗地震产生的力。所以，建筑结构在空间的刚度和强度越高，就越有利于抵抗地震力。其次，设计结构的时候应当注意使体型尽可能简单，避免设计异形结构的房屋。因为对称的房屋结构是最有利于抵抗地震作用的，这也通过很多案例进行了证实。在地震设计规范中详细说明了何为异形结构，在地震中异形结构扭转的可能性远远大于简单的方形建筑，而且在设计中也要注意尽量避免在房屋的四个转角部分设置窗户，这样会降低房屋四角对地震的抵抗力，使房屋结构的扭转可能性大大提高。设计人员应当在保證建筑结构的体型尽量简单的条件下，对重要构件进行计算，保证构件的承载能力、抗震能力能够满足相关设计的要求。最后，是要保证房屋结构的整体性，这就是说设计人员要在设计中保证房屋承重构件、次要承重构件以及围护结构彼此连接成一个整体。目前我国抗震能力较强的结构如框架结构、剪力墙结构都是采用梁板柱一体现浇，用钢筋连接，这样房屋的整体性大大提高，传统的结构采用预制板等搭接，在地震作用下容易开裂破坏。当然地震设计还需要增加二次结构来保证建筑的安全，如框架结构和砌体结构中的构造柱，圈梁，墙体拉筋等等措施，都能有效的减少地震作用下的墙体开裂、倒塌，增强结构的整体性，增大整个结构的安全系数。因此设计人员必须熟悉抗震设计规范中基本的抗震构造措施，对于不同的抗震设防烈度，采用不同的抗震构造措施，以保证大震不倒中震可修小震不坏的设计理念。

3.8设计人员综合素质的分析

为了促进建筑结构设计的高水平、高效发展，需要以设计师队伍的高质量施工为前提。鉴于此，有必要引导设计师树立终身学习的意识，使他们在工作中不断学习和掌握先进的知识和理念。同时，也要求设计师注意自身审美观念和设计思维的转变，结合新时期民众需求来不断提高自身审美水平。另外，设计单位需加大对设计人员专业能力、综合素养等方面的培训力度，通过定期开展关于专业知识、设计理念、先进技术等方面的培训活动，以促进设计人员专业水平的持续提升，进而为建筑结构得到高质量、高品质设计提供人才支撑[5]。

结束语

随着建筑业的快速发展，对建筑结构设计提出了更高的要求。设计师可以通过概念性的设计理念，深入分析业主的需求，明确结构设计方案，提高结构设计水平。必要时，联合业主及结构技术要求，对设计方案进行综合评价，并根据评价意见对设计阀杆进行改进，以增强建筑结构的设计安全性。

参考文献：

[1]徐朝前.概念设计在建筑结构设计中的应用分析[J].中国建筑金属结构,2021(01):64-65.

[2]赵新安.概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用探讨[J].智能城市,2020,6(21):25-26.

[3]李超杰.概念设计在建筑结构设计中的应用分析[J].江西建材,2020(07):59+61.

[4]成灿阳.概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用分析[J].城市建设理论研究(电子版),2020(18):57-58.

[5]王攀,郎明伟.概念设计在建筑结构设计中的应用分析[J].工程技术研究,2020,5(01):194-195.