浅谈建筑结构设计中的概念设计

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  【摘 要】 在建筑结构设计中,概念设计为建筑结构设计提供了科学的方法和技术理论,能够在一定程度上弥补计算机设计的死板性,对设计方案起到优化的作用。基于此,文章对建筑结构设计中的概念设计进行分析,以期能够提供一个借鉴。
  【关键词】 建筑结构;概念设计
  1、对建筑结构设计中的概念设计的简介
  建筑结构设计的概念设计,就是建筑工程的设计人员在进行设计时,一些数据是要求严格精密的计算,但是有的建筑设计的情况比较复杂,会有超出范围的一些设计问题以及只能做出大概的理性的分析时,这时就只能够根据建筑结构的设计原则和设计的思想来去确定出整个建筑结构设计的构造。概念设计可以弥补建筑设计中的不成熟之处。在传统的建筑结构的设计中,对抗震和抗风性的保证还不是很完善,但是如果采用概念设计的理念,就可以弥补传统建筑设计中的不成熟的地方。尤其是近几年发生的地震灾害,事实证明概念设计所起到的防震的作用是非常有必要的。
  在建筑结构设计中,对建筑的整体构造必须进行把握和分析是建筑设计人员必须具备的能力,并且对整体和各个分的部分进行分析,这样才能最终完成设计的所有要求。对于设计人员必须严格按照既定的设计的程序和基本的原则,按照一定的思维,不仅要考虑到建筑的宏观上的设计要求,也要对微观的细节部分予以重视。在那些地震常发的地区,对于建筑在抗震和稳固性的要求比较高,因此对地震常发地带的建筑设计必须要加入一些能够隔震消能的设计元素。在各种各样的防震的措施中,其中比较常用的一种就是在建筑的物的主体和其基础之间要加一些有柔性特点的隔震层。在进行隔震层的设计之后,这还不够,还需要在建筑物顶部的位置安装一个反摆的装置,这样一旦发生地震,这个装置就能由于物理上的惯性原理,发生随着建筑物的移动而相应的移动,但是其方向是和建筑物的方向是相反的。这样从物理原理上来说,就可以减弱地震的震动的频率和幅度,从而把地震的危害和损失尽量降到最低。这种反摆的设计如果设计的比较好,就能够在防震上起到巨大的作用。在进行建筑结构设计时,利用概念设计可以让设计人员打破原有的固式思维,有创新性,从而设计出让人眼前一亮的新建筑。
  2、进行概念设计的原则
  2.1合理选择结构原则
  在我们进行设计的时候不能够仅仅设计一套方案而是应该有备案的存在,从所有的方案及备案中选择适合的一个方案,在选择方案的时候要注意方案结构的经济性也要注意方案的切实可行的结构体系和形式。在进行概念设计的时候要注意设计的要求、地理的自然环境、施工条件等。除了上述的条件外还需要注意在建筑中水电等与建筑的关系,在这些基础上确定结构的选型进而确定方案。
  2.2形成良好结构体系
  要想形成建筑物的良好的结构体系需要对结构构件承载能力共同受力、共同交形和协同工作等进行有效地分析并正确处理上部结构与基础方面的关系,而且应该把两者看做一个统一的整体不能分割对待。
  2.3适当选用计算简图正确分析计算的结果
  我们在进行结构计算的时候应该仔细对待,并在结构计算的时候使用计算简图,经常有事故的发生是与计算简图的使用不当有关,因此要保证结构的稳定性必须选择适当的计算简图,在进行施工的时候计算简图应有相应的构造措施来保证。我们现在的建筑很大程度上依赖现行的软件进行计算,在计算的时候由于人工输入有误或者软件本身的问题常常造成分析的结果出现错误,所以我们工程师应该准确把握程序的使用范围,结合概念设计对计算出的结果给出正确评价,作出合理判断。
  3、高层建筑结构概念设计的相关问题
  3.1楼层平面刚度
  在对高层建筑进行结构设计时,由于建筑自身的复杂性,计算数据庞杂,因此一般都是通过计算机进行计算。当前常用的计算程序,通常都是将楼层假设为刚性楼面(楼板平面内刚度无限大),极个别的软件会考虑弹性楼板的情况。如果确定楼层为刚性楼面,则认为其在平面空间内,只作刚体运动,而不会发生剪切和弯曲变形。而由于采用了刚度无限大的假设,则在对建筑楼层进行结构设计时,楼面的构造需要保证楼板刚度的无限大。在现行的标准中认为,当楼板在自身平面内的挠度小于1/2000,可以将其看做刚性楼板。在这种情况喜爱,模拟计算的结果基本上可以准确地反映建筑结构的真实受力情况,以此为基础所设计出来的建筑结构,是比较合理的,在安全方面也有着很大的保障。反之,如果设计的楼板变形较为明显,如楼面宽度狭窄、平面上存在较长的外伸段、存在错层结构等,如果按照刚性楼面进行计算,则很难保证结果的准确性,结构的安全性和合理性也就存在很大的不足,对于这种情况,需要按照柔性楼面对其进行计算和设计。
  3.2抗震设计
  建筑自身的抗震能力直接影响着建筑的稳定性和安全性,因此,建筑设计人员在对高层建筑进行设计时,需要将建筑的抗震概念设计充分考虑进去,以减少强烈震动对于建筑的影响和破坏。从建筑的整体结构来看,不仅存在有敏感薄弱的部位,也存在有坚固抗震的部位,当震动到来时,震动波作用在建筑上,如果集中于建筑的敏感薄弱部位,则很可能造成建筑结构的损坏,甚至可能瞬间倒塌。而为了使得建筑具备较强的抗震能力,设计人员可以通过科学合理的设计,使得建筑可以在面临强烈震动时,对受到的冲击作用进行分散,从而确保建筑的稳定和安全。
  3.3基础埋深
  对于高层建筑而言,由于自重较大,对于基础的承载能力要求较高,因此,建筑设计人员在对建筑进行设计时,为了保证建筑的稳定性和抗震性,需要适当增加建筑基础的埋深。在相关规范中,对于高层建筑的基础埋深,有着非常明确的标准,如果采用的是天然地基或者复合地基,则基础埋深应该为建筑自身高度的1/15,如果采用的是桩基础,则基础埋深应该为建筑高度的1/18。从这个标准来看,建筑基础的埋深仅仅需要考虑基础的型式以及建筑自身的高度,但是在实际施工中,基础埋深的设计还需要充分考虑建筑的裙房底座宽度、地下室底盘宽度、高宽比等各方面的因素。当建筑的高度和基础型式相同时,如果高宽比较大,则基础埋深应该适当增大;当地下室面积与塔楼投影面积相同时,基础埋深同样需要加大。建筑设计人员需要充分理解高层建筑基础埋深的本质涵义,在实际工程设计中进行灵活运用,以确保高层建筑结构设计的合理性和可靠性。   4、概念设计在建筑结构设计中的应用
  概念设计在建筑结构设计中的应用,应充分遵循建筑结构的规律特点,做到结构设计的合理化、实用化。在这一应用过程中首先应充分考虑建筑的外形结构、内在框架以及外部结构的对称规则性,做到质量分布与刚度分布的均匀协调。其次应注意建筑结构布局是否合理,建筑物的抗震效果如何等问题,简单游规则的对称毫无疑问的有力于建筑物的抗震性提高,但是对概念设计的创新性来说,应努力达到美观与艺术观赏性的统一,两者的平衡需要设计师们不断努力的探索和创新。
  4.1优化结构
  选择概念设计最终要的目标就是设计方案在实际运用中具有合理、适用、经济的效果,因此,如何选择一个合理的结构形式和结构体系显得非常重要。一个成功的设计结构必须选择一个合理经济的设计方案,这就需要概念设计,在工程设计的开始就严把质量关,严选场地、房屋体系、构件延伸等方面,做到结构选择的最优化。
  4.2完善计算机分析
  技术信息化时代的到来,将计算机技术引入到了建筑结构设计当中,在一定程度上减轻了设计人员的工作负担,但是出于多方面因素考虑,计算机系统本身并不完善,存在着一定程度上的问题,计算出来的结果往往会存在一定的误差。针对这一情况,就要将概念设计引入到以计算机设计为基础的建筑结构设计当中,设计师通过计算系统得出结果后,运用概念设计综合自身经验,对其结果进行辨证判断,保证计算结果的准确定,完善建筑结构设计。
  人们对建筑设计最为关注的问题往往是建筑物的抗压抗震能力,这是直接关系到人们生命安全的问题。由于建筑的设计设计面较广,融括了地质、气候及周边环境等各种因素,因此建筑物的具体抗震设计并不能依靠计算系统得来,而是工程结构设计师运用概念设计得出的,无论是边缘构件问题还是配筋率问题都要凭借概念设计解决。工程师在建筑抗震机构设计体系构建中,往往是通过概念设计,确保构件与构件之间紧密联系,提升建筑物的安全性能。
  5、结束语
  随着社会发展的需要,建筑行业出现了先进的设计技术和施工技术,这样对建筑的建造提供了便利的前提条件。建筑设计人员在保证建筑结构安全性的基础上,不断创新,使得概念设计在建筑设计中发挥着越来越重要的作用。从客观规律出发,以设计方案经济合理、安全适用为目的的建筑结构设计总体布置和宏观调控,从而提高建筑设计的水平。
  参考文献:
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