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摘要：由于我国经济不断高速向前发展，城市日新月异，现代的建筑形式对结构设计也提出了超越传统的高新技术要求。为了满足建筑功能与形式的需要，结构设计人员通过先进的结构计算方法，计算机模拟实验以及新材料的应用等措施对结构概念设计进行全面优化。本文总结专业理论分析了概念设计的内容和意义，并结合实例探讨具体优化措施，为建筑结构设计提供了一些建设性意见。
关键词：建筑结构；概念设计；结构优化；机构计算
Abstract: because our country economy has developed at high speed, the city is developing rapidly, and the modern form of construction of structure design is put forward beyond the traditional high technical requirements. In order to meet the needs of the architectural function and form, structure design personnel through the advanced structure calculation method, the computer simulation experiment and the application of new materials measures of structure design concept comprehensive optimization. This paper summarized the concept design professional theory analysis of the content and significance, and discusses the specific examples optimization measures, the architecture design provide some constructive Suggestions.
Keywords: building structure; The conceptual design; Structure optimization; Institutions calculation
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、概述
任何建筑结构设计都不是凭空臆想出来的，建筑和其他各种工程的结构是作为一种手段和物质基础服务于功能与形式这两个平行要求，从而被专业结构设计人员创造出来的。只有当它能与空间形式、功能完美结合，相互适应时，结构设计才体现出最优状态。可是设计人员常常遇到的问题是，建筑的类型、作用与形式总在不断的变化和创新，这是建筑发展过程中积极的实践和探索，这就要求新结构的出现，优化设计的探索与之同步。如果结构设计人员没有在概念设计中考虑到这些，建筑结构形式不能满足新的要求，这样的结构设计就失去了存在价值，而最终必然被淘汰。由此可见概念设计在建筑结构中的突出地位。
二、概念设计的内容和意义
概念设计指的是结构工程师从整体大局的角度和视野来统筹规划以及最终确定工程建筑结构的总体布局和结构体系，并科学合理的处理对材料、构件和细部措施的宏观控制。这样一套提纲性质的设计方案是结构工程的基础和保障，也是相比详细设计更困难，更考验结构工程师技术经验和创新能力的地方。
与精确、细致、规范的细部构件设计和计算不一样，概念设计是一种要求有实践经验的工程设计师，依据建筑的具体功能、形式的特性，以结构体系的整体量、形、质，和试验数据、地方水文、地理、抗震数据与规范为根据而做的总体规划布置与系统结构设计。
建筑工程结构设计是较早从建筑学中分离出来而形成的一门独立的科学体系。为了满足建筑对结构的要求，准确、真实、客观的理解结构的工作性能，唯一的途径便是建筑师与工程师追求设计概念的统一、配合，对于结构设计人员一方要能正确的处理好各方面的关系。建筑结构设计中概念设计的核心在于：综合运用结构概念，深入了解各类结构体系性能，力求通过各种优化措施，达到最佳建筑形式功能效果，造价经济合理化的结构设计方案。
三、优化结构体系的策略与措施
1 优化设计的目标与策略
每项建筑工程其结构类型不通，尽管各有特点，但有两条原则是一致的：一是结构设计本身要符合力学规律；二是要满足空间功能与形式的多重客观诉求。而后者的诉求中间常常具有自相矛盾的地方，传统模式化的结构措施常常不能兼顾各方，而降低任何一方的目标要求都是不太合理的。而我们进行建筑结构体系的优化就是要既不损害功能和形式的要求，也不损害结构科学性，追求客观条件之间的平衡，并找出结构最佳方案。
建筑结构中概念设计的优化的目标从业主角度要考虑的关键点在于初期投资、运营成本和收入盈利的目标平衡。然而工程结构设计师还要从建筑结构的安全性、功能性、合理性等方面，甚至还要从建筑美学的高度来设计方案和处理问题。这样复杂的约束条件和要求决定了概念设计和结构体系的优化，靠简单的结构空间拼凑是不可行的。设计人员要通过创新的手段和方法，将理论与实际结合有机的起来实现结构体系的合理化、人性化、优质化。
2 结构优化措施的范围和条件
建筑结构优化设计的范围涉及到力学原理、几何规律和空间功能形式等核心内容，所以也就理所当然的会受到大量现实条件、法律规范和隐形因素的制约。地基岩土性质、水温气候等属于现实条件约束；政府有关部门总体规划、建筑限高、抗震等级之类则属于法律的范畴；隐形因素所指则比较宽泛，由业主要求的建筑形式、建筑造价预算等。三者之中前两个客观条件在结构设计中有非常严格的标准，具有强制性，比如公共商业建筑和居住建筑各有一套详尽的结构尺度与长宽比的规范，混凝土配筋的计算方法，抗渗水等级，消防要求，人防面积要求等分类。这些都是要依照我国法律规范在设计施工中满足的，否则不仅不能通过审核，更会导致工程安全性的下降，给人民生命财产带来巨大隐患。
建筑结构中的隐性条件往往是设计优化的着力点。建筑结构的优化措施可以改善空间的合理性，简单的说我国不同地区，不同的居住项目中，户型的甄选与人性化研究等等行为都是结构概念设计阶段的优化措施。其实结构优化在建筑发展的过程中往往是带来历史性重大改革的动力和推手。比如自从钢筋混泥土框架结构问世后，西方近现代建筑领域取得了巨大成就。法国建筑大师勒·柯布西耶在本世纪初就已经看到了结构优化对未来建筑产生的深刻影响。骨架结构所独具的两大特点：内部空间布局灵活、外部形体设计自由，赋予了我们所居住的城市如今的表情和肌理。回顾近现代建筑高速发展时期的工程实践，种种事实都揭示出是不断的结构优化在开拓新的建筑可能性。
3 结构体系与结构计算的优化措施
传统建筑常见有四种结构体系，即墙柱承重的梁板结构体系，纯框架结构体系，大跨度拱形结构体系和悬挑结构体系。然而随着科学技术的进步其他一些应用更为广泛的新的结构体系不断浮现，如剪力墙结构、筒中筒结构和充气膜结构等。不论什么结构体系，它都是一个统一而不可分割的整体，都必须符合一定的力学规律，是建筑结构科学性与实用性的统一。因此在建筑结构概念设计阶段，结构计算的方法、简图、模型所得到的数据结果直接影响到工程的安全性，对其设计和选择的研究与优化具有十分重要的现实意义。随着计算机技术的飞速发展，利用虚拟现实技术，通过计算机软件对复杂的建筑工程机构数据进行三维模型的分析和可视化的操作，是一种高科技结构优化措施。在虚拟的环境中建立的工程数据库、组件库、三维模型，可以进行重复的参数修改和动态设计，根据试验得到的结果进行比较和分析，实现概念设计最优化，同时又降低了建筑工程的潜在风险和经济成本。
4 结构构件与材料优化
建筑工程概念设计中结构构件的利用率也是业主方关注的一项优化重点。而事实上结构与材料的改进优化也是历史上建筑结构创新的一个频繁出现的切入点。例如在人类早期的建筑活动中，以天然石材作为主要建筑结构材料的时期，要谋求大容量的室内空间，只能采用各种形式的石券、筒形拱、交叉拱、穹窿等大跨度结构形式，如罗马宏伟的潘泰翁神庙，半球形神殿直径为43.3米。纵然如此，因拱的跨度越大支撑墙体的厚度也随之增大，空间形式还是受到了很大限制。随之社会生产力的发展，金属材料，如铸铁、钢材等被大量运用到建筑结构体系中，通过钢构件截面合理化演变，行架结构不断发挥出其强大的生命力，基本解决了大空间建筑的屋顶结构问题。但是桁架结构也存在一些缺点和不足，史上优秀的结构工程师又在构建与材料优化领域另辟蹊径，进一步探索新的结构体系，如薄壁结构，悬索结构，薄膜结构等，表现了杰出的性能特点：跨度大，自重轻，用料省。如1953年美国建成了首个悬索结构永久性建筑，拉莱城牲畜贸易馆；北京首个外墙膜结构建筑，水立方游泳中心。这些结构优化措施的创新和探索不仅推动了结构优化理论的研究，更促进了结构材料朝着轻质高强的方向发展，与新世纪我国节约型社会和可持续发展的观点一致。建筑结构构件和材料的优化可以实现结构类型的多样性，适应复杂多样的功能要求，也为建筑结构概念设计提供了更多的新思路。
四、小结
概念设计的原则是保证结构的和理性与整体性。建筑结构工程师只有拥有强大的技术理论与实践基础，和统筹全局的设计组织协调能力，才能跟上时代发展的脚步，在建筑结构领域，科学应用新的技術理论，赋予现代建筑结构体系强大的生命力，真正实现建筑与结构的优化与统一。
参考文献：
[1]胡玉华,吴海波,杜季平.浅析结构安全计算在概念设计中的应用[J].结构科学导
刊,2011,(11):137-138.
[2]王炳华.探究虚拟现实技术与结构优化设计[J].土木科技向导,2008,(23):137.
[3]邓康杰,李中慧.探讨建筑土木工程中的模型实验[J].建筑工程管理,2001,8(7):170-175.
[4]杨敬涛.浅谈概念设计中的初步结构计算[J].中外建筑科技指南,2011,(20):36.
关键词：建筑结构；概念设计；结构优化；机构计算
Abstract: because our country economy has developed at high speed, the city is developing rapidly, and the modern form of construction of structure design is put forward beyond the traditional high technical requirements. In order to meet the needs of the architectural function and form, structure design personnel through the advanced structure calculation method, the computer simulation experiment and the application of new materials measures of structure design concept comprehensive optimization. This paper summarized the concept design professional theory analysis of the content and significance, and discusses the specific examples optimization measures, the architecture design provide some constructive Suggestions.
Keywords: building structure; The conceptual design; Structure optimization; Institutions calculation
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、概述
任何建筑结构设计都不是凭空臆想出来的，建筑和其他各种工程的结构是作为一种手段和物质基础服务于功能与形式这两个平行要求，从而被专业结构设计人员创造出来的。只有当它能与空间形式、功能完美结合，相互适应时，结构设计才体现出最优状态。可是设计人员常常遇到的问题是，建筑的类型、作用与形式总在不断的变化和创新，这是建筑发展过程中积极的实践和探索，这就要求新结构的出现，优化设计的探索与之同步。如果结构设计人员没有在概念设计中考虑到这些，建筑结构形式不能满足新的要求，这样的结构设计就失去了存在价值，而最终必然被淘汰。由此可见概念设计在建筑结构中的突出地位。
二、概念设计的内容和意义
概念设计指的是结构工程师从整体大局的角度和视野来统筹规划以及最终确定工程建筑结构的总体布局和结构体系，并科学合理的处理对材料、构件和细部措施的宏观控制。这样一套提纲性质的设计方案是结构工程的基础和保障，也是相比详细设计更困难，更考验结构工程师技术经验和创新能力的地方。
与精确、细致、规范的细部构件设计和计算不一样，概念设计是一种要求有实践经验的工程设计师，依据建筑的具体功能、形式的特性，以结构体系的整体量、形、质，和试验数据、地方水文、地理、抗震数据与规范为根据而做的总体规划布置与系统结构设计。
建筑工程结构设计是较早从建筑学中分离出来而形成的一门独立的科学体系。为了满足建筑对结构的要求，准确、真实、客观的理解结构的工作性能，唯一的途径便是建筑师与工程师追求设计概念的统一、配合，对于结构设计人员一方要能正确的处理好各方面的关系。建筑结构设计中概念设计的核心在于：综合运用结构概念，深入了解各类结构体系性能，力求通过各种优化措施，达到最佳建筑形式功能效果，造价经济合理化的结构设计方案。
三、优化结构体系的策略与措施
1 优化设计的目标与策略
每项建筑工程其结构类型不通，尽管各有特点，但有两条原则是一致的：一是结构设计本身要符合力学规律；二是要满足空间功能与形式的多重客观诉求。而后者的诉求中间常常具有自相矛盾的地方，传统模式化的结构措施常常不能兼顾各方，而降低任何一方的目标要求都是不太合理的。而我们进行建筑结构体系的优化就是要既不损害功能和形式的要求，也不损害结构科学性，追求客观条件之间的平衡，并找出结构最佳方案。
建筑结构中概念设计的优化的目标从业主角度要考虑的关键点在于初期投资、运营成本和收入盈利的目标平衡。然而工程结构设计师还要从建筑结构的安全性、功能性、合理性等方面，甚至还要从建筑美学的高度来设计方案和处理问题。这样复杂的约束条件和要求决定了概念设计和结构体系的优化，靠简单的结构空间拼凑是不可行的。设计人员要通过创新的手段和方法，将理论与实际结合有机的起来实现结构体系的合理化、人性化、优质化。
2 结构优化措施的范围和条件
建筑结构优化设计的范围涉及到力学原理、几何规律和空间功能形式等核心内容，所以也就理所当然的会受到大量现实条件、法律规范和隐形因素的制约。地基岩土性质、水温气候等属于现实条件约束；政府有关部门总体规划、建筑限高、抗震等级之类则属于法律的范畴；隐形因素所指则比较宽泛，由业主要求的建筑形式、建筑造价预算等。三者之中前两个客观条件在结构设计中有非常严格的标准，具有强制性，比如公共商业建筑和居住建筑各有一套详尽的结构尺度与长宽比的规范，混凝土配筋的计算方法，抗渗水等级，消防要求，人防面积要求等分类。这些都是要依照我国法律规范在设计施工中满足的，否则不仅不能通过审核，更会导致工程安全性的下降，给人民生命财产带来巨大隐患。
建筑结构中的隐性条件往往是设计优化的着力点。建筑结构的优化措施可以改善空间的合理性，简单的说我国不同地区，不同的居住项目中，户型的甄选与人性化研究等等行为都是结构概念设计阶段的优化措施。其实结构优化在建筑发展的过程中往往是带来历史性重大改革的动力和推手。比如自从钢筋混泥土框架结构问世后，西方近现代建筑领域取得了巨大成就。法国建筑大师勒·柯布西耶在本世纪初就已经看到了结构优化对未来建筑产生的深刻影响。骨架结构所独具的两大特点：内部空间布局灵活、外部形体设计自由，赋予了我们所居住的城市如今的表情和肌理。回顾近现代建筑高速发展时期的工程实践，种种事实都揭示出是不断的结构优化在开拓新的建筑可能性。
3 结构体系与结构计算的优化措施
传统建筑常见有四种结构体系，即墙柱承重的梁板结构体系，纯框架结构体系，大跨度拱形结构体系和悬挑结构体系。然而随着科学技术的进步其他一些应用更为广泛的新的结构体系不断浮现，如剪力墙结构、筒中筒结构和充气膜结构等。不论什么结构体系，它都是一个统一而不可分割的整体，都必须符合一定的力学规律，是建筑结构科学性与实用性的统一。因此在建筑结构概念设计阶段，结构计算的方法、简图、模型所得到的数据结果直接影响到工程的安全性，对其设计和选择的研究与优化具有十分重要的现实意义。随着计算机技术的飞速发展，利用虚拟现实技术，通过计算机软件对复杂的建筑工程机构数据进行三维模型的分析和可视化的操作，是一种高科技结构优化措施。在虚拟的环境中建立的工程数据库、组件库、三维模型，可以进行重复的参数修改和动态设计，根据试验得到的结果进行比较和分析，实现概念设计最优化，同时又降低了建筑工程的潜在风险和经济成本。
4 结构构件与材料优化
建筑工程概念设计中结构构件的利用率也是业主方关注的一项优化重点。而事实上结构与材料的改进优化也是历史上建筑结构创新的一个频繁出现的切入点。例如在人类早期的建筑活动中，以天然石材作为主要建筑结构材料的时期，要谋求大容量的室内空间，只能采用各种形式的石券、筒形拱、交叉拱、穹窿等大跨度结构形式，如罗马宏伟的潘泰翁神庙，半球形神殿直径为43.3米。纵然如此，因拱的跨度越大支撑墙体的厚度也随之增大，空间形式还是受到了很大限制。随之社会生产力的发展，金属材料，如铸铁、钢材等被大量运用到建筑结构体系中，通过钢构件截面合理化演变，行架结构不断发挥出其强大的生命力，基本解决了大空间建筑的屋顶结构问题。但是桁架结构也存在一些缺点和不足，史上优秀的结构工程师又在构建与材料优化领域另辟蹊径，进一步探索新的结构体系，如薄壁结构，悬索结构，薄膜结构等，表现了杰出的性能特点：跨度大，自重轻，用料省。如1953年美国建成了首个悬索结构永久性建筑，拉莱城牲畜贸易馆；北京首个外墙膜结构建筑，水立方游泳中心。这些结构优化措施的创新和探索不仅推动了结构优化理论的研究，更促进了结构材料朝着轻质高强的方向发展，与新世纪我国节约型社会和可持续发展的观点一致。建筑结构构件和材料的优化可以实现结构类型的多样性，适应复杂多样的功能要求，也为建筑结构概念设计提供了更多的新思路。
四、小结
概念设计的原则是保证结构的和理性与整体性。建筑结构工程师只有拥有强大的技术理论与实践基础，和统筹全局的设计组织协调能力，才能跟上时代发展的脚步，在建筑结构领域，科学应用新的技術理论，赋予现代建筑结构体系强大的生命力，真正实现建筑与结构的优化与统一。
参考文献：
[1]胡玉华,吴海波,杜季平.浅析结构安全计算在概念设计中的应用[J].结构科学导
刊,2011,(11):137-138.
[2]王炳华.探究虚拟现实技术与结构优化设计[J].土木科技向导,2008,(23):137.
[3]邓康杰,李中慧.探讨建筑土木工程中的模型实验[J].建筑工程管理,2001,8(7):170-175.
[4]杨敬涛.浅谈概念设计中的初步结构计算[J].中外建筑科技指南,2011,(20):36.