论文部分内容阅读
摘要：在我国国民经济的发展以及人民生活水平逐渐提高的背景之下，人们对于建筑工程的要求逐渐提高，建筑工程投资力度、工程施工项目和施工技术也得到较快的发展，特别是建筑结构设计之中的概念设计已经变成重点研究的问题，本文主要阐述了建筑结构设计之中的概念设计。
关键词：建筑结构；概念设计；结构措施
中图分类号： TU3 文献标识码： A
引言：
随着近些年的发展，人们在研究结构设计中积累了大量丰富有益的经验，同时也表现在设计规范、设计手册以及标准图集上。随着计算机技术以及计算方法的发展，计算机以及结构程序在结构工程中获得了极大的使用。
1、概念设计的基本含义
在现代的建筑工程中，通常会引入概念设计来进行建筑工程的结构设计。而所谓的概念设计就是指以建筑工程概念为设计依据，采用能够满足建筑工程相关要求和符合建筑工程的客观规律的方法，进而实现对建筑工程的宏观控制。在建筑工程结构设计中，引入概念设计进行建筑结构设计时，一般都不会对具体数值进行计算，只是通过对建筑整体结构和结构中各个部分之间的力学关系以及结构破坏机理进行分析，实现对建筑结构的宏观控制，同时应该得出具体的建筑结构设计方案。
2、概念设计的重要性 概念设计的应用面非常广泛，几乎蕴含了所有的结构设计。在不确定因素多、受力状况变化较大的抗震设计、高层建筑设计、基础设计中，概念设计的应用尤显重要和突出。 概念设计的重要性，主要体现在三方面：一是因为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。为了弥补计算理论的缺陷，或实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要用概念设计来满足结构设计的目的。二是由于在方案设计阶段，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，选择效果最好、造价最低的结构方案。概念设计在设计人员中提得比较多，但往往被人们片面地理解，认为其主要是用于一些大的原则，如确定结构方案、结构布置等。其实，在设计中任何地方都离不开科学的概念作指导。三是由于计算机计算结果的高精度，容易给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，过分地依赖于计算机和设计软件，进行习惯性、传统的结构设计，对计算结果明显不合理、甚至错误的地方不能及时发现，使许多的建筑结构留下安全隐患。因此，概念设计在结构设计中具有重要的地位。
强调概念设计的重要，主要还因为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，比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点，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。概念设计之所以重要，还在于方案设计阶段，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，选择效果最好、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，深入、深刻了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。
3、概念设计的原则
3.1、结构的简单性
指结构在地震及其他荷载作用下具有明确的和直接的传力途径，便于建立完整、准确的结构计算模型。
3.2、结构的规则性和均匀性
建筑平面规则、平面内结构布置宜规则、对称、均匀、减少偏心，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。沿建筑物竖向的结构布置宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，避免刚度、承载能力和传力途径的突变，以限制结构在竖向第一楼层或少数几个楼层出现薄弱层，以致在这些部位因产生应力集中和过大的变形而使结构不安全。
3.3、结构的刚度和抗震能力
结构布置应该使得结构平面在两个主轴方向均具有足够的刚度以及抗震能力，并且还应该具有抗扭转刚度以及抵抗扭转振动的能力。框架结构应在纵横两个方向布置成双向刚接框架。
3.4、结构的整体性
由于设计内力计算模型是建立在楼盖平面内刚度无限大的假定的基础上，设计应使楼盖系统有足够的平面内刚度和抗力，并与竖向结构有效连接，从而保证梁、板、柱、墙能共同协同工作。
4、概念设计的应用与研究 4.1、概念设计来完善计算理论的局限性
现在结构计算理论存在一些缺陷或不可计算性，按照现代的设计理论得到的结果只存在控制解，不存在精确的解。我们非常清楚的知道结构计算分析一般是分以下三步来进行的：
按照结构布置确定荷载。
选择合理的结构体系，确定计算模型，进行构件内力计算与组合。
③选择控制截面，进行截面设计，验算构件、结构的强度、刚度、稳定性。 4.2、辅助设计软件的应用
许多设计人员完全依赖计算程序的分析，而把结构设计的基本理论与概念设计的相关内容全部抛在一边。主要的原因是我国的大规模的基本建设和大量高层建筑的起步始于上个世纪八十年代中后期，当时，计算机技术已步入成熟期，我国的结构设计工程师还未亲身体验到结构分析尤其是对高层结构计算分析的极其繁重性，就不知不觉的从一次技术革新中解放出来，使我国的结构工程师们缺少必要的警觉，对采用人工计算和运用概念处理复杂的结构问题未给予足够的重视，就把计算分析的“控制解”当成了“精确解”。 4.3、结构方案设计阶段要更注重概念设计
凡是概念设计做得好的工程师，才能创造出富有创新及功能合理、造价低的优秀作品。在这个设计阶段是不能依靠计算机来完成的，只能依靠结构工程师掌握的概念理论去加以灵活运用来实现的。
5、建筑结构设计中主要结构措施5.1、建筑结构体系和协同工作协同工作概念在工业产品的制造和设计中广泛的应用，主要的含义是针对任意一个工业产品，在没有充分达到使用寿命规定的时间中，在生产过程中每一个结构构件倘若出现损害，都会造成机器的非正常运行。但是在工程建筑结构设计中，协同工作通常是指在工程建筑过程中每一个构件都可以发挥其自身作用，还会和工程建筑中其他结构构件相互配合。这不仅要求工程结构构件具有一定长的使用寿命，同时还需要构件所承受的荷载力保持一致，不能出现长期受力不均的现象。建筑工程结构协同工作中，应该正确处理上部结构和桩筏基础之间的关系，并有机结合在一起。例如建筑工程砖混施工中，这就需要依靠构造柱和钢圈之间形成一个统一的整体来预防自身刚度所带来的不均匀沉降的现象。当建筑结构受力时，每一个部件都可以达到较高的应力水平，并能设计出较为理想的运行状态。建筑工程进行多层结构设计时，尽量避免出现短柱现象，主要目的是为了提高在相同建筑平面中所承载的能力，在逐渐增加的高层建筑中，出现短柱现象日趋增多，为了降低这种状况，需要使同层结构的抗侧能力在相同的水平位置上发生位移现象。
5.2、协同工作中建筑材料的利用率在建筑结构设计之中协同工作不仅仅可以提高建筑结构的稳定性，并且还可以提高建筑材料利用率。一般的理解是，建筑材料利用率越大，协同工作能力以及结构稳定性越大。我国在建筑结构设计过程之中，最根本的目标是要求用少量的投入获得最大的收益。所以，对于建筑材料使用是建筑结构设计中最根本的要求。例如在建筑结构设计中矩形截面是普遍存在的受压构件，矩形截面主要的构成材料在建筑结构设计中利用率过低，主要原因是：一是建筑工程施工中梁中轴周围建筑材料应力水平较低，还有一个原因是由于工程中梁的弯矩程度随着梁长的变化而不断的变化。针对等截面梁而言，在工程结构中绝大部分区域中应力较低。基于这种受力情况下，在建筑结构设计中采用概念设计结构进行分析研究，调整梁截面中应变梯度的变化，使得构件保持一定的轴心受力，才可以提高建筑材料的利用率。同时，通过一段时间的研究和探索，产生了平面桁架结构，平面桁架结构是将工程中多余的建筑材料去除，不仅可以节约成本，还可以减少建筑材料的自重。
6、结束语
综上所述，随着我国国民经济的发展和社会的不断进步，人们生活水平的日益提高，对建筑行业的要求不断提高。特别是在当今信息化社会发展的时代，要求建筑结构设计理念要有一定的创新性，确保建筑结构设计中概念设计的与时俱进，并进行深入的分析和研究，科学合理地应用现代化新型的建筑工程施工工艺和建筑材料，提高建筑结构设计的安全性、实用性以及经济性。因此，作为工程结构设计人员应该充分地利用自身的专业技能和专业知识，通过現代化工程设计理念，设计出具有先进性和创新性的建筑工程施工设计，进一步强化建筑结构设计中概念设计以及建筑结构措施的广泛推广和应用。
参考文献：
[1]郭峰,梁利生.探讨建筑结构设计中的概念设计[J].科技与企业,2013,13:169+171.
[2]宿宗英,赵丽艳.探讨建筑结构设计中的概念设计[J].科技创新导报,2010,23:47.
[3]黄家强.浅谈建筑结构设计中的概念设计[J].中国科技信息,2006,14:55.
[4]许伟.建筑结构设计中的概念设计[J].中国新技术新产品,2011,09:166.
关键词：建筑结构；概念设计；结构措施
中图分类号： TU3 文献标识码： A
引言：
随着近些年的发展，人们在研究结构设计中积累了大量丰富有益的经验，同时也表现在设计规范、设计手册以及标准图集上。随着计算机技术以及计算方法的发展，计算机以及结构程序在结构工程中获得了极大的使用。
1、概念设计的基本含义
在现代的建筑工程中，通常会引入概念设计来进行建筑工程的结构设计。而所谓的概念设计就是指以建筑工程概念为设计依据，采用能够满足建筑工程相关要求和符合建筑工程的客观规律的方法，进而实现对建筑工程的宏观控制。在建筑工程结构设计中，引入概念设计进行建筑结构设计时，一般都不会对具体数值进行计算，只是通过对建筑整体结构和结构中各个部分之间的力学关系以及结构破坏机理进行分析，实现对建筑结构的宏观控制，同时应该得出具体的建筑结构设计方案。
2、概念设计的重要性 概念设计的应用面非常广泛，几乎蕴含了所有的结构设计。在不确定因素多、受力状况变化较大的抗震设计、高层建筑设计、基础设计中，概念设计的应用尤显重要和突出。 概念设计的重要性，主要体现在三方面：一是因为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。为了弥补计算理论的缺陷，或实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要用概念设计来满足结构设计的目的。二是由于在方案设计阶段，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，选择效果最好、造价最低的结构方案。概念设计在设计人员中提得比较多，但往往被人们片面地理解，认为其主要是用于一些大的原则，如确定结构方案、结构布置等。其实，在设计中任何地方都离不开科学的概念作指导。三是由于计算机计算结果的高精度，容易给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，过分地依赖于计算机和设计软件，进行习惯性、传统的结构设计，对计算结果明显不合理、甚至错误的地方不能及时发现，使许多的建筑结构留下安全隐患。因此，概念设计在结构设计中具有重要的地位。
强调概念设计的重要，主要还因为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，比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点，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。概念设计之所以重要，还在于方案设计阶段，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，选择效果最好、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，深入、深刻了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。
3、概念设计的原则
3.1、结构的简单性
指结构在地震及其他荷载作用下具有明确的和直接的传力途径，便于建立完整、准确的结构计算模型。
3.2、结构的规则性和均匀性
建筑平面规则、平面内结构布置宜规则、对称、均匀、减少偏心，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。沿建筑物竖向的结构布置宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，避免刚度、承载能力和传力途径的突变，以限制结构在竖向第一楼层或少数几个楼层出现薄弱层，以致在这些部位因产生应力集中和过大的变形而使结构不安全。
3.3、结构的刚度和抗震能力
结构布置应该使得结构平面在两个主轴方向均具有足够的刚度以及抗震能力，并且还应该具有抗扭转刚度以及抵抗扭转振动的能力。框架结构应在纵横两个方向布置成双向刚接框架。
3.4、结构的整体性
由于设计内力计算模型是建立在楼盖平面内刚度无限大的假定的基础上，设计应使楼盖系统有足够的平面内刚度和抗力，并与竖向结构有效连接，从而保证梁、板、柱、墙能共同协同工作。
4、概念设计的应用与研究 4.1、概念设计来完善计算理论的局限性
现在结构计算理论存在一些缺陷或不可计算性，按照现代的设计理论得到的结果只存在控制解，不存在精确的解。我们非常清楚的知道结构计算分析一般是分以下三步来进行的：
按照结构布置确定荷载。
选择合理的结构体系，确定计算模型，进行构件内力计算与组合。
③选择控制截面，进行截面设计，验算构件、结构的强度、刚度、稳定性。 4.2、辅助设计软件的应用
许多设计人员完全依赖计算程序的分析，而把结构设计的基本理论与概念设计的相关内容全部抛在一边。主要的原因是我国的大规模的基本建设和大量高层建筑的起步始于上个世纪八十年代中后期，当时，计算机技术已步入成熟期，我国的结构设计工程师还未亲身体验到结构分析尤其是对高层结构计算分析的极其繁重性，就不知不觉的从一次技术革新中解放出来，使我国的结构工程师们缺少必要的警觉，对采用人工计算和运用概念处理复杂的结构问题未给予足够的重视，就把计算分析的“控制解”当成了“精确解”。 4.3、结构方案设计阶段要更注重概念设计
凡是概念设计做得好的工程师，才能创造出富有创新及功能合理、造价低的优秀作品。在这个设计阶段是不能依靠计算机来完成的，只能依靠结构工程师掌握的概念理论去加以灵活运用来实现的。
5、建筑结构设计中主要结构措施5.1、建筑结构体系和协同工作协同工作概念在工业产品的制造和设计中广泛的应用，主要的含义是针对任意一个工业产品，在没有充分达到使用寿命规定的时间中，在生产过程中每一个结构构件倘若出现损害，都会造成机器的非正常运行。但是在工程建筑结构设计中，协同工作通常是指在工程建筑过程中每一个构件都可以发挥其自身作用，还会和工程建筑中其他结构构件相互配合。这不仅要求工程结构构件具有一定长的使用寿命，同时还需要构件所承受的荷载力保持一致，不能出现长期受力不均的现象。建筑工程结构协同工作中，应该正确处理上部结构和桩筏基础之间的关系，并有机结合在一起。例如建筑工程砖混施工中，这就需要依靠构造柱和钢圈之间形成一个统一的整体来预防自身刚度所带来的不均匀沉降的现象。当建筑结构受力时，每一个部件都可以达到较高的应力水平，并能设计出较为理想的运行状态。建筑工程进行多层结构设计时，尽量避免出现短柱现象，主要目的是为了提高在相同建筑平面中所承载的能力，在逐渐增加的高层建筑中，出现短柱现象日趋增多，为了降低这种状况，需要使同层结构的抗侧能力在相同的水平位置上发生位移现象。
5.2、协同工作中建筑材料的利用率在建筑结构设计之中协同工作不仅仅可以提高建筑结构的稳定性，并且还可以提高建筑材料利用率。一般的理解是，建筑材料利用率越大，协同工作能力以及结构稳定性越大。我国在建筑结构设计过程之中，最根本的目标是要求用少量的投入获得最大的收益。所以，对于建筑材料使用是建筑结构设计中最根本的要求。例如在建筑结构设计中矩形截面是普遍存在的受压构件，矩形截面主要的构成材料在建筑结构设计中利用率过低，主要原因是：一是建筑工程施工中梁中轴周围建筑材料应力水平较低，还有一个原因是由于工程中梁的弯矩程度随着梁长的变化而不断的变化。针对等截面梁而言，在工程结构中绝大部分区域中应力较低。基于这种受力情况下，在建筑结构设计中采用概念设计结构进行分析研究，调整梁截面中应变梯度的变化，使得构件保持一定的轴心受力，才可以提高建筑材料的利用率。同时，通过一段时间的研究和探索，产生了平面桁架结构，平面桁架结构是将工程中多余的建筑材料去除，不仅可以节约成本，还可以减少建筑材料的自重。
6、结束语
综上所述，随着我国国民经济的发展和社会的不断进步，人们生活水平的日益提高，对建筑行业的要求不断提高。特别是在当今信息化社会发展的时代，要求建筑结构设计理念要有一定的创新性，确保建筑结构设计中概念设计的与时俱进，并进行深入的分析和研究，科学合理地应用现代化新型的建筑工程施工工艺和建筑材料，提高建筑结构设计的安全性、实用性以及经济性。因此，作为工程结构设计人员应该充分地利用自身的专业技能和专业知识，通过現代化工程设计理念，设计出具有先进性和创新性的建筑工程施工设计，进一步强化建筑结构设计中概念设计以及建筑结构措施的广泛推广和应用。
参考文献：
[1]郭峰,梁利生.探讨建筑结构设计中的概念设计[J].科技与企业,2013,13:169+171.
[2]宿宗英,赵丽艳.探讨建筑结构设计中的概念设计[J].科技创新导报,2010,23:47.
[3]黄家强.浅谈建筑结构设计中的概念设计[J].中国科技信息,2006,14:55.
[4]许伟.建筑结构设计中的概念设计[J].中国新技术新产品,2011,09:166.