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【摘 要】 在当今社会，随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，人们对自己居住的环境要求越来越高，因此人们对建筑结构设计的要求也在逐步的提高。本文主要对结构概念设计与常用结构计算软件进行了分析研究。
【关键词】 结构概念;注意事项;结构体系;计算软件
引言：
一个结构设计师的首要任务就是在每一项工程设计的开始，即建筑方案设计阶段，就能将结构体系功能及其受力、变形特性的整体概念和判断力，用概念设计去帮助建筑师开拓或实现建筑物业主所想要的，或已初步构思的空间形式及其使用、构造与形象功能。以此为同一目标，与建筑师一起构思总结构体系，并能明确结构总体系和主要分体系之间的最佳受力特征要求。
一、结构概念设计的含义及重要性
结构概念设计不同于其他平面设计的地方在于其不追求精确的数值计算，因为在解决现实问题中我们始终要面对许多无法在规范中找到确切的规定以及无法做出理性分析的问题，这就需要从整体中把握，在不脱离整体结构概念体系的情况下，根据建筑设计师的实践经验，系统分析整体机构与部分之间的力学关系、依据模型的试验所获得的基本的设计规范和原理，从而实现对建筑结构的宏观把握和控制。把结构概念设计引入建筑设计当中，可以省去许多不必要的繁琐的数值计算，从总体出发，采用概念性估算的计算方法。这种方法虽然会产生一定的误差，但是它能够快速有效的对建筑结构体系进行整体结构构思、比较和选择，从而做出最优选择，采用最佳设计方案这样的设计不仅快速有效，而且经济效益高，同时还能够为施工图的设计提供一定的依据。建筑结构概念设计能很好的体现建筑设计师的设计水平，经验丰富、成熟的设计师可以熟练的把概念设计的理念和方法运用到实际的进驻结构设计当中去，从而提高建筑结构设计的效率与可靠性。建筑结构概念设计的重要作用还体现在它能够满足计算机程序设计的缺陷。计算机设计本身是一种程序设计，它不能够实现初步设计阶段的模糊设计。同时，如果选择的设计软件不合适或者不正确，还可能造成很大的危害，虽然这种危害在计算机模拟下非常的完美。
二、建筑结构设计中概念设计所要注意的事项
1、选择合理的结构设计方案
结构工程师必须在考虑结构设计方案的安全性、经济性、实用性和合理性的基础上实施设计，根据设计者所掌握的理论知识，结合平时的工作经验，制定一个有效的设计方案，同时要对可能发生的问题充分考虑到，如应受力、抗震部位薄弱的地方等。总之，结构设计师必须对材料的选择、建筑的结构特点、设计的要求等进行综合性的系统分析，在多种方案中选出一种最为合理化的设计方案。
2、恰当选用计算简图
建筑设计师在结构计算过程中用到的计算简图如果选用不当，将直接影响建筑结构，甚至造成安全事故。因此，选用正确的计算简图十分重要。结构设计师要结合实际的情况，合理设计计算简图，并且要用相应的结构来加以保障。另外，结构设计師还要考虑的是实际结构的节点不可能完全是刚结点或是铰结点，要使计算简图的设计误差在允许范围之内。
3、正确分析计算结果
在目前的建筑结构设计中，计算机的运用是必不可少的，由于不同软件会存在很大的差异性，导致计算结果会有所不同。因此，结构设计者在设计的同时必须熟悉掌握计算机的应用程序，意识到数据对于设计的重要性，仔细的核对相关数据，并且要能够通过平时的经验准确的判断出数据的对与错。
三、建筑结构设计中协同工作和结构体系
在这里是指希望建筑中的每一个配件都能达到其预期的使用年限，在此期间它们能够很好地运作并且配合，共同完成工作，所以在此对结构构件的要求是在受力的极限状态下，仍然能够通力合作。与此同时，还要求它们要有共同的使用寿命。对于结构的协同工作，主要表现在基础和上部结构之中，应该视它们是一个有机结合的整体结构，对于遇到的问题，必须一起处理，绝对不能分开考虑。协同工作还突出表现在结构受外力时，结构中的各个配件能够同时承受和达到一定的应力状态。当设计师在设计高层建筑的时候，注意不要设计短柱，因为当各层之间发生水平方向的移位时，能够一起承受外力，随着建筑物高度的增加，从横向和纵向的承载力会使底层柱截面增加，从而使在底部出现更多的短柱。应该将大的截面柱开竖槽，进而形成田形柱，减少短柱，这样同层的抗侧力结构在水平位移时就能承受最大的力度。短长梁也不宜并存在同一个框架结构之中。短跨梁的剪力大，负弯矩也很大，水平力决定了配筋。在建筑设计中，结构设计的目的是避免发生扭转，并且起到抵抗水平力的作用，在同一个平面内，正交方向的尺寸宜尽量一致，从而起到“惯性矩”相同的作用，防止受力不均匀。防止扭转是为了减少柱节点水平位移和角柱剪力，避免与中柱剪力差距过大由外向里破坏。只有抗侧力结构在两端对称分布，才能很好地防止扭转。对于高层或超高层建筑，角柱轴压比在水平力的作用下变化幅度大，所以角柱的应变能力一定要强，承载力也一定要大。现在的建筑中部分采用在四角设置巨型钢管柱，以防止发生扭转和变形。设计的同时还要注意柱轴压比的限值，柱轴压比的大小意味着柱的塑性变形能力的大小，影响结构的延展性。目前一般采用密排螺旋箍筋柱或是钢管混凝土，来达到提高柱轴压比的限值。
四、常用结构计算软件
1、TAT结构计算软件
TAT是由中国建筑科学研究院开发的建筑结构专用软件，采用菜单操作，图形化输入几何数据和荷载数据。程序对剪力墙采用开口薄壁杆件模型，并假定楼板在平面内刚度无限大，平面外刚度为零。这使得结构的自由度大为减少，计算分析得到一定程度的简化，从而大大提高了计算效率。薄壁杆件模型采用开口薄壁杆件理论，将整个平面联肢墙或整个空间剪力墙模拟为开口薄壁杆件，每个杆件有两个端点，每个端点有7个自由度，前6个自由度的含义与空间杆单元相同，第7个自由度是用来描述薄壁杆件截面翘曲的。开口薄壁杆件模型的基本假定为： （1）在线弹性条件下，杆件截面外形轮廓线在其自身平面内保持不变，在平面外可以翘曲，同时忽略其剪切变形的影响。这一假定实际上增大了结构的刚度，薄壁杆件单元及其墙肢越多，则结构刚度增大的程度越高。
（2）将同一层彼此相连的剪力墙墙肢作为一个薄壁杆件单元，将上下层剪力墙洞口之间的部分作为连梁单元。这一假定将实际结构中连梁对墙肢的线约束衙化为点约束，削弱了连粱对墙肢的约束，从而消弱了结构的刚度。连梁越多，连梁的高度越大，则结构刚度消弱越大。
（3）引入楼板在其自身平面内刚度无限大，而平面外刚度为零的假定。
2、SATWE结构计算软件
SATWE是专门为多、高层建筑结构分析与设计而研制的空间结构有限元分析软件，适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙、简体结构等，也适用于混凝土—钢混合结构和高层钢结构。SATWE是用墙元来模拟剪力墙。SATWE中的墙元是在板壳单元的基础上构造出的一种通用墙元，它采用静力凝聚原理将由于墙元的细分而增加的内部自由度消去，将其刚度凝聚到边界节点上，从而保证了墙元的精度和有限韵出口自由度。墙元的每个节点都具有空间全部6个自由度，可以方便地与任意空间梁、柱单元连接，而无需任何附加约束，同时也降低了剪力墙的几何描述和板壳单元划分的难度，提高了分析效率。板壳单元是目前模拟剪力墙的最理想单元，SATWE选用这一单元并对墙元的细分和墙上开洞作了自动化处理。SATWE在对楼板的处理上采用了四种不同的假定：假定楼板整体平面内无限刚;假定楼板分块平面内无限刚;假定楼板分块平面内无限刚，并带有弹性连接板带;假定楼板为弹性板。为提高计算效率，在保证一定的分析精度的前提下，针对不同类型的工程，采用不同的楼板假定。
3、SAP2000软件
20世纪70年代初，美国人编制了结构通用有限元分析程序SAP5，该软件在国际上得到了极其广泛的应用。经过20多年的发展和完善，将美国、加拿大和新西兰等国的设计规范和常用设计材料的特性编入程序，根据计算分析结果，直接进行下一步设计，推出了SAP2000。该软件以空间杆单元模拟梁、柱、支撑，以壳元模拟剪力墙。可以进行线性静、动力反应分析，也可以进行非线性静、动力反应分析、推覆分析和p—Δ效应分析等。但SAP2000因其价格昂贵、前后处理工作量大等原因，在我国的应用和推广受到一定的制约。
五、结束语
建筑结构设计中应注重概念设计，重视结构的选型和平、立面布置和规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系，加强构造措施。在抗震设计中，应保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。应该讲概念设计在初步设汁阶段特别重要，设计不能陷入只凭计算的误区，不要盲目的依賴计算结果。
参考文献：
[1]席娟.建筑结构设计中的概念设计[J].中国科技博览，2011，10（28）：68～91.
[2]王艳霞.建筑结构设计中的结构概念应用[J].中华民居，2010，8（10）：31～72.
[3]朱云辉.建筑结构设计中的概念设计探讨[J].城市建设理论研究，2011，9（4）：46～50.
【关键词】 结构概念;注意事项;结构体系;计算软件
引言：
一个结构设计师的首要任务就是在每一项工程设计的开始，即建筑方案设计阶段，就能将结构体系功能及其受力、变形特性的整体概念和判断力，用概念设计去帮助建筑师开拓或实现建筑物业主所想要的，或已初步构思的空间形式及其使用、构造与形象功能。以此为同一目标，与建筑师一起构思总结构体系，并能明确结构总体系和主要分体系之间的最佳受力特征要求。
一、结构概念设计的含义及重要性
结构概念设计不同于其他平面设计的地方在于其不追求精确的数值计算，因为在解决现实问题中我们始终要面对许多无法在规范中找到确切的规定以及无法做出理性分析的问题，这就需要从整体中把握，在不脱离整体结构概念体系的情况下，根据建筑设计师的实践经验，系统分析整体机构与部分之间的力学关系、依据模型的试验所获得的基本的设计规范和原理，从而实现对建筑结构的宏观把握和控制。把结构概念设计引入建筑设计当中，可以省去许多不必要的繁琐的数值计算，从总体出发，采用概念性估算的计算方法。这种方法虽然会产生一定的误差，但是它能够快速有效的对建筑结构体系进行整体结构构思、比较和选择，从而做出最优选择，采用最佳设计方案这样的设计不仅快速有效，而且经济效益高，同时还能够为施工图的设计提供一定的依据。建筑结构概念设计能很好的体现建筑设计师的设计水平，经验丰富、成熟的设计师可以熟练的把概念设计的理念和方法运用到实际的进驻结构设计当中去，从而提高建筑结构设计的效率与可靠性。建筑结构概念设计的重要作用还体现在它能够满足计算机程序设计的缺陷。计算机设计本身是一种程序设计，它不能够实现初步设计阶段的模糊设计。同时，如果选择的设计软件不合适或者不正确，还可能造成很大的危害，虽然这种危害在计算机模拟下非常的完美。
二、建筑结构设计中概念设计所要注意的事项
1、选择合理的结构设计方案
结构工程师必须在考虑结构设计方案的安全性、经济性、实用性和合理性的基础上实施设计，根据设计者所掌握的理论知识，结合平时的工作经验，制定一个有效的设计方案，同时要对可能发生的问题充分考虑到，如应受力、抗震部位薄弱的地方等。总之，结构设计师必须对材料的选择、建筑的结构特点、设计的要求等进行综合性的系统分析，在多种方案中选出一种最为合理化的设计方案。
2、恰当选用计算简图
建筑设计师在结构计算过程中用到的计算简图如果选用不当，将直接影响建筑结构，甚至造成安全事故。因此，选用正确的计算简图十分重要。结构设计师要结合实际的情况，合理设计计算简图，并且要用相应的结构来加以保障。另外，结构设计師还要考虑的是实际结构的节点不可能完全是刚结点或是铰结点，要使计算简图的设计误差在允许范围之内。
3、正确分析计算结果
在目前的建筑结构设计中，计算机的运用是必不可少的，由于不同软件会存在很大的差异性，导致计算结果会有所不同。因此，结构设计者在设计的同时必须熟悉掌握计算机的应用程序，意识到数据对于设计的重要性，仔细的核对相关数据，并且要能够通过平时的经验准确的判断出数据的对与错。
三、建筑结构设计中协同工作和结构体系
在这里是指希望建筑中的每一个配件都能达到其预期的使用年限，在此期间它们能够很好地运作并且配合，共同完成工作，所以在此对结构构件的要求是在受力的极限状态下，仍然能够通力合作。与此同时，还要求它们要有共同的使用寿命。对于结构的协同工作，主要表现在基础和上部结构之中，应该视它们是一个有机结合的整体结构，对于遇到的问题，必须一起处理，绝对不能分开考虑。协同工作还突出表现在结构受外力时，结构中的各个配件能够同时承受和达到一定的应力状态。当设计师在设计高层建筑的时候，注意不要设计短柱，因为当各层之间发生水平方向的移位时，能够一起承受外力，随着建筑物高度的增加，从横向和纵向的承载力会使底层柱截面增加，从而使在底部出现更多的短柱。应该将大的截面柱开竖槽，进而形成田形柱，减少短柱，这样同层的抗侧力结构在水平位移时就能承受最大的力度。短长梁也不宜并存在同一个框架结构之中。短跨梁的剪力大，负弯矩也很大，水平力决定了配筋。在建筑设计中，结构设计的目的是避免发生扭转，并且起到抵抗水平力的作用，在同一个平面内，正交方向的尺寸宜尽量一致，从而起到“惯性矩”相同的作用，防止受力不均匀。防止扭转是为了减少柱节点水平位移和角柱剪力，避免与中柱剪力差距过大由外向里破坏。只有抗侧力结构在两端对称分布，才能很好地防止扭转。对于高层或超高层建筑，角柱轴压比在水平力的作用下变化幅度大，所以角柱的应变能力一定要强，承载力也一定要大。现在的建筑中部分采用在四角设置巨型钢管柱，以防止发生扭转和变形。设计的同时还要注意柱轴压比的限值，柱轴压比的大小意味着柱的塑性变形能力的大小，影响结构的延展性。目前一般采用密排螺旋箍筋柱或是钢管混凝土，来达到提高柱轴压比的限值。
四、常用结构计算软件
1、TAT结构计算软件
TAT是由中国建筑科学研究院开发的建筑结构专用软件，采用菜单操作，图形化输入几何数据和荷载数据。程序对剪力墙采用开口薄壁杆件模型，并假定楼板在平面内刚度无限大，平面外刚度为零。这使得结构的自由度大为减少，计算分析得到一定程度的简化，从而大大提高了计算效率。薄壁杆件模型采用开口薄壁杆件理论，将整个平面联肢墙或整个空间剪力墙模拟为开口薄壁杆件，每个杆件有两个端点，每个端点有7个自由度，前6个自由度的含义与空间杆单元相同，第7个自由度是用来描述薄壁杆件截面翘曲的。开口薄壁杆件模型的基本假定为： （1）在线弹性条件下，杆件截面外形轮廓线在其自身平面内保持不变，在平面外可以翘曲，同时忽略其剪切变形的影响。这一假定实际上增大了结构的刚度，薄壁杆件单元及其墙肢越多，则结构刚度增大的程度越高。
（2）将同一层彼此相连的剪力墙墙肢作为一个薄壁杆件单元，将上下层剪力墙洞口之间的部分作为连梁单元。这一假定将实际结构中连梁对墙肢的线约束衙化为点约束，削弱了连粱对墙肢的约束，从而消弱了结构的刚度。连梁越多，连梁的高度越大，则结构刚度消弱越大。
（3）引入楼板在其自身平面内刚度无限大，而平面外刚度为零的假定。
2、SATWE结构计算软件
SATWE是专门为多、高层建筑结构分析与设计而研制的空间结构有限元分析软件，适用于各种复杂体型的高层钢筋混凝土框架、框剪、剪力墙、简体结构等，也适用于混凝土—钢混合结构和高层钢结构。SATWE是用墙元来模拟剪力墙。SATWE中的墙元是在板壳单元的基础上构造出的一种通用墙元，它采用静力凝聚原理将由于墙元的细分而增加的内部自由度消去，将其刚度凝聚到边界节点上，从而保证了墙元的精度和有限韵出口自由度。墙元的每个节点都具有空间全部6个自由度，可以方便地与任意空间梁、柱单元连接，而无需任何附加约束，同时也降低了剪力墙的几何描述和板壳单元划分的难度，提高了分析效率。板壳单元是目前模拟剪力墙的最理想单元，SATWE选用这一单元并对墙元的细分和墙上开洞作了自动化处理。SATWE在对楼板的处理上采用了四种不同的假定：假定楼板整体平面内无限刚;假定楼板分块平面内无限刚;假定楼板分块平面内无限刚，并带有弹性连接板带;假定楼板为弹性板。为提高计算效率，在保证一定的分析精度的前提下，针对不同类型的工程，采用不同的楼板假定。
3、SAP2000软件
20世纪70年代初，美国人编制了结构通用有限元分析程序SAP5，该软件在国际上得到了极其广泛的应用。经过20多年的发展和完善，将美国、加拿大和新西兰等国的设计规范和常用设计材料的特性编入程序，根据计算分析结果，直接进行下一步设计，推出了SAP2000。该软件以空间杆单元模拟梁、柱、支撑，以壳元模拟剪力墙。可以进行线性静、动力反应分析，也可以进行非线性静、动力反应分析、推覆分析和p—Δ效应分析等。但SAP2000因其价格昂贵、前后处理工作量大等原因，在我国的应用和推广受到一定的制约。
五、结束语
建筑结构设计中应注重概念设计，重视结构的选型和平、立面布置和规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系，加强构造措施。在抗震设计中，应保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。应该讲概念设计在初步设汁阶段特别重要，设计不能陷入只凭计算的误区，不要盲目的依賴计算结果。
参考文献：
[1]席娟.建筑结构设计中的概念设计[J].中国科技博览，2011，10（28）：68～91.
[2]王艳霞.建筑结构设计中的结构概念应用[J].中华民居，2010，8（10）：31～72.
[3]朱云辉.建筑结构设计中的概念设计探讨[J].城市建设理论研究，2011，9（4）：46～50.