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摘要:近年来,随着人们的生活水平的提高,人们对建筑结构的要求也越来越高。在这一背景下,概念设计以其自身的特性而得到了广泛的应用,概念设计不同于传统的设计理念,概念设计更加重视对建筑整体结构的设计,明确单个结构之间的联系和差异,并进行调整,达到优化建筑结构设计的目的。本文在此从概念设计应用的重要意义出发,对概念设计在建筑结构设计中的具体应用做了一定的探讨。
关键词:概念设计;建筑结构;意义
前言:近年来,由于一些新型高强环保的建筑材料的研究及广泛应用,建筑结构设计不再简单地以安全可行为唯一要求,适用、美观和经济等各种因素的重要性也越来越高。因此,应对概念设计进行研究,逐渐完善,使其在建筑结构设计中的应用性得到大幅度提升。
一、建筑结构概念设计概述
概念设计是指对于工程中一些难以作出精确力学分析或规范中难以作出明确规定的问题,不经过数值计算,根据整体结构体系与分部结构体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计理念,从整体角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施。
概念设计是对结构抗震性能方向性的把握,起主导作用。结构计算是以概念设计为前提,是对概念的补充和完善。我们要有明确的设计思路,活学活用抗震设计原理,从多方面综合考虑,从整体角度出发,确定出建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制,设计出合理的结构抗震作品。
二、概念设计应用在建筑结构设计的重要意义
在建筑结构的设计思路中加入结构概念的设计理念,不仅能够为建筑结构的设计方面注入新鲜的血液,还有助于一些更加实际要求的达成。比如,在建筑物的抗震设计中,设计人员一般会根据测得的一些数据,来计算出相应的一些结构参数,最终完成建筑工程相关系数的计算。根据实际的情况,为了能够有效地避免震动作用的效果,可以采取隔离震动的结构设计理念,可以在适当的地方放置具有柔性的防震物质,来达到对建筑物的抗震效果。结构概念的设计理念不仅仅存在于建筑物抗震这一具体要求中,在建筑的许多方面都有其显著的应用,其在建筑结构的设计中还存在着相当大的发展空间,有待于日后的研究发现。
三、概念设计在建筑结构设计中的几个具体运用
1、建筑场地的合理性选择
建筑场地的选择影响着结构概念设计的结果,所以说对结构设计来说非常重要。建筑场地的选择要符合施工的条件,同时满足采光、水电、噪音等多方面的考虑。最重要的一点,就是应该考虑建筑场地的抗震能力。选择的地点必须是抗震效果比较好的地点,以免发生危险的情况。一般在工程的初步设计之前就要进行建筑场地的科学选址和勘察,如果施工场地确实不允许,又必须在此进行建设,那么就应该做好科学有效的手段来降低危险系数。
2、科学选用结构方案
科学的结构方案包含结构体系以及结构形式的合理性,要确定结构体系的整体布置、抗震节点设计等。在设计时,建筑师对建筑体要求,材料,结构特征以及地质条件施工技术等做整体评估,并同施工方和业主方协商,简化计算,确定结构,拟定策略,方案结构的初选是概念设计的必选之路,也是切实可行的最简单快捷的方法。
3、基础结构设计
基础结构作为整个建筑重量的承载结构,它的质量直接关系着建筑的整体质量,所以它的设计是非常重要的,因此设计人员必须不断完善和改进基础结构设计,确保基础设计的质量。比如:在施工规范中要求,基础埋深应达到建筑高度的1/18,所以在设计高层建筑基础埋深时,要结合相关的资料及信息,设定合理的埋深,确保建筑整体结构的稳定。如果不能确保高层建筑的稳定性,则可以适当调整基础埋深的深度,加大基础埋深的深度。除此以外,重视建筑基础的整体性,作为同一结构单元,其基础必须相同,这样才能够保证基础结构的性能,确保整体传力能力的良好。最后,抗扭转刚度能力与抵抗扭转振动也是基础设计中需要重视的环节之一,对建筑结构中抗震能力较差的部分进行额外的加固。将概念设计有效用于基础设计之中,进一步促进高层建筑结构设计的科学性和有效性,为高质量的工程建筑奠定基础。
4、平面结构设计
在建筑物选择平面结构时,应该选用风压较小的结构设计。在进行结构设计时,还要综合分析所建建筑物周围的建筑物,了解分析周围建筑物对所建建筑物风压布局的影响。还要考虑建筑物的结构设计要增强建筑物的抵抗能力和竖向的荷载。并且,建筑结构设计人员还要运用概念设计,考虑到建筑结构的抗震能力,在平面设计时,要力求使建筑的平面结构简单规则。在结构概念设计中,如何选择既能够满足建筑结构侧向的移动距离,又不出现危险、使建筑结构能承受更多的侧压力的建筑结构模式,是目前建筑结构设计工程师所面临的最大难题。
5、剖面结构设计
在建筑工程人员进行建筑的剖面设计时,要做好竖向的传力体系设计,控制好建筑物的高度比,使高层建筑物的抗侧力结构刚度由基础向建筑物的顶层逐渐过渡,避免出现建筑物竖向上刚度出现突变而消弱高层建筑物水平荷载能力的现象。当建筑物竖向的刚度变化特别大时或在高层建筑物的结构布局发生变化时,要设置结构的转换层,以确保高层建筑的稳定性。在给高层建筑设置锚固深度时,要结合高层建筑物设备用房和地下停车场的需要,设置一层或几层地下空间,提高高层建筑的抗震能力和抗倾覆能力。
在进行建筑物竖向形体设计时,根据概念设计原则,建筑结构设计人员可以选用截锥形、上窄下宽形和新月形的竖向形体设计形式。截锥形是指采用从下而上分段逐步减小楼层面积的阶梯状形体,这样能大大地增加房屋的刚度,此外,采用这种形体的建筑顶部楼面比建筑底部要小,有利于建筑的抗风和抗震作用。当采用上窄下宽形时,建筑物随着高度的增加,楼身不断变细,这样可以大大减少建筑物高层所承受的风力,降低楼体重心,增强建筑结构的稳定性。这种形式常见的有上削楔形体和退缩体,这些结构都有很好的抗风、抗震功能。当建筑设计人员采用新月形设计时,建筑物就像一个竖向的悬臂壳体,能有效地增加侧向力刚度。它的作用就像波形的屋面壳体,能抵抗重力荷载,通过一个壳和一个框架承受。这种形式的建筑物能够有效地抵抗对称作用和建筑物的侧向力。
6、结构计算概念设计
概念设计虽说是站在宏观整体角度对建筑结构进行的总体设计,但也并不是对结构计算的完全否定,而是更注重将概念设计和结构计算的统一结合与综合运用,进而形成完善的结构设计系统。整个结构计算过程中重点注重的是计算简图的计算和选用,常用办法即简化荷载作用,破坏构件约束形态,从而达到实际结构设计的满足和适用。另外在两者相结合统一的同时,结构计算也是概念设计的前提和基础,设计时运用先进的电算化程序进行计算设计,更有利于实现概念设计的统筹与判断,使建筑结构整体设计达到最佳状态。
7、虚拟现实技术
虚拟现实技术就是在虚拟现实环境中,设计人员使用工程组件库、数据库、知识库等创建一个具有建筑结构的虚拟三维模型,可以用来模拟现实,这个仿真系统具有较高立体感、现场感和真实感。虚拟现实技术在建筑结构设计中应用,能够重复地设计系统模型的参数并进行动态分析,经过多次比较和修改得出的结果,使建筑结构概念设计更加完善。
四、结语
综上,概念设计在建筑结构的设计中起到了重要的作用,设计具体体现在建筑结构的平面设计、剖面设计和基础设计中,并且能够取得良好的效果,能够有效提高建筑物抗震和抗风能力,增加建筑物的稳定性,并且还能够提高建筑结构设计的效率。
参考文献:
【1】姜红文.浅谈结构设计中的概念设计[J].广西城镇建设,2004(7).
【2】顾晓鹏.浅议建筑结构设计中的概念设计.科技资讯,2008(8).