1、 建筑结构选型的重要性摘要；随着生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。计算机结构分析软件得到广泛的应用，从而加强了设计师对建筑结构计算软件的依赖，本文探讨了重视概念设计对建筑结构设计的重要性，充分发挥结构工程师的综合设计能力的体现能力。使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济。关键词；建筑结构设计；概念设计；0 引言概念设计的内容十分丰富，应用面也非常广泛，几乎蕴含了所有的结构设计过程。我们通常谈到的安全度的概念、力学的概念、材料的概念、荷载的概念、地震的概念、使用的概念等都属于结构的概念。概念 设计就是融合这些概念， 贯穿到结构造型、方案设计、结构布置、 计算简图抽象、计算结果处
2、理、施工图绘制等设计的整个过程，对理论无法明确的部位，还要有定性的认识后才能反映到设计成果中。当前科学技术迅速发展，计算机结构程序的全面应用给结构设计师带来极大方便，大大减轻了他们的劳动强度，提高了 设计的效率和质量。但同 时也容易让人产生错误认识，认为结构设计很简单，只需遵循 规范、手册、 图集，等待建筑师给出一个空间形成的方案(非结构的)，然后就可使用汁算机完成结构设计了。因此，一些结构设计师不重视结构的基本理论和基本概念的正确使用，不能有效地运用他们的知识、精力和时间去考虑结构的整体设计、协同工作等一系列概念设计问题而是一味地依赖汁算机，久而久之许多设计人员缺乏结构设计的概念，对软件技术
3、条件认识不清、对计算机的计算结果无法判断，对规范与软件之间的差异不甚了解，对如何加强结构的整体性、合理性、经济 性没有概念，甚至一些设计人员因为过多地相信计算机分析结果而导致结构计算模型与实际建筑物存在较大差别，引起结构施工图中出现了大量的概念性错误和计算错误，且有些错误可能会导致严重的后果。为保证建筑结构的安全、适用、 经济、可靠，对设计人员强调结构概念设计的重要性是非常必要的。1 关于概念没计所谓的概念设计就是运用清晰的结构概念，不经数值计算，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、 实验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，对结构及计算结果进行正确的分析，并考
4、虑结构实际受力状况与计算假设间的差异，对结构和构造进行设计，使建筑物受力更合理、安全、协调。概念设计主要从两个方面对结构设计进行宏观控制1；一是在方案设计满足建筑要求的前提下，从宏观的角度考虑结构整体性及主要分体的相互协调关系，确定总体设计方案；二是在理论设计过程中综合考虑工程条件、计算理论、材料性能等各种因素对计算结果的影响，判断理论设计的准确性，并 对一些工程中难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题，根据实际经验采用一些结构构造措施进行处理2。换句话说，概念设计是运用人的判断和思维能力，从宏观解决结构设计的基本问题、概念 设计是一种思路，是一种定性的 设计，它不以精确的力学分析、生搬
5、硬套的规范条文为依据，而是对工程进行概括性的分析，制定设计目标，采取相应结构措施。具体到 设计过 程，就是根据特定的建筑空间和地理条件，结合建筑的功能要求，考虑结构安全、适用、经济、美观、施工方便等各种因素后，确定结构的总体方案，按照 结构的破坏机理和破坏过程，灵活且能有意识地利用整体结构体系与基本杆件间的力学特性与关系、设计准则、工程现场实时的资源条件，全面合理地解决结构设计的基本问题。既要注意到总体布置的大原则，又要顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的可靠度。概念设计的目的是力求使设计方案安全、可靠、经济、合理，是一个 优化的过程。概念设计运用得好，能使结构满足建筑要求，并以最快的方式
6、将荷载传递到基础、地基中，创造更为安全、舒适的工作和生活环境，从而节约材料和资金，使工程项目的设计、施工、使用都能“又快、又好、又省 ”，这也是人们对工程建设的最基本要求。2 概念设计的必要性21 概念设计是结构设计的基础与灵魂结构的概念设计在结构设计中占有重要的地位，结构设计的流程一般分为 3个阶段：前期的方案选择、中期的结构计算及后期的施工图绘制。结构的概念设计是结构分析和设计的第一步，结构设计三个阶段离不开科学的概念作指导。(1)方案设计阶段。一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案，即选择一个切实可靠的结构形式和结构体系。在此阶段，设计者除了对建筑物的功能要求、地理环境、资金配备、
7、材料供 应、施工条件与水平等进行综合的分析，并与建筑、水电、 设备等专业进行充分比较外，还要考虑结 构内部的协同工作、结构抗震的构造设计、结构整体性能控制等问题，而后完成结构选型，确定 结构方案，必要时还要对多个方案进行比较，择优选用。因此方案设计过程是不能借助于计算机或理论计算来实现的，它需要结构工程师综合应用其掌握的结构概念，在深入了解各类结构性能的基础上，有针对性地选择效果最好、造价最低的结构方案。(2)结构计算阶段。 结构计算是在计算简图的基础上进行的，即要对作用在结构构件上的荷载和构件的约束进行一定的简化，简化后的结构内力变形必须与原结构尽可能一致。目前由于建筑物的功能复杂多样，结构
8、计算一般是通过计算机来完成的，因此结构工程师必须把实际工程的结构形式转换成计算机能够识别的计算模型，并且要保证模型受力和变形的精确性，在此基础上结构工程师还应根据实际结构的工作状态，在全面了解程序软件的适用范围与技术条件后正确选择和使用结构设计软件，同时再用概念设计对电算结果进行科学分析，作正确合理的判断。如果结构工程师缺乏经验、不具 备结构体系功能及其受力、 变形特性的整体概念与判断力，他们就无法确定实际结构的计算简图、无法判断计算机显示的计算模型与计算结果的正确否。(3)施工图绘制 阶段。结构工程师通过计算机完成结构设计计算并对结果确认无误后，接着就是把计算 结果用施工图的方式表现出来(通
9、常也是计算机完成)。此时，结 构工程师还有一项 比较艰巨的任务需要完成，即调图工作。他 们要检查施工是否正确反映设计意图，是否满足结构整体稳定和各构件间协同工作的要求、结构抗震设计的要求、结构的材料利用率和经济 适用的要求等。很多 刚毕业的大学生面对施工图纸无法断定其适用性和正确否，主要原因就是他们缺乏经验与实践过程中结构概念的养成。(4) 高层建筑与城市社会 发展的关系密切我国城市化进程及人口的持续增长导致城市人口急剧上升,城市居住、生产、生活用地日趋紧张。 为节约及充分利用城市土地资源,减少拆迁费、市政工程费和复杂地形处理费,提高城市社会吸纳能力及其综合效益,缓解城市膨胀及城市房屋的严峻供
10、需矛盾,改善城市环境与调节心理等城市社会性问题,高层建筑的数量仍将在全国各大中城市持续增长,且其规模、高度、复 杂性及建设速度也将呈上升趋势。(5)高层建筑结 构复杂性提高现分布日益复杂,高度、规模、投资日益增大,要求性能更先进、更优化的结 构系统代高层建筑体形与平立面空间形式与之相适应。主要表现为:(1)需求多元化、功能综合化的趋势,必然要导致高层建筑方案平立面形状与内部空间分布等多样化、个性化与复杂化,为增大建筑净空高度,很多一般多高层建筑中不存在的新问题与矛盾开始出现,对结构系统形式的要求提高。(2)随着高度与规模等增大,高层建筑投资增加、工期增长,其结构系统优化的必要性及可优化的空间与
11、效益将更明显。结构优化,首先是其形式的优化,然后才是其布局与构件参数的优化。(3)高层建筑需考虑的影响因素日益复杂、系统、综合和多变,选型需要的知识信息愈加庞大,选型结果受人为因素的影响也将增大。(6)竖向承重结 构的选型在对竖向承重结构进行选型时,首先考虑的是建筑物的高度和用途。不同结构体系的强度和刚度是不一样的,因而它们适应的高度也不同。一般说来,框架结构适用于高度低、层数少、设 防烈度低的情况; 框架剪力墙结构和剪力墙结构可以满足大多数建筑物的高度要求;层数很多或设防烈度较高时,可用筒体结构。当建筑物的高度超出表中数值时,要进行专门的研究,采取有效的措施。选择结构体系应 考虑的另一个因素
12、是建筑物的用途。目前国内高层建筑按用途大体上可分三大类:住宅、旅 馆及公共性建筑 (办公、商业、科研、教学、医院等) 。住宅建筑一般采用剪力墙结构。22 概念设计思想的运用。弥补结构设计理论和计算理论的缺陷，拓 宽结构设计思路我国现行的结构设计理论与计算理论采用以概率理论为基础的结构极限状态设计准则，与过去经历过的经验估算法、容 许应力法及破损阶段法相比，它更科学、更合理，但也存在一些缺陷或不可计算性，即它对具体空间结构体系整体研究存在一定的局限性，只能视作近似概率法。如，对 混凝土楼板结构设计，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
13、结构的实际受力状态差之甚远。为了弥补这一缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，必须用优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。要充分发挥结构程工师的创新能力，因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。23 概念设计思想的运用，有利于培养结构工程 师的创造力随着计算机结构分析软件的广泛应用和普及，它使人们摆脱了过去必须进行的大量的手工计算，使人们的工作效率得到大幅度的提高。与此同时， 结构设计人员对结构计算软件的依赖性也越来越大，有时甚至过分地相信计算软件，并拘泥于规范、手册、图集等书本和遵从计算结果设计，致使设计思维过于理论化，注重理论忽略结构构造，从而忽略了结构概念设计的
14、重要性。并且，由于各种因素，目前的结构计算软件总是存在着一定的局限性、适用性和近似性。如，结构的模型化误差；非结构构件对结构刚度的影响；楼板对结构刚度的影响；温度变化在结构构件中产生的应力；结构的实际阻尼(比)；回填土对地下室约束相对刚度比；地基基础和上部结构的相互作用等。有些影响因素目前还无法给准确的模型描述，也只能给出简化的表达或简单的处理，受人 为影响较大，因此 设计人员不能据此来定分析软件的正确性，更不能对异常构件、部位置之不理或偏信于计算机的结果，而足应该从整体上来把握和控制结构体系的各项性能，对内力异常的构件或部位，应从明确的结构概念出发来分析和处理，从而确保结构的安全性。又如，现
15、在三维结构软件分析次梁支座负弯距时会出现很小的现象，按理论分析一定是支座位移较大产生的结果，但我们实测的支座位移总是比理论计算的结果小得多，故这种现象只能用概念设计加以解释。因此，在 实际工作中强调概念设计的运用是培养结构工程师创造力的关键。结构工程师应对基本假定、力学模型及其适用范围有所了解，并应对计算结果进行分析判断，确认其正确合理、有效后方可用于工程设计。3 重视概念设计，提高设计质量勘察设计是工程的灵魂，质量的龙头。只有具 备优 秀的设计，才能 创建优质的工程。一个优秀的结构工程师会在每一项工程设计的开始，即在建筑设计的方案阶段，根据经验和专业设计理论，在 脑海中进行一个“ 优化”过程
16、，运用概念设计方法，可以迅速、有效地对结构体系进行构思、比 较 与选择，同时帮助建筑师开拓或实现建筑物业所想要的空间形式及其使用、构造与形象功能，并以此为目标，与建筑师一起确定建筑的总体结构体系，并能明确总体结构体系分体结构体系的最优受力方案所得方案往往概念清晰、定性正确，避免了后期设计阶段一些不必要的烦琐运算，具有较好的经济可靠性能。同 时，这也是判断汁算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。概念设计是结构设计的核心和灵魂，它统领结构设计的全过程，贯穿着设计工程师的知识水平和设计水平。运用结构概念设计从整体上把握结构的各项性能，这样才能对计算分析结果进行科学的判断、合理的采用，保证了工程师在
17、设计中的主导地位。4 结语概念设计的水平，取决于深厚的基础理论、 对结 构原理和力学性质的深刻理解、丰富的工程经验( 包括处理施工中的一些实际问题)以及设计人员分析问题、解决问题的能力，它是一种综合设计能力的体现。只有富于创新并具有丰富实践经验的结构工程师才能协同建筑师去实现理想的构思，设计质量才能得到最佳的保证。参考文献1高立人，王跃结构设计的新思路概念设计J 工业建筑，1999(1)：20212柳强，王玉玲浅谈概念设计在结构设计中的运用J新疆化工， 2006(1)：25273王顺卿谈建筑结构设计中的概念设计J山西建筑，2006(8) ：39404闵小双概念设计在建筑结构设计中的意义J科技资讯， 2006(34)：2135韩渡浅谈结构设计中的概念设计J科技情 报开发与经济， 2007(1)：274275
