浅谈概念设计的新思路及重要性

摘 要：本文根据现实中我们许多设计人员过于理论化，过于依赖计算机的计算结果，而忽视结构构造；同时为了弥补计算理论的缺陷,或者解决实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计。作者自己的理解提出“概念设计”的定义；强调抗震设计过程中概念设计的重要性；并提出优秀的设计成果都需要优秀的概念设计与结构措施来实现的结论。作者强调在概念设计日益重要的今天,要求结构工程师应有深厚的基本理论基础,并能不断吸取他人先进的设计思想。对自己的作品、设计(即使是已建成的),应经常进行深刻的反思,对每一项设计都精益求精。本文在强调概念设计重要性的同时,对一些影响结构经济与安全的因素提出探讨,旨在引起结构设计人员的注意。 
　　关键词：概念设计;结构措施;经济安全 
　　 
　　1 概念设计的概念及重要性 
　　一般认为概念设计做得好的结构工程师,随着他的不懈追求,其结构概念将随他的年龄与实践的增长而越来越丰富,设计成果也越来越创新、完善。遗憾的是,随着社会分工的细化,大部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计,缺乏创新,更不愿(不敢)创新,有的甚至拒**新技术、新工艺的采纳(害怕承担创新的责任)。大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天,对计算机结果明显不合理、甚至错误而不能及时发现。随着年龄的增长,导致他们在大学学的那些孤立的概念都被逐渐忘却,更谈不上设计成果的不断创新。那么概念设计是什么呢？我认为概念设计是依据个人经验，结合建筑功能要求、结构安全等级、抗震设防等级、地质资料、当地材料、当地自然环境等进行的定性设计过程。也就是说设计初期不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，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、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。 
　　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**好、造价**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。 
　　2 抗震设计中的概念设计 
　　为了保证结构具有足够的抗震可靠性而对建筑工程结构做的概念设计主要考虑了以下因素:场地条件和场地土的稳定性;建筑物的平、立面布置及其外形尺寸;抗震结构体系的选取、抗侧力构件的布置以及结构质量的分布;非结构构件与主体结构的关系及其两者之间的锚拉;材料与施工质量等。 
　　下面按照新抗震规范的精髓归纳为以下几点: 
　　(1)选择对建筑抗震有利的场地,宜避开对建筑抗震不利的地段,不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。对于不利地段,结构工程师应提出避开要求,当无法避开时,应采取有效措施,这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因,诸如地基土的不均匀沉陷、地震引起的地表错动与地裂。 
　　(2)建筑的平立面布置应符合概念设计的要求,不应采用严重不规则的方案。不规则的建筑,在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整,并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。借鉴国际的通行做法,参考外国规范,使我们的设计更加完善合理。 
　　(3)结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求。采用哪一种结构材料,什么样的结构体系,经技术经济条件比较综合确定。同时力求结构的延性好、强度与重力比值大、匀质性好、正交各向同性,尽量降低房屋重心,充分发挥材料的强度,并提出了结构两个主轴方向的动力特性(周期和振型)相近的抗震概念。 
　　(4)确保结构的整体性。各构件之间的连接必须可靠,符合下列要求:1)构件节点的承载力不应低于其连接构件的承载力,当构件屈服、刚度退化时,节点应保持承载力和刚度不变。2)予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。(3)装配式的连接应保证结构的整体性,各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。 
　　3 概念设计与结构措施 
　　设计中考虑结构构件的协同工作是概念设计中重要的组成部分；构造措施是实现结构构件协同工作的重要手段。对于建筑结构,协同工作的概念即是要求结构内部的各个构件相互配合,共同工作。这不仅要求结构构件在承载能力极限状态能共同受力,协同工作,同时达到极限状态,还要求他们能有共同的耐久寿命。结构的协同工作表现在基础与上部结构的关系上,必须视基础与上部结构为一个有机的整体,不能把两者割裂开来处理。 
　　对协同工作的理解,还在于当结构受力时,结构中的各个构件能同时达到较高的应力水平。在多高层结构设计时,应尽可能避免短柱,其主要的目的是使同层各柱在相同的水平位移时,能同时达到**大承载能力,但随着建筑物的高度与层数的加大,巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大,从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱,为了避免这种现象的出现,对于大截面柱,可以通过对柱截面开槽,使矩形柱成为田形柱,从而增大长细比,避免短柱的出现。 
　　4 结束语 
　　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。在设计过程中应根据结构计算模型的特点，对实际结构采取必要的技术处理，使计算模型和实际结构尽可能地接近，以满足工程设计精度的要求。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。 

来源：http://www.jsxmy.cn