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摘要：随着社会经济的发展和人们生活水平的提高, 对建筑结构设计也提出了更高的要求。概念设计的思想被越来越多的结构设计工程师所接受, 并将在结构设计中发挥越来越大的作用, 概念设计必然会成为今后结构设计的主流思想, 这就需要我们来共同学习、发展, 为结构设计的发展作出应有的贡献。
关键词：概念设计建筑结构设计涵义重要性应用
中图分类号： TU3 文献标识码： A 文章编号：
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。
一、概念设计的涵义
结构设计分为理论和概念设计。理论设计是结构工程师根据计算理论和规范，在对结构进行计算模型的假设及受力状态的假定的前提下，对结构进行计算分析，得出数据式的结果，然后利用结果进行设计。概念设计是指不经数值计算，尤其在一些难以做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。
在建筑设计的方案阶段，从总体出发，采用概念性近似计算方法，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较和选择。这种方法虽有一定误差，但概念清楚、定性准确、手算简单快捷，能很快选择出最佳方案，具有较好的经济、可靠性能，同时也是施工图设计阶段判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
二、概念设计的重要性
2010 新版《抗震规范》、2011 高规更多的是对概念设计的控制，而且规范的指导思想就是概念设计而并非单纯的理论计算。比如结构体系的选择，结构规则程度的判断，结构延性的控制，对结构高宽比的限值要求以及许多条文中与计算结果无关的构造要求，都是由概念设计而来。规范要求设计过程中贯穿着结构概念，对结构以一种定性分析，从整体上控制各个部分设计方案，各分体系之间的受力模式，为建筑物安全性及经济性提供了保障，概念设计对整个建筑的安全，可靠性的提高，不是单纯增加配筋就可以达到的结构。
概念设计思想强调了结构设计人员在设计过程中的主导控制作用，在当今高速运行的计算机普及的时代，给结构设计人员解除了繁杂的计算过程，一栋十几层甚至几十层的建筑，经过几十分钟最多几个小时的运算就能计算完毕，设计人员可以得知该结构的周期、位移以及刚度等参数。通过调整，能够较为容易的满足程序中内置的规范要求。然后根据计算结果就可以出图施工了，故很多人认为“结构设计= 计算程序+ 构造”。实际上这种设计方法可能会产生很严重的安全隐患或者设计出很不合理的结构。首先是程序的设计者不可能设计出一个能包解任何边界问题的程序，程序自身的局限性甚至自身的漏洞，都可以使得计算结构与实际受力模式相去甚远，况且在现有的计算理论下，以及计算程序中，材料的性能模拟是接近于近似，在各种受力情况下，材料的本构关系会发生较大的变化，很多計算程序甚至都是线性的本构关系。对框剪结构中剪力墙刚度过大的问题也是非常难解决。故计算结果不可能非
常精确甚至是会是错误的结果。所以个别重要部位不可能仅仅依靠计算确定，要依靠概念设计思想，人工判断薄弱部位并认为去加强。再其次，对于结构内力的分配方式，因程序不同而有较大差别，甚至在计算中计算长度取值不同而导致结果差别很大。只有具有较高概念素养的设计人员才可能更准确的发现薄弱部位，才能在计算机的帮助下有的放矢的加强该加强的部位，减弱该减弱的部位，才能把计算机程序系统作为设计的有力工具来检验自己的设计是否合理，而不是把计算通过作为唯一的条件，沦为软件的工具。
三、概念设计的应用
1、场地条件和基础选型
尽量选择对抗震有利的场地, 避免在不利于抗震的危险地段建造甲、乙、丙类建筑, 当无法避开时, 应采取有效措施减少和消除其不利影响, 一般在初步设计前就进行勘探和选址。
2、结构体系的选择和布置
高层混凝土结构常用的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架- 剪力墙结构、筒体结构和巨型结构等。规范中对它们各自的适用高度和高宽比等均做出了详细规定, 设计人员应充分了解其适用范围和优缺点, 结合建筑的功能需要、建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素, 经技术、经济和使用条件综合比较确定。
在结构体系的布置中, 特别应注意适当处理构件的强弱关系。众所周知, 在建筑结构中, 柱倒了, 梁会跟着倒; 而梁倒了,柱还是可以不倒的。可见柱承担的责任比梁大, 柱不能先倒。为了保证柱是在最后失效, 故意把梁设计成相对薄弱的环节(但并不是指结构构件不安全), 使其破坏在先, 以最大限度减少可能出现的损失。如果梁柱等同看待, 企图让他们都“坚不可摧”,则可能会造成同时破坏, 后果会更糟糕, 损失会更大, 这就是所说的“强柱弱梁”的概念。同时, 在同一类型的结构构件中, 其重要性也是不尽相同的。
3、结构平、立面布置及外形尺寸
结构平面布置应尽量简单、规则、对称, 尽量使结构的刚度中心与质量中心重合, 以减小扭转, 结构的竖向布置要做到刚度均匀和连续, 避免刚度突变和出现薄弱层。当有抗震设计要求时, 结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小, 当上下层结构布置发生变化时, 要设置结构转换层。对规范规定的不规则结构, 应进行进一步的抗震验算, 并对抗震薄弱部位采取有效的加强措施, 对严重不规则的方案应不予采用。
4、抗震设防类别和抗震等级的确定
抗震设防类别关系到整个建筑的抗震设防烈度和抗震等级, 对结构安全性和经济性影响较大, 应严格按GB50223- 2004建筑工程抗震设防分类标准的规定执行, 合理分类, 再结合结构体系和建筑高度确定抗震等级。
5、结构计算分析原则和结构分析程序的选用
在进行结构内力分析和位移计算时, 分析模型、简化处理和计算假定均应符合或接近结构的实际工作情况。内力和位移按弹性方法计算, 截面设计可采用塑性理论。楼板平面内刚度无穷大, 不考虑平面外刚度。当楼板设有较大开洞时, 则应考虑楼板的弹性变形, 在选用结构分析程序时应特别注意, 否则计算结果会因误差太大而不可用。
在建筑结构的设计中，相关的技术人员要积极的采用结构概念，对建筑结构的整体性的设计进行构思，将结构概念运用的恰到好处，同时我们也要在实际的操作中积累各方面宝贵的经验，这样才能够从整体上提高整个建筑物的性能，建筑结构设计中结构概念的广泛应用，使得建筑物的效益型和安全性得到了有效的保证。
参考文献：
[1] 姚琦泓.概念设计在建筑结构设计中的应用[J]. 商品储运与养护. 2008(06)
[2] 劳毅.重视概念设计，提高建筑结构设计的质量[J]. 企业科技与发展. 2008(20)
[3] 陈刚.建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J]. 广西大学学报(自然科学版). 2007(S1)
[4] 于应平.浅议建筑结构设计中的概念设计[J]. 黑龙江科技信息. 2009(18)
[5] 高鹏,乔可义.重视概念设计,提高建筑结构设计的质量[J]. 黑龙江科技信息. 2011(03)
[6] 侯小红.结构概念设计与结构措施[J]. 山西科技. 2008(06)
[7] 田庆海.建筑结构概念设计解读及其意义[J]. 科技创新导报. 2009(18)
关键词：概念设计建筑结构设计涵义重要性应用
中图分类号： TU3 文献标识码： A 文章编号：
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。
一、概念设计的涵义
结构设计分为理论和概念设计。理论设计是结构工程师根据计算理论和规范，在对结构进行计算模型的假设及受力状态的假定的前提下，对结构进行计算分析，得出数据式的结果，然后利用结果进行设计。概念设计是指不经数值计算，尤其在一些难以做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。
在建筑设计的方案阶段，从总体出发，采用概念性近似计算方法，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较和选择。这种方法虽有一定误差，但概念清楚、定性准确、手算简单快捷，能很快选择出最佳方案，具有较好的经济、可靠性能，同时也是施工图设计阶段判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
二、概念设计的重要性
2010 新版《抗震规范》、2011 高规更多的是对概念设计的控制，而且规范的指导思想就是概念设计而并非单纯的理论计算。比如结构体系的选择，结构规则程度的判断，结构延性的控制，对结构高宽比的限值要求以及许多条文中与计算结果无关的构造要求，都是由概念设计而来。规范要求设计过程中贯穿着结构概念，对结构以一种定性分析，从整体上控制各个部分设计方案，各分体系之间的受力模式，为建筑物安全性及经济性提供了保障，概念设计对整个建筑的安全，可靠性的提高，不是单纯增加配筋就可以达到的结构。
概念设计思想强调了结构设计人员在设计过程中的主导控制作用，在当今高速运行的计算机普及的时代，给结构设计人员解除了繁杂的计算过程，一栋十几层甚至几十层的建筑，经过几十分钟最多几个小时的运算就能计算完毕，设计人员可以得知该结构的周期、位移以及刚度等参数。通过调整，能够较为容易的满足程序中内置的规范要求。然后根据计算结果就可以出图施工了，故很多人认为“结构设计= 计算程序+ 构造”。实际上这种设计方法可能会产生很严重的安全隐患或者设计出很不合理的结构。首先是程序的设计者不可能设计出一个能包解任何边界问题的程序，程序自身的局限性甚至自身的漏洞，都可以使得计算结构与实际受力模式相去甚远，况且在现有的计算理论下，以及计算程序中，材料的性能模拟是接近于近似，在各种受力情况下，材料的本构关系会发生较大的变化，很多計算程序甚至都是线性的本构关系。对框剪结构中剪力墙刚度过大的问题也是非常难解决。故计算结果不可能非
常精确甚至是会是错误的结果。所以个别重要部位不可能仅仅依靠计算确定，要依靠概念设计思想，人工判断薄弱部位并认为去加强。再其次，对于结构内力的分配方式，因程序不同而有较大差别，甚至在计算中计算长度取值不同而导致结果差别很大。只有具有较高概念素养的设计人员才可能更准确的发现薄弱部位，才能在计算机的帮助下有的放矢的加强该加强的部位，减弱该减弱的部位，才能把计算机程序系统作为设计的有力工具来检验自己的设计是否合理，而不是把计算通过作为唯一的条件，沦为软件的工具。
三、概念设计的应用
1、场地条件和基础选型
尽量选择对抗震有利的场地, 避免在不利于抗震的危险地段建造甲、乙、丙类建筑, 当无法避开时, 应采取有效措施减少和消除其不利影响, 一般在初步设计前就进行勘探和选址。
2、结构体系的选择和布置
高层混凝土结构常用的结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架- 剪力墙结构、筒体结构和巨型结构等。规范中对它们各自的适用高度和高宽比等均做出了详细规定, 设计人员应充分了解其适用范围和优缺点, 结合建筑的功能需要、建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素, 经技术、经济和使用条件综合比较确定。
在结构体系的布置中, 特别应注意适当处理构件的强弱关系。众所周知, 在建筑结构中, 柱倒了, 梁会跟着倒; 而梁倒了,柱还是可以不倒的。可见柱承担的责任比梁大, 柱不能先倒。为了保证柱是在最后失效, 故意把梁设计成相对薄弱的环节(但并不是指结构构件不安全), 使其破坏在先, 以最大限度减少可能出现的损失。如果梁柱等同看待, 企图让他们都“坚不可摧”,则可能会造成同时破坏, 后果会更糟糕, 损失会更大, 这就是所说的“强柱弱梁”的概念。同时, 在同一类型的结构构件中, 其重要性也是不尽相同的。
3、结构平、立面布置及外形尺寸
结构平面布置应尽量简单、规则、对称, 尽量使结构的刚度中心与质量中心重合, 以减小扭转, 结构的竖向布置要做到刚度均匀和连续, 避免刚度突变和出现薄弱层。当有抗震设计要求时, 结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小, 当上下层结构布置发生变化时, 要设置结构转换层。对规范规定的不规则结构, 应进行进一步的抗震验算, 并对抗震薄弱部位采取有效的加强措施, 对严重不规则的方案应不予采用。
4、抗震设防类别和抗震等级的确定
抗震设防类别关系到整个建筑的抗震设防烈度和抗震等级, 对结构安全性和经济性影响较大, 应严格按GB50223- 2004建筑工程抗震设防分类标准的规定执行, 合理分类, 再结合结构体系和建筑高度确定抗震等级。
5、结构计算分析原则和结构分析程序的选用
在进行结构内力分析和位移计算时, 分析模型、简化处理和计算假定均应符合或接近结构的实际工作情况。内力和位移按弹性方法计算, 截面设计可采用塑性理论。楼板平面内刚度无穷大, 不考虑平面外刚度。当楼板设有较大开洞时, 则应考虑楼板的弹性变形, 在选用结构分析程序时应特别注意, 否则计算结果会因误差太大而不可用。
在建筑结构的设计中，相关的技术人员要积极的采用结构概念，对建筑结构的整体性的设计进行构思，将结构概念运用的恰到好处，同时我们也要在实际的操作中积累各方面宝贵的经验，这样才能够从整体上提高整个建筑物的性能，建筑结构设计中结构概念的广泛应用，使得建筑物的效益型和安全性得到了有效的保证。
参考文献：
[1] 姚琦泓.概念设计在建筑结构设计中的应用[J]. 商品储运与养护. 2008(06)
[2] 劳毅.重视概念设计，提高建筑结构设计的质量[J]. 企业科技与发展. 2008(20)
[3] 陈刚.建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J]. 广西大学学报(自然科学版). 2007(S1)
[4] 于应平.浅议建筑结构设计中的概念设计[J]. 黑龙江科技信息. 2009(18)
[5] 高鹏,乔可义.重视概念设计,提高建筑结构设计的质量[J]. 黑龙江科技信息. 2011(03)
[6] 侯小红.结构概念设计与结构措施[J]. 山西科技. 2008(06)
[7] 田庆海.建筑结构概念设计解读及其意义[J]. 科技创新导报. 2009(18)