湯志云

（同濟大學建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司 南昌分院）

探究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計的應用

湯志云

（同濟大學建筑設(shè)計研究院（集團）有限公司 南昌分院）

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計是設(shè)計師想象力和創(chuàng)造力的集中體現(xiàn)，具有計算機程序設(shè)計無法達到的高度和價值。本文介紹了概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要作用，分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計的應用，以期為建筑設(shè)計人員提供參考。

建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；概念設(shè)計

概念設(shè)計是一種戰(zhàn)略性的宏觀設(shè)計，一般從整體設(shè)計的角度出發(fā)、并不經(jīng)過精細化的計算，只是為設(shè)計確定出原則性方向和概略性的框架。概念設(shè)計常常是設(shè)計師創(chuàng)造性思維的具體體現(xiàn)，是設(shè)計師將模糊、感性的設(shè)計靈感落實到清晰、理性的設(shè)計方案的過程。對于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計而言，它往往針對既有的程序化計算式設(shè)計手法無法解決的問題而存在。建筑設(shè)計師綜合考慮建筑整體與局部的相互依存關(guān)系、自然環(huán)境與地質(zhì)現(xiàn)象對建筑可能造成的潛在性損害以及建筑實驗結(jié)果和以往的實際工作經(jīng)驗等多種因素，為建筑確定出方向性的設(shè)計思路和基本結(jié)構(gòu)，進而從總體上掌控建筑結(jié)構(gòu)性設(shè)計走向及從原則上解決潛在風險問題。

1 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要作用

之所以強調(diào)概念設(shè)計對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要作用，原因在于隨著計算機技術(shù)的不斷提高，當前有眾多建筑設(shè)計人員越來越側(cè)重于通過計算機程序或軟件進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，部分設(shè)計人員甚至變成放棄人腦的設(shè)計靈感轉(zhuǎn)而完全依賴電腦的程序化設(shè)計模式。本質(zhì)而言，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應當是設(shè)計人員充分發(fā)揮思維功能和想象力并結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗、依據(jù)嚴謹?shù)慕ㄖO(shè)計理論知識開展設(shè)計的創(chuàng)造性過程。而近年來越來越多設(shè)計師過度依賴計算機技術(shù)進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的錯誤傾向，這不僅局限了人腦在設(shè)計活動中開拓性思維的能力，還讓設(shè)計水平停滯不前。

更嚴重的是，電腦的計算式設(shè)計原則與模式存在著潛在的設(shè)計風險和漏洞。比如在混凝土建筑的設(shè)計中，“內(nèi)力”與“截面”的設(shè)計原則是全然不同的，前者依據(jù)的是彈性原則，而后者卻依據(jù)塑性原則，相反的設(shè)計原則卻被置于同一計算機設(shè)計程式中統(tǒng)一計算，這種設(shè)計程式上的路線性錯誤必然導致最終結(jié)果的錯誤，直接后果就是計算機設(shè)計得出的方案與現(xiàn)實中建筑構(gòu)件的實際受力完全不符，若全然依賴計算機的設(shè)計方案進行具體施工，則建筑的安全性根本無法得到保證。

因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中強化概念設(shè)計：①能夠確保設(shè)計總體方向的正確性。建筑設(shè)計師依據(jù)自身掌握的理論知識和工作經(jīng)驗，結(jié)合建筑實際情況選擇正確的設(shè)計原則進行設(shè)計，從宏觀角度保證了設(shè)計方案定性的正確和準確。總體方向的正確保障了后期細節(jié)設(shè)計的正確和安全。②設(shè)計師的概念設(shè)計能夠在很大程度上確保最高的性價比。建筑設(shè)計師的經(jīng)驗和創(chuàng)意能夠規(guī)避計算機設(shè)計的缺陷和錯誤，并靈活選擇最適宜的設(shè)計方案以達到用最少的費用實現(xiàn)最好建筑效果的目標。③優(yōu)化方案、提高水平。建筑設(shè)計師能夠充分借鑒前人設(shè)計作品的經(jīng)典和精華應用于自己的概念設(shè)計，通過總結(jié)和提練不斷優(yōu)化設(shè)計方案，再利用自身的創(chuàng)意和想象實現(xiàn)進一步突破，這一再創(chuàng)造過程的不斷進行可以提升整個設(shè)計行業(yè)的整體水平。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計的應用

2.1 選擇最合適的建筑地點

選址適宜與否直接關(guān)系到建筑后期施工和使用，合適的建筑地點既能確保建筑的安全性，避免“在沙灘上筑高樓”的潛在危險，又決定著建筑投入使用后的實用性、舒適性，還在很大程度上決定著建筑工程能否實現(xiàn)預期的經(jīng)濟效益和社會效益。建筑設(shè)計師的概念設(shè)計中首要考慮的就是選擇最合適的地點，選址的首要原則是安全，盡量避免在缺乏穩(wěn)定性的地質(zhì)構(gòu)造帶上進行建筑施工，如果必須在具有潛在危險的地質(zhì)構(gòu)造上開展建筑施工，則須預先設(shè)計好避免或解決危險的方案和措施。其次，設(shè)計中還須兼顧照明、采光、防火、降噪、高度、間距、退界、通視等因素。合適的建筑地點可以在很大程度上確保工程在預定的工期內(nèi)順利進行、降低修改設(shè)計方案的機率、有效進行成本控制、減少不必要的費用支出、提高施工效率、保證工程質(zhì)量。

2.2 選擇最合適的地基

確定建筑地點后，地基的正確選擇決定著建筑主體施工能否順利進行。地基的選擇須兼顧地質(zhì)構(gòu)造和建筑具體要求綜合選擇，對于近年來較為流行的高層建筑而言，箱形地基是應用最廣泛也是最合適的地基類型。由于箱形地基整體的強度適宜，可以將地面高層建筑的巨大載荷較平均地傳導到地下基礎(chǔ)構(gòu)造中，避免地基沉降出現(xiàn)不均衡的問題，使高層建筑嵌固良好，保證了建筑整體的穩(wěn)定性，使建筑的抗震、抗災能力得以提升。

但對于地質(zhì)條件相對較差的地點而言，若地面建筑層數(shù)較少，結(jié)構(gòu)也并不復雜，則可以選擇樁形地基，這類地基適宜于土質(zhì)松軟的建筑地點，通過采取樁形地基加固原有的天然土層，可以確保地面建筑的安全性和穩(wěn)定性。若是土質(zhì)本身較差而地面建筑自重又大的建筑則需要選擇筏形地基，這種地基強度大，且呈整體分布構(gòu)造，可以將地面建筑的巨大載荷較平均地傳導到地基上，同時也能解決沉降不均衡的問題。

2.3 選擇最合適的主體結(jié)構(gòu)

多數(shù)建筑的主體結(jié)構(gòu)在概念設(shè)計時均會遵循簡單和對稱的原則，少數(shù)特殊建筑即使難以實現(xiàn)完全對稱，至少也必須結(jié)構(gòu)合理。選擇最合適的主體結(jié)構(gòu)的主要目的也是確保建筑的安全和穩(wěn)定，主體結(jié)構(gòu)合理則可最大程度減少扭力和側(cè)力。合適的主體結(jié)構(gòu)能夠幫助建筑中的非結(jié)構(gòu)性部件在相對穩(wěn)定的狀態(tài)中發(fā)揮作用，降低非結(jié)構(gòu)部件受損的風險，使建筑耗材維持在合理的消耗范圍內(nèi)，從而控制成本和費用。最易實現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)簡單和對稱原則的結(jié)構(gòu)是簡體框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)類型。而主體結(jié)構(gòu)的對稱也需根據(jù)建筑實際情況因地制宜開展設(shè)計，比如通過調(diào)整“三心”（剛心、質(zhì)心、形心）至最接近值可以最大程度實現(xiàn)主體的對稱結(jié)構(gòu)。

2.4 設(shè)計最適宜的減災抗震對策

現(xiàn)代化建筑對于減災抗震的要求越來越高，在現(xiàn)代建筑概念設(shè)計中，應設(shè)計多重最適宜建筑本體的減災抗震措施，以盡量避免或降低不同地質(zhì)災害對建筑造成的損傷。比如預先在主體結(jié)構(gòu)中設(shè)計若干冗余構(gòu)件，當?shù)卣鸹蚱渌刭|(zhì)災害出現(xiàn)時引起建筑物出現(xiàn)強烈震動，預設(shè)的冗余構(gòu)件首先發(fā)生變形甚至折損，使震動能量得以消散，同時，冗余構(gòu)件在震動出現(xiàn)時自行停滯，阻止了地質(zhì)災害與建筑物發(fā)生共振效應帶來的二次損害。

2.5 選擇最適宜的建筑剛度

建筑剛度的選擇直接影響著建筑使用壽命、受地質(zhì)災害影響程度、建筑施工成本與費用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，剛度不足使建筑物不能有效抵御地質(zhì)災害的侵襲、縮短使用壽命，太過又會產(chǎn)生不必要的成本和費用，影響建筑工程的經(jīng)濟效益和社會效益。因此，適宜的剛度選擇也是概念設(shè)計中極其重要的因素。適宜剛度的選擇應能延長主體結(jié)構(gòu)的自振周期，最大程度降低或規(guī)避地震等災害的負面影響；其次應盡量降低主體結(jié)構(gòu)在水平應力、傾覆矩力、地基載荷等方面的負擔。適宜的剛度能夠以最恰當數(shù)量的建材使用滿足建筑基本需求，減少不必要耗材和費用的消耗，同時節(jié)省空間避免浪費，提高建筑使用效率，實現(xiàn)以最少成本取得最大效益的目的。

2.6 選擇最合適的計算簡圖

概念設(shè)計階段的計算簡圖是后續(xù)所有計算的先導和基礎(chǔ)，簡圖的正確性直接關(guān)系著建筑主體的安全性與穩(wěn)定性。不合適或錯誤的簡圖將給建筑埋下安全隱患甚至在施工階段就出現(xiàn)工程事故，建筑設(shè)計師在概念設(shè)計過程中必須重視計算簡圖的設(shè)計和選擇，同時，為確保簡圖的正確性，設(shè)計師還須附帶提供建筑構(gòu)造措施。

3 結(jié)束語

計算機技術(shù)的深入應用使概念設(shè)計越來越淡出了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，大量建筑設(shè)計師過于依賴計算機開展結(jié)構(gòu)設(shè)計的弊病潛藏著相當?shù)碾[患。重視概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用不僅可以提高建筑的安全性與穩(wěn)定性，而且能夠發(fā)揮設(shè)計師的想象力與創(chuàng)造力，進而提高建筑設(shè)計師隊伍的整體水平。

[1]吳愛菊.結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計與應用[J].溫州：溫州職業(yè)技術(shù)學院學報，2007，7（2）：40～41.

[2]林志炎，S.D.斯多臺斯伯利.結(jié)構(gòu)概念與體系[M].北京：中國建筑下業(yè)出版社，1999：14～35.

TU318

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1673-0038（2015）35-0024-02

2015-8-10

湯志云（1987-），男，助理工程師，碩士，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。