試論概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

1、<p>　　試論概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用</p><p>　　摘要：隨著當(dāng)前科技的迅速發(fā)展，對(duì)建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有了更高的要求。在計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序全面應(yīng)用的今天，建筑設(shè)計(jì)中更加注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的意義和創(chuàng)新。本文主要論述了概念設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和作用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)： TU3文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)手法一般是先有了建筑的基本平立剖設(shè)計(jì)，甚至確定了建筑的外形，然后才交給結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。針對(duì)此種建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)脫離、二者缺乏合理科學(xué)的整合的狀況，我們提出了結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，是指結(jié)構(gòu)工程師和建筑工程師在設(shè)計(jì)中能夠創(chuàng)造性的相互結(jié)合，設(shè)計(jì)人員在從結(jié)構(gòu)選型、約束分析、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的分析計(jì)算、截面設(shè)計(jì)到細(xì)部處理的整個(gè)設(shè)計(jì)

3、過(guò)程中，對(duì)所遇到的問(wèn)題依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)在各種情況下的一般規(guī)律（主要是建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的基礎(chǔ)理論），結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮造價(jià)、場(chǎng)地等各方面因素，確定合理的分析、處理方法，力求得最為經(jīng)濟(jì)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。不論從可持續(xù)的角度還是從我國(guó)大量建設(shè)項(xiàng)目不斷開(kāi)展的局勢(shì)來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)是更符合我國(guó)國(guó)情的設(shè)計(jì)策略。 </p><p>　　一、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的一般方法 </p><p>　　1.1

4、做好結(jié)構(gòu)體系的選型建筑結(jié)構(gòu)選型，傳統(tǒng)上是指根據(jù)建筑的形體要求、結(jié)構(gòu)布置要求、構(gòu)造要求等為其配型相應(yīng)符合要求的結(jié)構(gòu)體系的過(guò)程；而在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)選型和建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)互相調(diào)和、互相指導(dǎo)的關(guān)系，因此在選型過(guò)程中還要考慮設(shè)計(jì)者對(duì)于設(shè)計(jì)構(gòu)思的一些要素以及場(chǎng)地、客戶需求等諸多方面的約束。一方面來(lái)說(shuō)，各種結(jié)構(gòu)體系的形式、材料、特點(diǎn)和構(gòu)造各有優(yōu)劣之勢(shì)，再加上近年來(lái)出現(xiàn)的一大批新型結(jié)構(gòu)體系和形式，在適應(yīng)各方面需求上可謂五花八門；另一方面，建筑結(jié)構(gòu)的

5、設(shè)計(jì)約束在可靠性、實(shí)用性、舒適性等方面也各有側(cè)重，如場(chǎng)地自身和周邊條件的約束、政府有關(guān)部門的規(guī)劃要求、業(yè)主關(guān)于建筑尺寸和造價(jià)的要求、建筑功能性的要求以及相關(guān)規(guī)范的強(qiáng)制性指標(biāo)等。因?yàn)槊宽?xiàng)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都受到了多項(xiàng)客觀目標(biāo)的影響，而且通常這些目標(biāo)之間具有一定的矛盾性，若要提高某項(xiàng)目標(biāo)的要求，往往以降低其他目標(biāo)的要求為代價(jià)。而建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，首當(dāng)其沖就要考慮一種最為合理的方案，使這些相互矛盾的客觀目標(biāo)之間達(dá)到一定的平衡。所以說(shuō)，結(jié)構(gòu)體系的選

6、型和優(yōu)化是結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的核心。 </p><p>　　1.2根據(jù)結(jié)構(gòu)體系及其計(jì)算簡(jiǎn)圖對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化無(wú)論是常見(jiàn)的框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)體系和框剪結(jié)構(gòu)體系，還是各種新型結(jié)構(gòu)，都有著各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力問(wèn)題需要通過(guò)力學(xué)原理來(lái)進(jìn)一步分析，有時(shí)甚至可以通過(guò)控制變量的方式對(duì)構(gòu)件的形式進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖，就能更科學(xué)而直觀的分析出結(jié)構(gòu)的受力薄弱點(diǎn)和最大彎矩點(diǎn)等，盡可能使構(gòu)件的

7、受力狀態(tài)以軸向受力為主，盡可能提高構(gòu)件的截面慣性矩和抗彎、抗剪能力等。 </p><p>　　1.3根據(jù)建筑的功能需求、空間需求等使用方面的約束對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)整合建筑物本來(lái)就是一個(gè)空間使用體，所以結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)要做到結(jié)構(gòu)合理的同時(shí)順應(yīng)空間的使用，不造成使用障礙或影響空間質(zhì)量。甚至可以達(dá)到建筑與結(jié)構(gòu)的高度整合，讓建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不僅僅只有承重功能，同時(shí)又具備建筑使用功能；結(jié)構(gòu)直接作為建筑表達(dá)，大幅度精簡(jiǎn)建筑構(gòu)件，使結(jié)構(gòu)

8、更加簡(jiǎn)潔高效。 </p><p>　　二、強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要 </p><p>　　主要還因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論存在許多缺陷或不可計(jì)算性，比如對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，內(nèi)力計(jì)算是基于彈性理論的計(jì)算方法，而截面計(jì)算卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，這一矛盾使計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn)，為了彌補(bǔ)這類計(jì)算理論的缺陷，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際存在的大量地樂(lè)趣計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，都需要優(yōu)秀的概

9、念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來(lái)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。概念設(shè)計(jì)之所以重要，還在于方案設(shè)計(jì)階段，初步設(shè)計(jì)過(guò)程是不能借助于計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，選擇效果最好，造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案。 </p><p>　　三、以汽車4S店為例進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì) </p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計(jì)課題汽車4s店。 </p><p>　?。ǘ┱n題描述為了市場(chǎng)拓展需求，某

10、汽車銷售有限公司欲在武漢市光谷創(chuàng)業(yè)街修建一個(gè)汽車4s專賣店，設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)汽車銷售公司的企業(yè)風(fēng)貌與特點(diǎn)，優(yōu)化汽車專賣一條街的城市形態(tài)與空間環(huán)境。 </p><p>　?。ㄈ┰O(shè)計(jì)重點(diǎn)在處理好功能流線以及與環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)，特別是大跨結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)。 </p><p><b>　　（四）模擬過(guò)程 </b></p><p>　　1.進(jìn)行

11、結(jié)構(gòu)選型根據(jù)維修車間的空間特點(diǎn)、跨度要求和該設(shè)計(jì)的規(guī)模，設(shè)計(jì)時(shí)選擇了剛架結(jié)構(gòu)中的門式剛架。這種單層剛架為梁柱合一的結(jié)構(gòu)，梁柱截面高度小，造型輕巧，內(nèi)部?jī)艨蛰^大，比較適合維修車間這種較為工業(yè)化特征的功能空間，且鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)門架符合維修車間15米跨度的要求。進(jìn)一步選型為兩鉸剛架，考慮其基礎(chǔ)無(wú)彎矩，可以做得小，既省料，地下施工的工作量也少；且鉸接柱基構(gòu)造簡(jiǎn)單，有利于梁柱采用預(yù)制構(gòu)件?；谝陨线@些兩鉸剛架的優(yōu)勢(shì)，最終選取結(jié)構(gòu)原型為門式兩鉸剛架

12、。 </p><p>　　2.對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行力學(xué)分析兩鉸剛架為一次超靜定結(jié)構(gòu)，在豎向荷載或水平向荷載作用下，剛架內(nèi)彎矩均比無(wú)鉸剛架大。兩鉸剛架在基礎(chǔ)處為鉸支承，故當(dāng)基礎(chǔ)有轉(zhuǎn)角時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力沒(méi)有影響，但當(dāng)兩柱腳發(fā)生不均勻沉降時(shí)，則將在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生附加內(nèi)力。 </p><p>　　3.根據(jù)建筑的各類約束對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行微調(diào)整合（1）功能需求：為了便于維修，維修車間需要較大空間的前廊，我們考慮通過(guò)挑

13、出的懸臂形成檐下空間。對(duì)結(jié)構(gòu)受力分析得出彎矩圖：可知在跨中和梁柱交接處彎矩最大，故在設(shè)計(jì)時(shí)將梁柱交接處截面尺寸做大一些。（2）針對(duì)跨中彎矩較大的問(wèn)題，優(yōu)化結(jié)構(gòu)：門式剛架中間拱起一個(gè)弧度，與彎矩圖的弧度相對(duì)，有利于結(jié)構(gòu)抵抗跨中彎矩。對(duì)其的力學(xué)定性分析：拱起一個(gè)弧度的梁在內(nèi)力分析時(shí)相當(dāng)于一個(gè)拱，與直梁相比，由于內(nèi)力中軸力的大大加強(qiáng)，使得彎矩和剪力都小很多；從另一角度來(lái)看，與在梁上施加預(yù)應(yīng)力道理相同。（3）進(jìn)一步與功能需求相調(diào)節(jié)：由于整個(gè)汽車

14、4s店的售賣大廳、展廳、維修車間等功能流線之間的互相協(xié)調(diào)，需要將懸臂的一端遠(yuǎn)伸，使檐下空間擴(kuò)大成車道。由彎矩圖可知，由于懸臂的遠(yuǎn)伸，此端梁柱交接處的彎矩明顯變大，故應(yīng)采取一定的措施優(yōu)化此結(jié)構(gòu)。（4）為了減輕懸臂端的負(fù)擔(dān)，用拉索將懸臂端部與另一端伸出的突出端連接。在拉索上施加預(yù)應(yīng)力之后，給懸臂一個(gè)拉力，使懸臂端下側(cè)受拉，產(chǎn)生的彎矩與與懸臂自身懸挑產(chǎn)生的彎矩抵消，大大減小了結(jié)構(gòu)彎矩，使受力更合理。（5）綜合結(jié)構(gòu)受力分析和結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)等方面的因

15、素，</p><p>　　我們并沒(méi)有選擇多么標(biāo)新立異的結(jié)構(gòu)體系，但是經(jīng)過(guò)一系列優(yōu)化整合，以結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)探討建筑約束，再加上建筑美學(xué)、結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)的考慮，也創(chuàng)造出了令人眼前一亮的以結(jié)構(gòu)為特色的建筑造型。 </p><p><b>　　四、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　建筑往往被認(rèn)為是技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合，與建筑造型關(guān)系最為重要的是結(jié)構(gòu)技術(shù)，結(jié)構(gòu)

16、技術(shù)的發(fā)展會(huì)帶來(lái)新形式、新功能的需求，并產(chǎn)生新的審美觀念，而這些需求又同時(shí)促進(jìn)結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展。就像時(shí)下流行的綠色建筑技術(shù)，結(jié)構(gòu)概念指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)在當(dāng)今可持續(xù)社會(huì)、集約型社會(huì)的指導(dǎo)政策下也會(huì)有很好的發(fā)展前景。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]?；劬?淺議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)[J].內(nèi)江科技，2008（2）. </p&g