建筑结构设计中的概念设计与结构措施
摘要：在建筑结构设计过程中，结构工程师设计水平的高低从很大程度上是由概念设计与结构措施来体现的，因此概念设计与结构措施的重要性不言而喻。
文章就针对该问题展开讨论，在分析结构设计的相关概念、主要内容的基础上，分析概念设计与结构设计的关系，并在最后提出结构设计的主要措施。
关键词：建筑结构设计；概念设计；结构措施
中图分类号： tu198 文献标识码： a 文章编号：1671-3362（2013）02-0117-01
1 结构设计概念阐述与主要内容
所谓结构设计是将建筑、其他设备专业所要表达的内容用结构语言体现出来的过程，而结构语言则是指各种结构元素，而结构元素则是从专业图纸中提炼出来的，建筑物或其他构筑物的结构体系就是利用这些结构元素构成的。
具体而言，结构设计的主要内容是结构方案、结构计算以及施工图设计等三个环节，其中结构方案的主要任务是确定出建筑的结构形式，需要参考的指标包括建筑物的重要性、工程所在地的抗震设施烈度、相关地质勘查资料、建筑高度与层数、场地类别等等，然后根据确定好的结构形式的特点与实际要求，进行结构承重体系、支撑以及受力构件的布置。
该阶段的基本方法就是结合不同结构形式的适用范围，遵循经济性与合理性的原则，最终确定出最佳的结构形式。
结构计算环节的主要内容是计算各项参数，包括荷载、内力以及构件的相关试算与计算等，要注
意选择科学、适用的计算方法。
施工图设计环节的主要任务则是根据计算环节的结构将构件布置、配筋等确定下来，然后再确定构件的构造措施。
需要注意的是，在整个结构设计的过程中要严格参照相关规范要求来进行，设计人员不但要全面、深入地理解相关规范，还要全面把握施工的工艺及具体流程，从而保证结构设计的适用性、合理性以及科学性。
2 结构设计与概念设计的关系
所谓概念设计是以个人经验为基础，基于宏观的角度对建筑结构进行定性设计。
相对概念设计来讲，结构设计是一个逆向过程，其根据概念设计的整体要求、力学与数据原理等由定量设计发展为定性设计，其中定量设计包括内力、配筋、稳定性以及变形等，而定性设计则是规范中规定的构造要求。
由此可见，建筑结构造价水平的高低以及施工进度的快慢会受概念设计水平的直接影响，如果概念设计不合理，会导致建筑整体结构出现安全问题。
概念设计体现的是一种先进的设计思想，结构工程师的主要任务是基于特定的建筑空间利用整体的概念进行结构设计，并对构件与结构、结构与结构之间的关系进行和谐处理。
从某种程度而言，现行的结构设计与计算理论还存在一定的不足，例如混凝土结构设计过程中，内力计算以弹性理论为基础，截面设计则以塑性理论的极限状态为基础，计算理论本身就存在矛盾性，因此计算结果必然会与实际情况存在较大差异。
针对这种不足就需要通过优秀的概念设计加以弥补。
此外，现代设计对计算机程
序的依赖性过强，计算结果未做科学分析，并且在设计方案环节无法利用计算机实现初步设计，而是需要结构工程师利用其结构概念专业知识选择效果好、成本低的结构方案，无法保证单根构件的安全性，就无法保证结构整体的安全性，因此概念设计与结构设计的关系是相辅相成、缺一不可的。
3 结构设计的主要措施
在实际的结构设计中，无论是制定方案或者初步设计，还是结构计算或者绘制施工图，甚至在施工现场的工地服务均要贯穿概念设计的理念，因此，结构设计过程中要注意以下几个方面：
首先，在选择建筑场地时要选择抗震性较好的地段，尽量避开不利地段，如果避不开的地段则要采取针对措施，必须将由于地震场地条件而间接导致结构破坏的因素考虑进来。
概念设计过程中不能忽略建筑平面布置等要求，如果方案存在严重不规则的现象则严禁采用。
在确定结构体系的过程中，要对结构体系方案、技术可行性和经济性等进行综合比较，提高建筑结构的延性与匀质性，尽量降低建筑重心。
此外，由于发生地震时会持续一定的时间或者会多次、反复作用，所以要尽量设置多道抗震防线。
因此在结构设计过程中，要保证结构体系与相关抗震结构要求相符，对构件的强弱关系进行适当处理，从而提高结构的抗震能力。
其次，注意结构刚度、承载力分布的合理性，在实际工程中只有通过提高工程成本或者降低结构延性指标等才能进一步改善结构
的抗侧移刚度，而结构设计时可以有意识地提高结构中重要构件、
关键构件的延性，以改善设计方案的经济性。
在判断计算方法是否合理时可以通过概念来确定，从某种程度而言，这种方法也是概念设计的延伸。
现在计算机技术在工程设计中的应用越来越广泛，绝大多数设计均是依靠计算机来实现的，但是要在设计过程中将设计经验理性、科学地利用起来，再与施工中可能遇到的问题互相结合，对计算结果进行分析，并在画图中进行合理的调整，才能保证结构设计的科学性与实用性。
再次，在结构材料选择过程中，选择钢筋时要尽量选择延性、韧性以及可焊性较好的，且混凝土也要与规定的强度等级要求相符，控制脆性材料的用量，保证材料满足抗震设计要求，将其强度充分发挥出来。
此外，为提高结构强度还要保证结构的整体性，具体包括两个方面：一是满足抗震的构造连接，二是包括经过计算的节点连接。
节点连接要遵循“强节点、弱杆件”的设计原则，把握好构造连接的度，并非构造连接越刚越好。
最后，要注意施工过程中实际问题的现场处理。
因为建筑施工现场存在诸多不确定性因素，可存会出现无法操作或者施工误差过大等各种问题，仅靠单纯的计算无法解决问题，因此只能依靠设计人员专业的设计经验与设计技术，在协商施工、监理等各方后再提出准确、合理的解决方案。
4 结构设计中协同工作概念的应用
通常在工业产品的设计与制作过程中会融入协同工作的概念，所谓协同工作是指某个工业产品未达以使用寿命期间，某个结构零件
发生损坏对产品的整体性能产生影响。
而对于建筑结构而言，协同工作是指建筑工程中要将每个部件的作用充分发挥出来，实现其与其他零件的互相配合。
协同工作要求产品零部件的使用寿命相似，并且承受基本相同的荷载，不得出现长时间受力不均的问题。
在结构设计中的协同工作要注意正确处理基础与上部的关系，保证二者形成一个有机的整体，例如砖混结构受自身刚度的影响会发生不均匀沉降，因此可以利用钢圈与构造柱之间形成一个统一的整体来抵御。
此外，在建筑结构设计中，协同合作还表现在建筑受力时要保证结构的各个部件受力均匀，水平应力要保持在较高的水平。
高层建筑设计中要尽可能避免短柱，保持各个柱的水平应力互相接近，同步达到最大承载能力。
不过实际工程中建筑物层数越多，竖向与水平方向所产生的荷载力变越大，相应的地层的截面积也会逐渐加大，会导致高层建筑物底部的几层出现短柱现象。
针对这种情况，可以在柱截面设置竖槽，将矩形柱变成田形柱来提高结构的承载能力，减少短柱现象，这样既保证了同层的水平柱在受力时，同时达到最大的承载能力。
总之，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，应经常进行深刻的反思，对每一项设计都精益求精。
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作者简介：赖武（1964-），男，广西贵港人，工程师，学士，从事建筑及结构设计研究工作。