本文選自國(guó)家級(jí)期刊《中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)》，《中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)》雜志是由中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主管，中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)主辦。國(guó)際刊號(hào)ISSN：1671-3362 ，國(guó)內(nèi)刊號(hào)CN：11-4723/TU 。郵發(fā)代號(hào)2-453。本刊為月刊。

　　摘要：本文淺談如何在設(shè)計(jì)中使用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，同時(shí)講述結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要性。

　　關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì),重要性,原則

　　結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清楚、定性正確，避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí)，也是判段計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

　　概念設(shè)計(jì)是展現(xiàn)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵，一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，并能有意識(shí)地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

　　概念設(shè)計(jì)的重要性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是在方案設(shè)計(jì)階段：初步設(shè)計(jì)過程是不能借助于計(jì)算機(jī)來實(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，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，深入、深刻了解各類結(jié)構(gòu)的性能，并能有意識(shí)地、靈活地運(yùn)用它們。二是現(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，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)際存在的大量無法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，都需要優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。同時(shí)計(jì)算機(jī)結(jié)果的高精度特點(diǎn)，往往給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員帶來對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的誤解，結(jié)構(gòu)工程師只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng)，才能比較客觀、真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。

　　概念設(shè)計(jì)的一般原則：

　　1選擇合適的基礎(chǔ)方案

　　基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件，上部結(jié)構(gòu)類型及荷載分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素進(jìn)行綜合分析，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)方案。設(shè)計(jì)時(shí)宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行地基變形驗(yàn)算。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)有詳盡的地質(zhì)勘察報(bào)告，對(duì)一些缺地質(zhì)報(bào)告的小型建筑也應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看和參考鄰近建筑資料。一般情況下，同一結(jié)構(gòu)單元不宜采用兩種不同的類型。

　　2合理選擇結(jié)構(gòu)方案

　　一個(gè)成功的設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，即要選擇一個(gè)切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡(jiǎn)捷，同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，地震區(qū)應(yīng)力求平面和豎向規(guī)則。總之，必須對(duì)工程的設(shè)計(jì)要求、地理環(huán)境、材料供應(yīng)、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析，并與建筑、水、暖、電等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行多方案比較，擇優(yōu)選用。

　　3選用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖

　　結(jié)構(gòu)計(jì)算是在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)算簡(jiǎn)圖選用不當(dāng)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故屢有發(fā)生，因此選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計(jì)算簡(jiǎn)圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來保證。實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的剛結(jié)或鉸結(jié)點(diǎn),但與計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。

　　4正確分析計(jì)算結(jié)果

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，但由于目前軟件種類繁多，不同軟件往往會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)程序的適用范圍、技術(shù)條件等全面了解。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)，由于程序與結(jié)構(gòu)某處實(shí)際情況不相符合，或人工輸入有誤，或軟件本身有缺陷均會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果,因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。設(shè)計(jì)師的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)還是不可缺少的。

　　5采取相應(yīng)的構(gòu)造措施

　　始終牢記“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉原則”；注意構(gòu)件的延性性能；加強(qiáng)薄弱部位；注意鋼筋的錨固長(zhǎng)度，尤其是鋼筋的直線段錨固長(zhǎng)度；考慮溫度應(yīng)力的影響。除此之外,還應(yīng)注意按均勻、對(duì)稱、規(guī)整原則考慮平面和立面的布置；綜合考慮抗震的多道防線；盡量避免薄弱層的出現(xiàn);以及正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算等等都需要概念設(shè)計(jì)作指導(dǎo)。

　　掌握好概念設(shè)計(jì)不僅可以保證正確的設(shè)計(jì)原則，還可以通過它來解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題提高設(shè)計(jì)水平。在判斷電算結(jié)果時(shí)，概念設(shè)計(jì)是最簡(jiǎn)潔的方法。電算過程往往有上億個(gè)數(shù)據(jù)，要跟蹤數(shù)據(jù)是不可能的，只有用概念來判斷其合理性或查找原因。

　　概念設(shè)計(jì)的目的是力求設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)、合理、適用，事實(shí)上也可以說是設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)設(shè)計(jì)理論，在腦海中進(jìn)行的一個(gè)“優(yōu)化”的過程，它貫穿于整個(gè)工程設(shè)計(jì)的始末，貫穿著設(shè)計(jì)師的知識(shí)水平和設(shè)計(jì)水平，這就保證了工程師在設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)作用。概念設(shè)計(jì)的水平，來自深厚的基礎(chǔ)理論、對(duì)結(jié)構(gòu)原理和力學(xué)性質(zhì)的深刻理解、豐富的工程經(jīng)驗(yàn)以及設(shè)計(jì)人員分析問題，解決問題的能力，它是一種綜合設(shè)計(jì)能力的體現(xiàn)。

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