楊玲

凌云科技集團(tuán) 湖北 武漢 430040

引言

近年來，我國建筑行業(yè)得到了迅速發(fā)展，建筑工程項目的施工規(guī)模以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜性也得到了提高，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提出了更高的要求。如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會直接影響到筑工程的施工效果跟施工效益，甚至導(dǎo)致一系列安全事故。因此，相關(guān)建筑設(shè)計人員還需要加強概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中的應(yīng)用力度，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性和可行性進(jìn)一步提高，為建筑工程的后續(xù)建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。

1 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用的重要意義

1.1 概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性

近些年來，建筑行業(yè)發(fā)展迅猛，在科技、經(jīng)濟、理念、技術(shù)等多個方面的支持下，建筑行業(yè)逐步實現(xiàn)了領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新，快速普及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與信息技術(shù)等高新科技，提高了施工效率，提升了建筑質(zhì)量，有利于為客戶提供更高端、更優(yōu)質(zhì)的建筑產(chǎn)品。對于概念設(shè)計而言，其本身的定性化特征雖然限制了自身的發(fā)展，但從另一個角度來看，也不失為一種天然優(yōu)勢。概念設(shè)計的重要意義主要體現(xiàn)在兩個方面：首先是由于在當(dāng)前的設(shè)計理論中存在很多不足之處，例如混凝土的相關(guān)設(shè)計等。概念設(shè)計自出現(xiàn)以來，有效解決了諸如內(nèi)力計算與截面設(shè)計等矛盾，最終導(dǎo)致計算出的真實力值存在差異。其次是在設(shè)計初期，初始的設(shè)計無法通過電子設(shè)備獲取，只得依靠籠統(tǒng)的概念進(jìn)行模糊的探討，而概念設(shè)計恰巧符合這一設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。概念設(shè)計在具體的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，有三個應(yīng)用意義：①利用概念設(shè)計可有效避免電腦設(shè)計的缺陷；②大幅提升設(shè)計水平，設(shè)計師們通過提前落實概念設(shè)計，逐步明確建筑功能、用處等，從而確保設(shè)計質(zhì)量；③確保設(shè)計方案的有效性，建筑設(shè)計過程中，利用概念設(shè)計可形成良好的施工構(gòu)思，并以此做出合理的施工決策[1]。

2 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)措施的應(yīng)用

2.1 在施工場地規(guī)劃中的應(yīng)用

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，首先需要就項目的施工場地進(jìn)行合理規(guī)劃，為后續(xù)的工程建設(shè)施工奠定良好基礎(chǔ)。施工場地的規(guī)劃效果直接影響建筑后期的建設(shè)效果，通過概念設(shè)計的應(yīng)用，能夠?qū)σ酝鶊龅匾?guī)劃中存在的弊端進(jìn)行及時解決。概念設(shè)計的全局性特征，能夠幫助設(shè)計人員對地形、地質(zhì)以及建筑物結(jié)構(gòu)等進(jìn)行綜合分析與協(xié)調(diào)，基于多種方案的評估進(jìn)行最適合施工要求場地的選擇，減少地形地質(zhì)條件要素對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果所造成的影響。例如在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過概念設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，能夠幫助設(shè)計人員就建筑物的地方光照、樓層高度、人口密度以及停車位布局等參數(shù)進(jìn)行綜合考慮，實現(xiàn)建筑設(shè)計和施工用地兩者之間的協(xié)調(diào)性，促進(jìn)施工場地規(guī)劃的合理性進(jìn)一步提高。

2.2 選擇科學(xué)的結(jié)構(gòu)材料

除了施工場地外，建筑結(jié)構(gòu)施工材料也是影響工程質(zhì)量的重要因素，建筑工程結(jié)構(gòu)所涉及的材料類型較為豐富，其中最常見的是鋼筋與混凝土，這兩種建材是建筑質(zhì)量的審查核心。由于概念設(shè)計的本質(zhì)，因此在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應(yīng)結(jié)合該項工程的特定要求進(jìn)行選購建材，而非一味地按照普通建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行購置，以加強建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。例如，一般的建筑工程均挑選強度達(dá)到C20的箍筋與混凝土，同時縱向筋應(yīng)達(dá)到10mm的直徑標(biāo)準(zhǔn)，且強度標(biāo)準(zhǔn)必須達(dá)到C25水平。另一方面，建筑材料的選擇與購置必須充分考慮建材本身與建筑整體的契合度。具體而言，鋼筋結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域必須按照一、二級抗震標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接固定，以此確保建筑整體結(jié)構(gòu)的安全質(zhì)量，并充分考慮節(jié)點與弱桿件兩部分。

2.3 基于場地情況選擇建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

在選定的開發(fā)區(qū)域中進(jìn)行調(diào)查和設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)建筑物的形狀和該區(qū)域的地形對建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。建筑基礎(chǔ)通常包括樁基礎(chǔ)和箱基礎(chǔ)，箱形基礎(chǔ)具有良好的整體剛度，可以均勻分解并將載荷轉(zhuǎn)移到基礎(chǔ)上，從而提供更安全、更穩(wěn)定的建筑物，并防止由于不均勻力而導(dǎo)致基礎(chǔ)發(fā)生沉降，這樣可以有效提高建筑物的抗震性能。樁基礎(chǔ)是建筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的另一種形式，通常在地面較軟或荷載相對較差的多層建筑物中，這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可以將頂部產(chǎn)生的負(fù)載傳遞到底部，并將其分配到土壤上，從而確保建筑物的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

2.4 設(shè)好防震縫及后澆帶

在達(dá)到規(guī)范條件下要求盡可能避免建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域“設(shè)縫”。然而，在設(shè)計現(xiàn)代化的建筑物結(jié)構(gòu)中，在概念設(shè)計、實踐結(jié)構(gòu)設(shè)計中已經(jīng)積累下來的經(jīng)驗，卻進(jìn)一步證實了采取“設(shè)縫”措施的必要性。所以，一般而言，會綜合考量“設(shè)縫”的具體位置，并按此位置需匹配一整套的防水及保溫基礎(chǔ)措施。因為“設(shè)縫”施工復(fù)雜度高，既會擴大施工成本，又會影響建筑物的美觀性，特別是施工顯得更加困難?，F(xiàn)階段，基于結(jié)構(gòu)縫概念，成功做出了防震縫、伸縮縫、沉降縫等，且獲得甚為理想的效果。所以，根據(jù)設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，先認(rèn)真分析項目當(dāng)中存在的結(jié)構(gòu)縫需求，再從實際要求出發(fā)設(shè)置各種結(jié)構(gòu)縫。在本工程中，需設(shè)下防震縫、必要的后澆帶。防震縫一般用于減震，而后澆帶則主要用于取代伸縮縫。根據(jù)實際需求可知，本項目的建筑主要采用“十”字形連拼體型。按照勘察報告及規(guī)定要求作出的初步估算顯示，全樓的總高80m已經(jīng)在規(guī)定范圍以外，是超限類型高層建筑。因此，按設(shè)計單位要求設(shè)計防震縫、后澆帶的措施，得到業(yè)主代表及投資方的一致肯定，并將有關(guān)聲明、緣由記錄在正式文件內(nèi)。根據(jù)設(shè)置功能可知，防震縫、后澆帶之類的必要結(jié)構(gòu)縫，能夠起到改善結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)、減小溫度應(yīng)力、降低薄弱部位出現(xiàn)風(fēng)險的效果。

2.5 建筑結(jié)構(gòu)體系的協(xié)同工作

建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計、構(gòu)件耐久性等方面都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要重點關(guān)注的內(nèi)容。我國近些年建筑行業(yè)持續(xù)發(fā)展，促使涌現(xiàn)出了越來越多的高層建筑、超高層建筑，有的工程中會發(fā)生短柱現(xiàn)象，這不利于保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震性，所以需要采取加固措施。在設(shè)計過程中，通常需要采用加強構(gòu)造柱的方式發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)中所有構(gòu)件的水平應(yīng)力。此外，成本是現(xiàn)代企業(yè)非常關(guān)注的一項工作內(nèi)容，通過優(yōu)化建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計有助于將成本降低，從而達(dá)到提升建筑企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的作用。為此，可以采用協(xié)同設(shè)計的方法，充分發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)中每個構(gòu)建的作用，將建筑材料的利用率提高，真正地落實結(jié)構(gòu)措施和概念設(shè)計的方式，在保證建筑物質(zhì)量水平的同時加強節(jié)約，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益[2]。

2.6 在平面設(shè)計中的應(yīng)用

我國建筑行業(yè)不斷發(fā)展，高層建筑數(shù)量也得到了大幅度增加，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)所受的風(fēng)荷載以及水平荷載進(jìn)一步增加，如果沒有做好平面設(shè)計工作，容易導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)側(cè)移問題，直接影響建筑物的使用性能跟安全性。通過概念設(shè)計進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計工作，需要對建筑物的側(cè)移問題進(jìn)行認(rèn)真考慮，在進(jìn)行方案設(shè)計過程中，應(yīng)盡量降低建筑物承受的風(fēng)荷載。進(jìn)行概念設(shè)計時，需要就建筑物周圍物體受到的風(fēng)荷載影響進(jìn)行認(rèn)真觀察，借此保障建筑物能夠具備良好的風(fēng)荷載抵抗效果。此外，在概念設(shè)計過程中，要求設(shè)計人員在平面設(shè)計過程中對建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行綜合考慮。在剛度選擇過程中，要求設(shè)計人員能夠通過詳細(xì)計算進(jìn)行剛度的確定，避免剛度不足對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響。應(yīng)用概念設(shè)計進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計過程中，需要對抗側(cè)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，最大限度地保障建筑結(jié)構(gòu)自身的抗傾覆能力。通過概念設(shè)計能夠促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計效果進(jìn)一步提高，將建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載能力、水平荷載抵抗力以及抗側(cè)力結(jié)構(gòu)控制在合理范疇內(nèi)，對建筑結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性以及后期使用安全性的提高具有積極意義。

2.7 布設(shè)好電梯間

現(xiàn)階段，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)中，盡管有大量選取剪力墻結(jié)構(gòu)、澆筑混凝土的建設(shè)方案，并充分確保了建筑物的系統(tǒng)性及完整度，使建筑得以凝聚成為牢固的建筑整體，但設(shè)置電梯間卻會從一定程度上削弱樓板層的作用。因此，在開洞分離建筑區(qū)時，便可按概念設(shè)計的基本應(yīng)用思路，基于一定的實踐經(jīng)驗，采取開洞預(yù)防作業(yè)方案來予以妥善處理。結(jié)構(gòu)措施的具體應(yīng)用如下。①按照純框架的標(biāo)準(zhǔn)，及時規(guī)避在電梯井中用到鋼混井筒。從框架及其結(jié)構(gòu)上來看，要求創(chuàng)新剪力墻設(shè)計，令抗剪切用剪力墻的量滿足實際需求。也需控制剪力墻的量以滿足對應(yīng)結(jié)構(gòu)的實際承重、受重要求。②建筑高25層，要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計中規(guī)避高度引起的非穩(wěn)定性。盡量降低錯層概率，而針對局部越層柱，則要求注意避免使用梁板，立足實際需求嚴(yán)控高度。③歷經(jīng)諸多次大地震災(zāi)害后，國內(nèi)也更加重視結(jié)構(gòu)設(shè)計中有關(guān)防震的因素。其中尤其關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)和防震縫間的關(guān)聯(lián)性，減小對建筑立面具體效果的影響。因此，要求從結(jié)構(gòu)措施出發(fā)，通過精準(zhǔn)計算轉(zhuǎn)換結(jié)果到施工實踐領(lǐng)域。

2.8 合理的結(jié)構(gòu)體系

較常見的結(jié)構(gòu)體系包括許多方面，例如鋼結(jié)構(gòu)、磚石結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等。其中最常見的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、管結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架芯管結(jié)構(gòu)。在一定程度上，它直接受建筑功能、建筑高度、抗震設(shè)防強度、工地條件、經(jīng)濟條件、建筑條件、建筑材料和其他相關(guān)因素的影響。對科學(xué)和智能的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行有效解釋具有一定的難度，所以必須更加深入、詳細(xì)地思考才能清晰結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

3 注意事項

隨著概念設(shè)計這一理念在建筑行業(yè)中的深入滲透，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)的合理性與科學(xué)性均得以有效提升。雖然概念設(shè)計在建筑行業(yè)中迅速普及，但是在應(yīng)用過程中仍然存在諸多問題有待解決?；诖?，設(shè)計師在落實概念設(shè)計的過程中需要注意四點問題：一是參考建筑的抗震要求；二是重視建材的抗震性能；三是做好構(gòu)件組合；四是嚴(yán)格遵循設(shè)計方案。建筑施工各環(huán)節(jié)中均存在協(xié)同作業(yè)的形式，同時協(xié)同工作也是結(jié)構(gòu)設(shè)計中所必須考慮的因素之一。協(xié)同作業(yè)能夠全面反映各構(gòu)件之間的配合關(guān)系，基于此，充分激發(fā)構(gòu)件的最大性能。協(xié)同核心即為各組構(gòu)件的性能指標(biāo)，具體表現(xiàn)在荷載以及壽命等多個方面，高度重視接觸結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)等各環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，以不影響質(zhì)量為前提，盡可能縮減施工設(shè)計成本?；趨f(xié)同工作的合理性，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計可幫助企業(yè)節(jié)省大量梁結(jié)構(gòu)中的材料消耗，同時不會對構(gòu)件的完整性帶來任何影響，甚至降低構(gòu)件本身的重量。其原理就是當(dāng)具備構(gòu)件軸心受力狀態(tài)時，材料的利用水平將被大幅提升，因此做好結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，相當(dāng)于幫助企業(yè)實現(xiàn)了降本增效[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，近年來我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速，要求建筑設(shè)計人員能夠積極在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用到概念設(shè)計，在結(jié)合現(xiàn)代化建筑管理信息服務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮概念設(shè)計的應(yīng)用效果，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計合理性和可行性進(jìn)一步提升，從后續(xù)的建筑項目施工建設(shè)提供良好的設(shè)計方案。本文主要就概念設(shè)計的內(nèi)涵以及在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用重要性進(jìn)行了闡述，隨后深入探究了概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用途徑。