摘要：概念设计在现代化的设计中有着极大的创新性，传统设计要遵循设计手册及计算程序，容易使设计师的思路墨守陈规，缺少了创新的设计理念及风格。概念设计则不然，它使设计师在设计过程中可大胆想象，通过自身设计经验结合当下人们的审美风格寻找出具有风格的创新设计。概念设计还能有效提升设计师的实际设计能力，能有效的帮助设计师解决设计中遇到的实际问题，通过不断的对比自己的设计方案，优中选优，最终达到设计的可靠性与经济性。鉴于此，本文对概念设计的建筑结构设计进行解析，以供参考。
关键词：概念设计；结构措施；建筑结构设计
引言
概念设计强调全局考量，即从全局整体构思建筑结构并提出总体设计方案，目的就是追求建筑结构的美观、功能、安全与经济相关内容。如果从抽象角度讲，概念设计是不需要任何具体的数值计算过程的，它也不存在精确理论作为分析条件，仅仅是从整体结构体系与相应分体系的力学关系层面设计建筑造型与内里空间，为建筑确定结构布局，实现各个方面的协调处理与相互关系融合，体现建筑结构设计的科学合理性与创新性。
1概念设计概述
概念设计需要设计者参照设计理论和以往的设计经验对工程布局，在前期阶段，需要设计者从概念性层面判断设计方案是否符合建筑工程情况，以此满足结构设计相关要求。具体来说，概念设计主要包含三个阶段：（1）分析阶段，需要设计者进行前期准备工作，了解结构设计数据是否完整，是否符合建筑结构设计，只有做好分析阶段的工作，对问题进行排查，才能避免模糊概念设计性质，提高设计效果。（2）综合阶段，如果遇到设计方案与建筑结构不相符时，需要设计者根据掌握的专业知识进行修改，使其设计图纸得到有效展现，这样既可以让工程设计更为科学，还能避免设计方案或图纸等出现问题，影响建筑质量。（3）评估阶段，在设计时，设计者往往会设计出多个方案，需要对方案进行评估，选择出最佳的方案，在评估时，可以通过功能模型方式来全面评估，对其中的数据进行有效计算，在确保方案具有可实施性的前提下，提高经济性，节省建筑成本。
2建筑结构设计中的概念设计作用与意义分析
2.1对传统建筑结构设计缺陷的弥补
当前的某些建筑结构设计理论中对精确还原结构实际受力状态这一层面的研究并不到位，在空间结构体系设计方面也缺乏整体性研究，无法有效应对结构构件受力复杂问题，更无法准确计算其中相关内容。在本文看来，某些设计人员可能存在对于软件设计计算结果的过分信赖，导致其缺乏概念设计分析思路而失去理性判断，无法合理规划结构设计方案。所谓概念设计就是要从客观角度出发，尽量弥补存在于结构设计中的种种缺陷与偏差问题。在实际设计中要基于建筑结构设计实践经验对软件运算结果进行合理评估与修正，全面提高结构设计的科学适用性。
2.2对建筑结构设计思路的转变
首先概念设计是能够激发建筑结构设计者灵感的，它能够突破设计者的传统设计思路，摆脱对结构设计的规范教条化内容，为结构设计注入新内容、新活力。如果从当前城市高层建筑设计中的抗震设计角度来看，一般比较惯用的设计思路多集中在强化结构抗力上，或者通过提高混凝土的等级与配筋量来实现材料强化、有效控制工程量，同时保证结构刚度到位。但是这种做法反而会提高工程造价，甚至出现拖延工期的情况。
2.3体现建筑人文性
伴随社会发展，人文性以及审美性开始占据主要地位，在设计期间，设计者要充分践行以人为本这一建筑理念，展现出概念设计内在价值，为居住者展现出建筑物的人文性。在这个过程中，设计者可以应用现代化技术，营造出人们可以与自然环境和谐相处的一种氛围，使现代人们自然情感可以得到唤醒，这样既可以让现代都市人们实现与自然共生，还能改善人们现有的居住环境。
3概念设计在建筑结构设计中的应用
3.1地基基础的优选
地基基础是建筑结构的重要组成部分，直接关系到整个结构的安全及经济性。如何在不同的工程地质条件下，结合建筑的体型、高度、结构类型、所在地区的风压、抗震设防要求等，合理的进行基础的设计，是设计的重中之重。基础设计包含的内容很多，主要有两方面，首先是天然地基的稳定性、竖向承载力、变形计算，其次是结构的整体稳定性，结构的整体抗倾覆，结构抗滑移，桩基的竖向承载力和抗震水平承载力、基础结构的承裁力、变形、抗裂、裂缝宽度的计算。这些内容一方面要满足概念设计方面的要求，一方面要进行详细的计算来满足承载力及变形的要求。基础的类型也很多，常用的基础形式主要有独立基础、条形基础、筏板基础、箱形基础及桩基础。不同的基础其刚度、承载能力都不同，在基础选型上，首先要依据上部荷载的大小及分布情况使地基的负荷不应超出地基本身的承载能力，避免地基土剪切和稳定性的失衡。其次控制好沉降量，避免上部结构因沉降而损坏。最后对地基基础做强度和耐久性、刚度的数据分析，确保地基能适应上部结构。
沉降缝的设置有利有弊，有利的一面是可以解决地基不均匀沉降的影响，当建筑物建造在不同土质的地基上，或建筑物相邻部分的高度、荷载和结构形式差别较大时，可以防止建筑物出现不均匀沉降引起错动或开裂。不利的一面是沉降缝的设置将对地下室在土层中的嵌固作用产生一定的影响，防水处理很困难，增加了基础的设计难度。现在通长的做法是调整基础的底面尺寸、基础的底面压力、基础的结构形式及施工顺序，消除基础的不均匀沉降。
基础要有合理的基础埋深，我国现行的《高层建筑混凝土结构技术规程》第12.1.8条，明确规定：基础应有一定的埋深，在确定埋深时，应考虑建筑的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素、埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并宜符合下列要求：①天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15，②桩基础可取房屋高度的1/18。这些规定是出于下列四个方面的考虑：
1）提高基础的稳定性，防止基础在水平风力和水平地震作用下发生滑移和倾斜；
2）提高地基的承载力，减少基础的沉降量；
3）增大地下室外墙的土压力、摩擦力，限制基础的倾斜，使基底下土反力的分布趋于平缓；
4）增大阻尼，减少输入加速度，减轻地震灾害；
因此在设计时要结合结构的自身特点及地基情况，在经济、安全可靠的原则下，确定基础的埋深。
3.2合理选择结构体系
房屋建筑主要承受两类荷载，一类是水平荷载。一类是竖向荷载。这两种荷载对结构的影响不同，房屋越高，水平荷载影响越大，竖向荷载影响较小。因此高层房屋注重抗侧力结构的设计。根据抗侧力结构的不同，可分为框架结构、框架——剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构等几种结构体系，这些体系的受力特点、抵抗水平力的能力，特别是抗震性能等有所不同，因此具有不同的适用范围。
框架结构是由梁和柱组成，可为建筑提供灵活布置的室内空间，是一种比较柔的结构形式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在水平力的作用下，结构内力分布很不均匀，并存在着层间屈服强度特别弱的楼层，且由于框架结构的构件截面惯性矩相对较小，导致侧向刚度较小，侧向变形较大，在强烈地震作用下，结构的薄弱层率先屈服，发生弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中的现象。其变形主要是为剪切型变形，决定了框架结构的位移底部最大，从而影响了框架结构的很多特性，如填充墙在地震时候是底层破坏严重，楼的高度有限制。
剪力墙结构中，剪力墙沿横向、纵向正交布置或多轴线斜交布置，由墙体承受全部的水平荷载和竖向荷载，属于以弯曲变形为主的刚性结构。该种结构的抗侧力刚度比框架结构大的多，在水平力作用下侧向变形小，空间整体性好。缺点是混凝土用量多，自重大，总高度通常无法超过150m。混凝土墙体为高强度承重墙体，房间不能拆改。
框架——剪力墙结构是指在框架结构中的适当部位增设一些剪力墙，是刚柔相结合的结构体系，能提供建筑大开间的使用空间，是由若干道单片剪力墙与框架组成。在这种结构体系中，框架和剪力墙共同承担水平力，但由于两者刚度相差很大，变形形状也不相同，必须通过各层楼板使其变形一致，达到框架和剪力墙的协同工作。从受力特点看，剪力墙是以弯曲变形为主，框架是以剪切变形为主，于变位协调，在顶部框架协助剪力墙抗震，在底部剪力墙协助框架抗震，其抗震性能由于较好的的发了各自的优点而大为提高。因此可以适用于各种不同高度建筑物的要求而被广泛采用
筒体结构是由一个或数个筒体作为主要抗侧力构件而组成，而筒体由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，具有很大的刚度和强度。在侧向荷载的作用下，它的受力特点就类似于一个固定在基础上的筒形的悬臂构件。多用于大跨度，大空间高层建筑中，造价较高，经济性。
结构体系的选择要有以下几点原则
1）适应建筑功能的要求。对于不同的使用要求的建筑，其功能各不相同，结构体系的布置要满足这些要求，如：体育馆为保证较好的观看视觉效果，比赛大厅内不能设柱，必须采用大跨度结构；大型超市为满足购物的需要，室内空间具有流动性和灵活性，所以应采用框架结构。对于建筑造型复杂、平面和立面特别不规则的建筑结构选型，要按实际需要在适当部位设置防震缝，形成较多有规则的结构单元。
2）刚度合理性原则。每种结构形式都有各自的特点和不足，有其各自的适用范围，所以要结合建筑设计的具体情况进行结构选型，一般来说，框架结构适用与设防烈度底，房屋高度低的建筑物。剪力墙结构和框架-剪力墙结构可以适用于各种高度的建筑物。筒体结构多用于高层、超高层、设防烈度高的建筑。
3）考虑材料和施工的条件。由于材料和施工技术的不同，其结构形式也不同。例如：砌体结构所用材料多为就地取材，施工简单，适用于低层、多层建筑。当钢材供应紧缺或钢材加工、施工技术不完善时，不可大量采用钢结构。
4）尽可能降低造价。当几种结构形式都有可能满足建筑设计条件时，经济条件就是决定因素，尽量采用能降低工程造价的结构形式。
3.3结构的延性设计
我国抗震设计目标为“小震不坏，中震可修，大震不倒”，如何做到结构在强震作用下具有良好的塑性变形能力，不会倒塌，是设计的关键。延性结构则能满足上述要求，通过结构的塑性变形，来吸收耗散地震能量，同时这种变形降低了结构的刚度，相应的结构在地震时所受的作用也会减小，由于结构的承载能力没有降低，因此结构不会刀塔。也就是说，延性结构是用它的变形能力，而不是承载力抵抗强烈的地震作用。因此，对于地震发生概率极少的抗震结构，延性结构是一种经济合理和安全的设计方向。
影响结构延性的主要因素有以下几点
1：钢筋的配筋率。增加纵向钢筋的配筋率，相应的变向降低结构的轴压比，特别是在配有屈服应变大的高强钢筋，竖向受力构件塑性铰的转动能力得到提高，进而提高了结构的延性。
2：箍筋的配筋率。箍筋约束混凝土，使混凝土的极限压应变变大，变相的提高混凝土强度，混凝土受压区应力分布更均匀，受压高度也减少。延性得到提高。
3：混凝土强度。混凝土强度的提高具有两面性，一方面强度提高可以降低轴压比，受压区高度减少，截面的延性得到加强；另一方面强度提高使混凝土的脆性增加，材料延性降低。在相同配筋率的条件下，提高混凝土等级则钢筋在换算截面面积的比重降低，结构的延性降低。
4：轴压比。轴压比是抗震概念设计的一项指标。它不是通过理论计算得出的，而是通过试验及实际地震破坏情况，发现轴压比低的柱子延性比较好，地震的破坏程度远小于轴压比高的柱子。
目前结构的延性是按两阶段的设计方法进行设计，第一阶段是强度设计，保证结构满足第一水准的设防要求。第二阶段是变形验算，保证结构满足第三水准的设防要求。第二水准的设防要求通过抗震构造措施来保证。在设计思路上要做到以下几点：
1：强柱（墙）弱梁。梁先屈服，即梁端先出现塑性铰，可使整个结构产生较大的内力重分布，从而增强结构的耗能能力和极限层间位移，抗震性能较好。 若柱（墙）先屈服，则可能使整个结构变成几何可变体系，造成结构倒塌。
2：强剪弱弯。设计的目的是使构件在地震作用下尽量发生弯曲破坏而不是剪切破坏，构件的破坏形态有剪压破坏、斜拉破坏、斜压破坏、弯剪破坏、弯曲破坏，其中除了弯曲破坏是延性破坏外，其它都是脆性破坏。通过合理的设计和配筋，使构件承受的剪力要大于相应的弯矩，在受弯破坏前不能发生受剪破坏，保证最终破坏是受弯破坏导致钢筋屈服产生塑性铰，而不是直接被剪切坏掉。
3：强节点，强锚固。结构是通过节点，把梁、柱、墙等连接起来形成一个整体。如果节点先构件出现破坏，那么节点附近的构件就不能通过节点的连接形成结构。节点核心区是保证结构承载力和延性的关键部位，《建筑抗震设计规范》对节点核心区的内力分析、附加的构造措施都有明确的规定。实行强锚固，是为了防止钢筋滑移或被拔出，为了使框架结构梁柱纵向有可靠的锚固条件，保证节点核芯区混凝土的抗剪承载力，框架结构梁柱核芯区的混凝土应具有良好的约束。
结束语
总而言之，随着我国国民经济的快速发展以及人民群众生活水平的稳步提升，也需要不断地完善和更新建筑结构的基本设计理念，只有这样才能满足人们日益增高发建筑结构质量设计要求。为此，则应加强对一切有关建筑结构设计的计算理论、施工工艺乃至施工材料等的研究，以增强建筑结构设计的安全性、经济性和可靠性。而在设计建筑结构中，设计人员为了保障设计的实用性与科学性，则既要结合概念设计技术、采取有关的结构措施，又要根据自身积累的实践设计经验。这样才能设计出适合施工的最佳方案，以保障建筑结构施工得以顺利展开。
参考文献：
[1]赵卫国.浅谈概念设计在建筑结构设计中的意义及应用[J].建材与装饰，2018（52）：64-65.
[2]刘海峰，韩晓南.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].居业，2018（12）：25+27.
[3]李季.建筑结构设计中概念设计的运用实践分析与研究[J].居业，2018（12）：43+46.
[4]冷弘扬.基于概念设计在建筑结构设计中的应用分析[J].住宅与房地产，2018（34）：79.
[5]戴建永，王宇赞，肖龙君.浅析结构概念设计在建筑结构设计中的作用[J].智能城市，2018，4（22）：29-30.
论文作者:王睿
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/25
标签：结构论文; 延性论文; 建筑论文; 结构设计论文; 概念论文; 基础论文; 荷载论文; 《基层建设》2019年第18期论文;