王錦浩
　　廣東省潮安縣建筑設(shè)計(jì)室官廣東潮州515638
　　
　　摘要：隨著計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)分析軟件的廣泛應(yīng)用和普及，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施至關(guān)重要，它在一定程度上反映了一個結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)水平。本文對建筑概念設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。
　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；概念設(shè)計(jì)；思考；
　　前言
　　當(dāng)前科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序的全而應(yīng)用給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師帶來了極大方便，大大減輕了他們的勞動強(qiáng)度，提高了沒計(jì)的效率和質(zhì)量。但同時也容易讓人產(chǎn)生錯誤認(rèn)識，認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡單，只需遵循規(guī)范、手冊、圖集，等待建筑師給出一個空間形成的方案，然后就可使用計(jì)算機(jī)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了。因此，一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師不重視結(jié)構(gòu)的基本理論和基本概念的正確使用，不能有效地運(yùn)用他們的知識、精力和時間去考慮結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)、協(xié)同工作等一系列概念設(shè)計(jì)問題。而是一味地依賴計(jì)算機(jī)，久而久之許多設(shè)計(jì)人員缺乏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念，對軟件技術(shù)條件認(rèn)識不清、對計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果無法判斷，對規(guī)范與軟件之間的差異不甚了解，對如何加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性、合理性、經(jīng)濟(jì)性沒有概念，甚至一些設(shè)計(jì)人員因?yàn)檫^多地相信計(jì)算機(jī)分析結(jié)果而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與實(shí)際建筑物存在較大差別，引起結(jié)構(gòu)施工圖中出現(xiàn)了大量的概念性錯誤和計(jì)算錯誤，且有些錯誤可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為保證建筑結(jié)構(gòu)的安全、適用、經(jīng)濟(jì)、可靠，對設(shè)計(jì)人員強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要性是非常必要的。
　　一．概念沒計(jì)定義
　　所謂的概念設(shè)汁就是運(yùn)用清晰的結(jié)構(gòu)概念，不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，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、實(shí)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，對結(jié)構(gòu)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行正確的分析，并考慮結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況與計(jì)算假設(shè)間的差異，對結(jié)構(gòu)和構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)，使建筑物受力更合理、安全、協(xié)調(diào)。概念設(shè)計(jì)主要從兩個方面對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行宏觀控制：一是在方案設(shè)計(jì)滿足建筑要求的前提下，從宏觀的角度考慮結(jié)構(gòu)整體性及主要分體的相互協(xié)凋關(guān)系，確定總體設(shè)計(jì)方案；二是在理論設(shè)計(jì)過程中綜合考慮工程條件、計(jì)算理論、材料性能等各種因素對計(jì)算結(jié)果的影響，判斷理論設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，并對一些工程中難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)采用一些結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施進(jìn)行處理。換句話說，概念設(shè)計(jì)是運(yùn)用人的判斷和思維能力，從宏觀上解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題。概念設(shè)計(jì)是一種思路，是一種定性的設(shè)計(jì)，它不以精確的力學(xué)分析、生搬硬套的規(guī)范條文為依據(jù)，而是對工程進(jìn)行概括性的分析，制定設(shè)計(jì)目標(biāo)，采取相應(yīng)結(jié)構(gòu)措施。具體到設(shè)計(jì)過程，就是根據(jù)特定的建筑空間和地理?xiàng)l件，結(jié)合建筑的功能要求，考慮結(jié)構(gòu)安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀、施工方便等各種因素后，確定結(jié)構(gòu)的總體方案，按照結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理和破壞過程，靈活且能有意識地利用整體結(jié)構(gòu)體系與基本桿件間的力學(xué)特性與關(guān)系、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、工程現(xiàn)場實(shí)時的資源條件，全面合理地解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題。既要注意到總體布置上的大原則，又要顧及到關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié)，從根本上提高結(jié)構(gòu)的可靠度。概念設(shè)計(jì)的目的是力求使設(shè)計(jì)辦案安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理，是一個優(yōu)化的過程。概念設(shè)計(jì)運(yùn)用得好，能使結(jié)構(gòu)滿足建筑要求，并以最快的方式將荷載傳遞到基礎(chǔ)、地基中，創(chuàng)造更為安全、舒適的作和生活環(huán)境，從而節(jié)約材料和資金，使工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、使用都能“又快、又好、又省”，這也是人們對工程建設(shè)的最基本要求。
　　二．概念設(shè)計(jì)的必要性
　　1概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與靈魂
　　結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要的地位，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程一般分為3個階段：前期的方案選擇、中期的結(jié)構(gòu)計(jì)算及后期的施工圖繪制。結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的第一步，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個階段離不開科學(xué)的概念作指導(dǎo)。
　　(1)方案設(shè)計(jì)階段。一個成功的設(shè)計(jì)必須選擇一個經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，即選擇一個切實(shí)可靠的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系。在此階段，設(shè)計(jì)者除了對建筑物的功能要求、地理環(huán)境、資金配備、材料供應(yīng)、施工條件與水平等進(jìn)行綜合的分析，并與建筑、水電、設(shè)備等專業(yè)進(jìn)行充分比較外，還要考慮結(jié)構(gòu)內(nèi)部的協(xié)同工作、結(jié)構(gòu)抗震的構(gòu)造沒計(jì)、結(jié)構(gòu)整體性能控制等問題，而后完成結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時還要對多個作方案進(jìn)行比較，擇優(yōu)選用。因此方案設(shè)計(jì)過程是不能借助于計(jì)算機(jī)或理論計(jì)算來實(shí)現(xiàn)的，它需要結(jié)構(gòu)上程師綜合應(yīng)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，在深入了解各類結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上，有針對性地選擇效果最好、造價最低的結(jié)構(gòu)方案。
　　(2)結(jié)構(gòu)計(jì)算階段。結(jié)構(gòu)計(jì)算是在計(jì)算簡圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，即要對作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的荷載和構(gòu)件的約束進(jìn)行一定的簡化，簡化后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形必須與原結(jié)構(gòu)盡可能一致。目前由于建筑物的功能復(fù)雜多樣，結(jié)構(gòu)計(jì)算一般是通過計(jì)算機(jī)來完成的，因此結(jié)構(gòu)工程師必須把實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)形式轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識別的計(jì)算模型，并且要保證模型受力和變形的精確性，在此基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)工程師還應(yīng)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，在全面了解程序軟件的適用范圍與技術(shù)條件后正確選擇和使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，同時再用概念設(shè)計(jì)對電算結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析，作出正確合理的判斷。如果結(jié)構(gòu)工程師缺乏經(jīng)驗(yàn)、不具備結(jié)構(gòu)體系功能及其受力、變形特性的整體概念與判斷力，他們就無法確定實(shí)際結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡圖、無法判斷計(jì)算機(jī)顯示的計(jì)算模型與計(jì)算結(jié)果的正確與否。
　　(3)施工圖繪制階段。結(jié)構(gòu)工程師通過計(jì)算機(jī)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算并對結(jié)果確認(rèn)無誤后，接著就是把計(jì)算結(jié)果用施工圖的方式表現(xiàn)出來。此時，結(jié)構(gòu)工程師還有一項(xiàng)比較艱巨的任務(wù)需要完成，即調(diào)圖工作。他們要檢查施工是否正確反映設(shè)計(jì)意圖，是否滿足結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定和各構(gòu)件間協(xié)同工作的要求、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要求、結(jié)構(gòu)的材料利用率和經(jīng)濟(jì)適用的要求等。很多剛畢業(yè)的大學(xué)生面對施工圖紙無法斷定其適用性和正確與否，主要原因就是他們?nèi)狈��?jīng)驗(yàn)與實(shí)踐過程中結(jié)構(gòu)概念的養(yǎng)成。
　　2概念設(shè)計(jì)思想的運(yùn)用。彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和計(jì)算理論的缺陷，拓寬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路
　　我國現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論采用以概率理論為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，與過去經(jīng)歷過的經(jīng)驗(yàn)估算法、容許應(yīng)力法及破損階段法相比，它更科學(xué)、更合理，但也存在一些缺陷或不可計(jì)算性，即它對具體空間結(jié)構(gòu)體系整體研究存在一定的局限性，只能視作近似概率法。如，對混凝土樓板結(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，而截面設(shè)計(jì)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)這一缺陷，或者實(shí)現(xiàn)對實(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)，必須用優(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。要充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力，因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動者和執(zhí)行者。
　　3概念設(shè)計(jì)思想的運(yùn)用，有利于培養(yǎng)結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)造力
　　隨著計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)分析軟件的廣泛應(yīng)用和普及，它使人們擺脫了過去必須進(jìn)行的大量手工計(jì)算，使人們的工作效率得到大幅度的提高。與此同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的依賴性也越來越大，有時甚至過分地相信計(jì)算軟件，并拘泥于規(guī)范、手冊、圖集等書本和遵從計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)，致使設(shè)計(jì)思維過于理論化，注重理論忽略結(jié)構(gòu)構(gòu)造，從而忽略了結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要性。并且，由于各種岡素，日前的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件總是存在著一定的局限性、適用性和近似性。如，結(jié)構(gòu)的模型化誤差；非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對結(jié)構(gòu)剛度的影響；樓板對結(jié)構(gòu)剛度的影響；溫度變化在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)牛的應(yīng)力；結(jié)構(gòu)的實(shí)際阻尼(比)；回填土對地下室約束相對剛度比；地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的相互作用等。有些影響因素目前還無法給出準(zhǔn)確的模型描述，也只能
　　給出簡化的表達(dá)或簡單的處，受人為影響較大，因此設(shè)計(jì)人員不能據(jù)此來否定分析軟件的正確性，更不能對異常構(gòu)件、部位置之不理或偏信于計(jì)算機(jī)的結(jié)果，而是應(yīng)該從整體上來把握
　　和控制結(jié)構(gòu)體系的各項(xiàng)性能，對內(nèi)力異常的構(gòu)件或部位，應(yīng)從明確的結(jié)構(gòu)概念出發(fā)來分析和處理，從而確保結(jié)構(gòu)的安全性。又如，現(xiàn)在三維結(jié)構(gòu)軟件分析次梁支座負(fù)彎距時會出現(xiàn)很小的現(xiàn)象，按理論分析一定是支座位移較大產(chǎn)生的結(jié)果，但我們實(shí)測的支座位移總是比理論計(jì)算的結(jié)果小得多，故這種現(xiàn)象只能用概念設(shè)計(jì)加以解釋。因此，在實(shí)際工作中強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的運(yùn)用是培養(yǎng)結(jié)構(gòu)工程師創(chuàng)造力的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)對基本假定、力學(xué)模型及其適用范圍有所了解，并應(yīng)對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析判斷，確認(rèn)其正確合理、有效后方可用于工程設(shè)計(jì)。
　　三．重視概念設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量
　　勘察設(shè)計(jì)是工程的靈魂，質(zhì)量的龍頭。只有具備優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，才能創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)的工程。一個優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程師會在每一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的開始，即在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)設(shè)計(jì)理論，在腦海中進(jìn)行一個“優(yōu)化”過程，運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法，可以迅速、有效地對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，同時幫助建筑師開拓或?qū)崿F(xiàn)建筑物業(yè)所想要的空間形式及其使用、構(gòu)造與形象功能，并以此為目標(biāo)，與建筑師一起確定建筑的總體結(jié)構(gòu)體系，并能明確總體結(jié)構(gòu)體系與分體結(jié)構(gòu)體系的最優(yōu)受力方案。所得方案往往慨念清晰、定性正確，避免了后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的煩瑣運(yùn)算，具有較好的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時，這也是判斷計(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)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心和靈魂，它統(tǒng)領(lǐng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程，貫穿著設(shè)計(jì)工程師的知識水平和設(shè)計(jì)水平。運(yùn)用結(jié)構(gòu)慨念設(shè)計(jì)從整體七把握結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能，這樣才能對計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的判斷、合理的采用，保證了工程師在設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)地位。
　　結(jié)束語
　　在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施至關(guān)重要，它在一定程度上反映了一個結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)水平。概念設(shè)計(jì)的水平，取決于深厚的基礎(chǔ)理論、對結(jié)構(gòu)原瑚和力學(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)。只有富于創(chuàng)新并具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)工程師才能協(xié)同建筑師去實(shí)現(xiàn)理想的構(gòu)思，設(shè)計(jì)質(zhì)量才能得到最佳的保證。

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