概念設計與結(jié)構措施在建筑結(jié)構中應用
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摘要：當前，由于我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，對建筑物的結(jié)構設計提出了更加嚴格的要求。其結(jié)構設計的目標是通過提高建筑物結(jié)構的設計水平來延長建筑物的壽命，并改善建筑物的性能。經(jīng)過多年的發(fā)展和實踐，概念設計和結(jié)構措施已逐步引入結(jié)構設計工作中，主要是通過優(yōu)化主建筑結(jié)構的特性增強建筑結(jié)構的設計并為整個結(jié)構提供保護，從而提高建筑物的質(zhì)量和安全性。基于此，本文首先分別介紹了概念設計和結(jié)構措施的相關內(nèi)容及其對結(jié)構設計的影響，然后結(jié)合概念設計和結(jié)構措施來說明兩者在結(jié)構設計中的實際應用。以期為相關研究提供一些參考。
關鍵詞：概念設計；結(jié)構措施；建筑結(jié)構設計
當前，建設項目的建設過程較為復雜，結(jié)構設計作為關鍵組成部分，不僅決定了建設項目順利實施的可能性，而且為后續(xù)建設奠定了堅實的基礎。另外，為了使建設項目本身的功能最大化，必須確保建設項目中的各個項目相互交互，從而保證項目的質(zhì)量和安全。同時，這些要求也將建筑設計推向了更高的標準。建筑單位各部門的工作進度必須嚴格符合工程結(jié)構設計，以確保多個項目的可持續(xù)發(fā)展，為建設工程質(zhì)量打下堅實基礎。概念設計的結(jié)構元素統(tǒng)稱為結(jié)構語言，而結(jié)構設計涵蓋了許多結(jié)構元素，結(jié)構設計師將每個結(jié)構元素都體現(xiàn)在設計計劃藍圖和工程圖中，以顯示直觀的圖形。因此，必須按照土木工程規(guī)范有條不紊地進行建筑結(jié)構設計和施工，以確保建筑結(jié)構設計科學、安全，并能滿足房屋使用需求。基于此，本文主要介紹了概念設計以及結(jié)構措施在結(jié)構設計中的應用。
1概念設計的基本概念
1.1概念設計的內(nèi)涵
在概念設計的最初應用中，建筑師根據(jù)設計概念評估建筑設計計劃，并參考過去的實踐經(jīng)驗，比較和分析概念設計，從宏觀層面上控制建筑結(jié)構的形狀，參照比較結(jié)果執(zhí)行建筑結(jié)構設計方案，并調(diào)整和實施所需的隔振設置，以實現(xiàn)最佳設計效果。概念設計對建筑設計有很大影響，例如資本投資、施工時間和安全問題。對概念設計的巧妙運用使最終的結(jié)構設計計劃更加科學、合理、安全和可靠，還能有效減少估算和計算錯誤，改善架構設計的經(jīng)濟性和合理性?？梢钥闯觯拍钤O計是建筑結(jié)構設計最重要的數(shù)據(jù)庫之一。
1.2概念設計的實施步驟
設計特定應用程序概念的過程本質(zhì)上是逐步重復整個過程的優(yōu)化過程。通常，概念設計分為四個主要階段：分析階段、綜合階段、評估階段、完成階段。在繼續(xù)進行下一階段之前，每個步驟都必須達到預期的目標。如果在任一階段發(fā)現(xiàn)計劃中有不合理的部分，則需要重新實施設計、計算和評估，直到達到目標為止。具體分析以下四個步驟：①分析階段。在此階段收集建筑物結(jié)構設計問題，并對這些問題進行分析和解決。分析階段的主要特征是所收集的數(shù)據(jù)和信息模棱兩可，分析后可以將各種信息最大化。②綜合階段。綜合階段是概念設計的最重要階段。在這個階段概念設計師利用自身經(jīng)驗和專業(yè)知識來制定設計計劃，然后以圖紙的形式展示設計計劃。綜合階段的設計實質(zhì)上是用來以具體形式顯示和處理建筑設計師相對抽象的設計概念，這是概念設計中的關鍵環(huán)節(jié)。③評估階段。在此階段將對設計計劃進行專業(yè)評估，并評估其可行性，這項工作是周期性的，在計劃達到標準后可以開始下一步工作。在評估設計計劃時，首先要創(chuàng)建一個功能模型，然后使用各種公式對每個計劃進行比較和分析，最后選擇一個經(jīng)濟、合理、安全、可靠的設計計劃。④完成階段。此階段主要根據(jù)已定義的建筑結(jié)構設計計劃來執(zhí)行相關工作，以減少后續(xù)的冗余設計工作。
2結(jié)構設計的主要措施
2.1科學選取建筑場地
在選擇建筑工地時，必須選擇具有最高抗震性能的區(qū)域，同一棟建筑物的不同建筑工地的抗震特性差異很大，對整體結(jié)構的影響也很大。在地震影響下，要考慮基礎結(jié)構遭遇適當損壞的可能性，并結(jié)合適當?shù)氖┕び媱澓徒?jīng)濟原理，進一步弄清相應的結(jié)構形式和基礎計劃。由于采用了這種方法，整個結(jié)構的抗震特性和可塑性可以大大提高。
2.2科學合理的選擇結(jié)構材料
首先，在選擇鋼材和混凝土的過程中，要結(jié)合特定的標準選擇強度更高的模型。通常，混凝土的強度等級不應低于C25。為了對結(jié)構元件進行縱向加固，必須使用強度更高的鋼筋，例如HRB400鋼筋。其次，要根據(jù)具體情況，選擇更科學合理的新型建筑材料，例如鋼筋混凝土材料。在建筑的建造過程中，通常使用鋼筋混凝土材料。它是一種新型的建筑材料，可以將鋼材和混凝土有效結(jié)合在一起，并相互補充，從而發(fā)揮出更大的建筑作用，這種材料使建筑物穩(wěn)定而堅固。其具體優(yōu)勢體現(xiàn)在以下兩個方面：①內(nèi)層混凝土可以更有效地支撐外層鋼管，從而使兩者的優(yōu)勢相互補充，完美匹配，同時也充分發(fā)揮了它們的優(yōu)勢，顯著提高了它們的承載能力；②外鋼管可以有效地控制內(nèi)混凝土，從而進一步提高混凝土的強度，可以大大減小變形概率。鋼筋混凝土結(jié)構進一步增加了建筑結(jié)構的抗震性能，并為超高底柱的軸向壓縮比有限的問題提供了有效的解決方案。
2.3進一步重點關注施工現(xiàn)場處理
在建筑工地上，由于某種原因，結(jié)構分析結(jié)果會產(chǎn)生一定程度的負面影響，如果僅依靠簡單的計算方法，將無法真正有效地解決問題。因此，在結(jié)構設計過程中，設計師必須充分整合概念設計，有效實施結(jié)構設計。同時，還應利用自身的實踐經(jīng)驗和設計方法，與有關建筑和監(jiān)管部門進行深入探討、溝通與協(xié)作，著重于現(xiàn)場研究，找出問題并提出相應的解決方案。
3概念結(jié)構設計與結(jié)構措施對建筑結(jié)構設計的影響
隨著科學技術的飛速發(fā)展，極大地促進了結(jié)構設計的發(fā)展，并進一步促進了建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。過去的傳統(tǒng)建筑設計無法滿足人們的需求，建筑師就需要使用新技術來提高建筑水平，使用新概念來翻新建筑物，促進智能建筑設計。結(jié)構措施是一種建筑結(jié)構設計措施，其目標是確保建設項目的每個部分都發(fā)揮其原始作用，協(xié)調(diào)每個部分進行交互，以匹配實際應用程序，并避免因零件和組件出現(xiàn)問題而對設計產(chǎn)生不利影響。在建筑結(jié)構設計中，概念設計的作用不容忽視，概念設計比建筑設計更客觀，這兩個要素的結(jié)合創(chuàng)造了一個虛擬建筑，它將成為建筑業(yè)發(fā)展的基礎。概念設計對建筑設計有不同程度的影響，在設計和建造建筑物時，建筑師的想法與住戶設定的目標相沖突，并且如果兩者之間存在沖突，則會影響建筑物的結(jié)構并產(chǎn)生非常不利的結(jié)果。概念設計和結(jié)構設計的總體方向基本相同，則可以滿足住戶的要求，此時雖然缺陷很少但仍然存在，在這種情況下建造的建筑物仍將存在相應的問題。
4概念設計在建筑結(jié)構設計中的應用
4.1科學選擇建筑結(jié)構剛度
在建筑領域的各種指標中，建筑結(jié)構的剛度是非常重要的元素，并且在建筑結(jié)構的設計中起著非常重要的作用，因此必須選擇科學合理的建筑剛度。同時，科學合理地選擇建筑物剛度對于有效增加建筑物的自然振動周期和抗震性能具有特殊的影響和意義。另外，良好的剛性還可以相應地提高空間利用率，節(jié)省建筑材料等，從而可以更充分、更有效地利用建筑計劃，并可以有效優(yōu)化建筑結(jié)構。
4.2科學選擇建筑主體結(jié)構
合理性和對稱性是設計建筑結(jié)構時要遵循的基本原則。該原理可有效減少建筑材料的使用，節(jié)省建筑材料，確保建筑結(jié)構中非結(jié)構部件的良好安全性和穩(wěn)定性，并降低建筑結(jié)構的扭轉(zhuǎn)力。建筑結(jié)構對稱的特征是整個或部分建筑結(jié)構內(nèi)的相互對應和統(tǒng)一，在特定的設計階段，為確保建筑物結(jié)構的對稱性，可以對建筑物質(zhì)心或平面重心的實際距離進行合理調(diào)整，并有效調(diào)整重心，從而確保建筑結(jié)構的對稱性。
4.3基于場地情況選擇建筑基礎結(jié)構
在選定的開發(fā)區(qū)域中進行調(diào)查和設計時，應根據(jù)建筑物的形狀和該區(qū)域的地形對建筑物的基礎進行科學合理的選擇。建筑基礎通常包括樁基礎和箱基礎，箱形基礎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致基礎發(fā)生沉降，這樣可以有效提高建筑物的抗震性能。樁基礎是建筑物基礎結(jié)構的另一種形式，通常在地面較軟或荷載相對較差的多層建筑物中，這種基礎結(jié)構可以將頂部產(chǎn)生的負載傳遞到底部，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。
4.4合理選擇建筑場地
選址是建筑項目的關鍵，選擇標準包括太陽光線與建筑物出口之間的距離、安全距離保護等方面。此外，還應注意危險區(qū)域的選址，使地質(zhì)和地理災害不會嚴重影響建筑物的安全，特別是地震的威脅。對于位于危險區(qū)域的建筑項目，應相應提高建筑物的地震等級，并采取適當?shù)姆雷o措施。所以，應科學合理地選擇施工現(xiàn)場，并做好有效的勘探和研究工作。
5結(jié)構措施在建筑結(jié)構設計中的應用
5.1結(jié)構設計中提高材料利用率
在結(jié)構設計階段，結(jié)構措施在設計師的工作中起著重要的支持作用，提供了更完整的結(jié)構設計以及有效執(zhí)行了與結(jié)構活動有關的工作能力。在設計階段，結(jié)構措施的關鍵作用是有效協(xié)調(diào)設計師的設計工作。在施工和設計工作中，可以充分保證建筑結(jié)構的穩(wěn)定性，并可以有效提高建筑材料的利用率。另外，設計師必須在保證設計效果的前提下減少材料重量和材料成本，使設計工作能夠順利進行。例如具有矩形橫截面的壓縮構件利用率低，這是因為梁在特定的施工階段更容易改變，并且材料利用率不足，而通過概念設計和結(jié)構分析，可以對梁截面的變形梯度進行科學合理的改變和調(diào)整，從而在軸向力不確定的情況下可以顯著提高材料的利用率。
5.2結(jié)構體系中保持協(xié)同工作
與概念設計相關的協(xié)作很好地適用于建筑物的結(jié)構設計。協(xié)作需要結(jié)構的內(nèi)部組件保持協(xié)作和協(xié)作的正常狀態(tài)，這種協(xié)同作用要求結(jié)構元件處于標準的承載能力極限條件下，它們不僅可以執(zhí)行一般工作，而且還具有整體耐久性。另外，建筑物結(jié)構的基礎和上部在承受載荷時，保持一個整體并分擔載荷。在磚混結(jié)構的建筑物中，為了保持協(xié)作，應利用結(jié)構柱和環(huán)梁的作用使結(jié)構保持一體，并共同承受力以防止建筑物的支撐結(jié)構發(fā)生變形。隨著多層建筑結(jié)構的數(shù)量持續(xù)增長，短柱現(xiàn)象越來越普遍，但是為了確保每個組件都可以具有良好的應力水平，應在夾心結(jié)構中最小化短柱，以有效提高同一平面的基本承載能力。
5.3合理的結(jié)構體系
較常見的結(jié)構體系包括許多方面，例如鋼結(jié)構、磚石結(jié)構、鋼筋混凝土結(jié)構等。其中最常見的是鋼筋混凝土結(jié)構，主要包括框架結(jié)構、剪力墻結(jié)構、管結(jié)構、剪力墻結(jié)構和框架芯管結(jié)構。在一定程度上，它直接受建筑功能、建筑高度、抗震設防強度、工地條件、經(jīng)濟條件、建筑條件、建筑材料和其他相關因素的影響。對科學和智能的結(jié)構系統(tǒng)進行有效解釋具有一定的難度，所以必須更加深入、詳細地思考才能清晰結(jié)構系統(tǒng)。
6結(jié)語
從以上討論可以明顯看出，在建筑結(jié)構設計中要確保結(jié)構設計計算結(jié)果的有效性和可靠性。另外，建筑物的實際建筑過程也應更加高效，以確保概念設計與結(jié)構設計充分互補并發(fā)揮應有的作用，從而使概念設計和結(jié)構措施協(xié)同工作，以構建更加科學、完整的建筑結(jié)構體系，達到節(jié)省建筑原材料的目標。
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作者:余詠紅 單位:廣東鴻宇建筑與工程設計顧問有限公司