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摘要：本文分析了概念设计的概念，概念设计在结构设计工作中的重要性，概念设计中需要注意的问题，针对目前建筑结构设计当中墨守成规的现象，提倡采用概念设计思想来促进结构工程师的创造性，推动结构设计的发展。
关键词：建筑结构；概念设计；工程师
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
概念设计时反映事物本质属性的思维形式，反映客观事物本质的特征，是人们在实践基础上经过感性认识上升到理性认识而形成的。人们目前在具体的空间结构体系整体研究上还有一定的局限性，在设计过程中采用了许多简化和假设。因而，这就要求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，将概念设计应用到实际工作中去，打破建筑结构设计中墨守成规的现象，充分发挥结构设计工程师的创新能力。随着社会经济的发展和人们生活水平的日益提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求，概念设计的思想被越来越多的结构设计工程师所接受，并将在结构设计中发挥越来越大的作用[1]。
1 概念设计的定义
概念设计是指不经数值计算，尤其是在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念设计方法，可以在建筑设计的方案阶段就迅速有效地对结构体系进行构思、比较和选择。从而使方案概念清晰和定性正确，避免在后期设计阶段出现一些不必要的繁琐运算。具有良好的可靠性和经济性。同时，也是判断计算机内分析输出数据可靠与否的主要依据。对于实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，可以运用优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的，弥补现行结构设计理论与计算理论之间存在的某些缺陷或不可计算性。而结构设计者的阅历、学历、胆识，包括对力学、工程结构等方面的直观概念与深层机理概念是工程实践中合理的运用概念设计的关键[2]。
2 概念设计在结构设计工作中的重要性
在不断的结构设计研究与实践中，人们积累了大量有益的经验，并体现在设计规范、设计手册、标准图集等等。随着计算机技术和计算方法的发展，计算机及其结构程序在结构工程中得到大量地应用，每个设计单位都在为彻底甩掉图板而努力。结果给部分结构工程师造成一种错觉，觉得结构设计很简单，只需遵循规范、手册、图集，等待建筑师给出一个空间形成的方案，使用计算机，然后设法去完成它，自己只不过是一个东拼西凑的计算机画图匠而已。这不仅不能有效地运用他们的精力和时间，而且还会在与建筑师的交流中产生矛盾。
运用概念设计的思想，也使得结构设计的思路得到了拓宽，传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力，以至于混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果深基础、肥梁、肥柱处处可见。以抗震设计为例。但是我们知道，结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。目前在抗震设计中，隔震消能的研究是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在主体与基础之间设柔性隔震层；加设消能支撑；有的在建筑物顶部装一个反摆，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应[3]。
3 概念设计中需要注意的问题
3.1 结构设计的经济合理
概念设计的目的是力求设计方案适用、经济、合理，因此，概念设计必须选择一个经济合理的，且切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应该明确总体布置、抗震细部、应受力等方面，同一结构单元不宜混用不同结构体系，力求平面和竖向规则。总之，必须对建筑师设计要求、结构特点、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，并与施工方面、业主等方面充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时还应进行多方案比较，择优选用。
3.2 正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术，但由于软件种类繁多，不同的软件存在很大差异性，往往导致计算结果不相同。因而，设计师要对程序的适用范围、技术条件等全面了解。由于软件本身的缺陷可能会导致错误的计算结果，因而，设计师要充分认识到计算参数的重要性，要凭着自己过硬的专业知识、丰富的经验，在拿到电算结果时认真分析，正确输入合理的计算参数，慎重校核，做出合理判断[4]。
3.3 选用恰当的计算简图
计算简图是进行结构计算的基础，如果计算简图选用不当会导致结构安全事故的发生，因此选择恰当的计算简图是保证结构安全的重要条件，设计师要从实际出发选择合理的计算简图，设计师还要注意到咋实际结构中节点不可能是纯粹的刚结或铰结点，计算简图的误差应在设计允许范围之内。
3.4 协同工作与结构体系
协同工作的概念广泛存在于工业产品的设计和制造中，对于任一个工业产品，我们不希望其在远未达到其设计寿命时，某些部件出现破坏情况。对于建筑结构，协同工作的概念既是要求结构内部的各个构件相互配合，共同工作。这不仅要求结构件在承载能力极限状态能共同受力、协同工作，同時达到极限状态，还要求他们能有共同的耐久寿命。结构的协同工作表现在基础与上部结构的关系上，必须视上部结构与基础为一个有机整体，不能把两者割裂开来处理。
对协同工作的理解，还在于当结构受力时，结构中的各个构件能同时达到较高的应力水平。在多高层结构设计时，应尽可能避免短柱，其主要目的是使同层各柱在相同的水平位移时，能同时达到最大承载能力，但随着建筑物的高度与层数的加大，巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大，从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱，为了避免这种现象的出现，对于大截面柱，可以通过对柱截面开竖槽，使矩形柱成为田型柱，从而增大长细比，避免短柱的出现，这样就能使同层的抗侧力结构在相近的水平位移下，达到最大的水平承载力；而对于梁的跨高比的限制，一般还没有充分认识到。实际上与长短柱混杂的效果一样，长短梁在同一框架并存，也是极为不利的，短跨梁在水平力的作用下，剪力很大，梁端正负弯矩很大，其配筋全部由水平力决定，竖向荷载基本不起作用，甚至于梁端正弯矩钢筋也会出现短筋现象，同时，由于梁的剪力增大，也会使支承柱的轴力大幅增大，这种设计是不符合协同工作原则的，同时，结构的造价也上升了。多层结构设计的主要目的是为了抵抗水平力的作用，防止扭转，为有效的抵抗水平力作用，平面上两个正交方向的尺寸应尽量接近，目的是保证这两个方向上的惯性矩相等，以防止一个方向强度储备太大，而另一个方向较弱。因此，抗侧力结构应设置在四周，以增大整体的抗侧刚度及抗扭惯性矩，同时，应加大梁或楼层的刚度，使柱能承担较大的整体弯矩，这就是转换层的概念。
4 结语
随着各项建筑理论的日益丰富，发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻型、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。推广概念设计思想是一种有效的方法，概念设计也必然会成为今后结构设计的主流思想。
参考文献
[1]中国建筑工业出版社编. 建筑结构设计规范[M]. 中国建筑工业出版社.2008
[2]李章政. 建筑结构设计原理[M]. 化学工业出版社. 2009
[3]徐正加. 浅析概念设计建筑结构设计中的意义及应用[J]. 大众商务，2010(10)
[4]左咏梅，李俊玲，高洪俊. 多高层建筑结构的概念设计应用于分析[J]. 煤炭工程，2009，(12)
关键词：建筑结构；概念设计；工程师
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
概念设计时反映事物本质属性的思维形式，反映客观事物本质的特征，是人们在实践基础上经过感性认识上升到理性认识而形成的。人们目前在具体的空间结构体系整体研究上还有一定的局限性，在设计过程中采用了许多简化和假设。因而，这就要求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，将概念设计应用到实际工作中去，打破建筑结构设计中墨守成规的现象，充分发挥结构设计工程师的创新能力。随着社会经济的发展和人们生活水平的日益提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求，概念设计的思想被越来越多的结构设计工程师所接受，并将在结构设计中发挥越来越大的作用[1]。
1 概念设计的定义
概念设计是指不经数值计算，尤其是在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念设计方法，可以在建筑设计的方案阶段就迅速有效地对结构体系进行构思、比较和选择。从而使方案概念清晰和定性正确，避免在后期设计阶段出现一些不必要的繁琐运算。具有良好的可靠性和经济性。同时，也是判断计算机内分析输出数据可靠与否的主要依据。对于实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，可以运用优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的，弥补现行结构设计理论与计算理论之间存在的某些缺陷或不可计算性。而结构设计者的阅历、学历、胆识，包括对力学、工程结构等方面的直观概念与深层机理概念是工程实践中合理的运用概念设计的关键[2]。
2 概念设计在结构设计工作中的重要性
在不断的结构设计研究与实践中，人们积累了大量有益的经验，并体现在设计规范、设计手册、标准图集等等。随着计算机技术和计算方法的发展，计算机及其结构程序在结构工程中得到大量地应用，每个设计单位都在为彻底甩掉图板而努力。结果给部分结构工程师造成一种错觉，觉得结构设计很简单，只需遵循规范、手册、图集，等待建筑师给出一个空间形成的方案，使用计算机，然后设法去完成它，自己只不过是一个东拼西凑的计算机画图匠而已。这不仅不能有效地运用他们的精力和时间，而且还会在与建筑师的交流中产生矛盾。
运用概念设计的思想，也使得结构设计的思路得到了拓宽，传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力，以至于混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果深基础、肥梁、肥柱处处可见。以抗震设计为例。但是我们知道，结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。目前在抗震设计中，隔震消能的研究是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在主体与基础之间设柔性隔震层；加设消能支撑；有的在建筑物顶部装一个反摆，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应[3]。
3 概念设计中需要注意的问题
3.1 结构设计的经济合理
概念设计的目的是力求设计方案适用、经济、合理，因此，概念设计必须选择一个经济合理的，且切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应该明确总体布置、抗震细部、应受力等方面，同一结构单元不宜混用不同结构体系，力求平面和竖向规则。总之，必须对建筑师设计要求、结构特点、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，并与施工方面、业主等方面充分协商，在此基础上进行结构选型，确定结构方案，必要时还应进行多方案比较，择优选用。
3.2 正确分析计算结果
在结构设计中普遍采用计算机技术，但由于软件种类繁多，不同的软件存在很大差异性，往往导致计算结果不相同。因而，设计师要对程序的适用范围、技术条件等全面了解。由于软件本身的缺陷可能会导致错误的计算结果，因而，设计师要充分认识到计算参数的重要性，要凭着自己过硬的专业知识、丰富的经验，在拿到电算结果时认真分析，正确输入合理的计算参数，慎重校核，做出合理判断[4]。
3.3 选用恰当的计算简图
计算简图是进行结构计算的基础，如果计算简图选用不当会导致结构安全事故的发生，因此选择恰当的计算简图是保证结构安全的重要条件，设计师要从实际出发选择合理的计算简图，设计师还要注意到咋实际结构中节点不可能是纯粹的刚结或铰结点，计算简图的误差应在设计允许范围之内。
3.4 协同工作与结构体系
协同工作的概念广泛存在于工业产品的设计和制造中，对于任一个工业产品，我们不希望其在远未达到其设计寿命时，某些部件出现破坏情况。对于建筑结构，协同工作的概念既是要求结构内部的各个构件相互配合，共同工作。这不仅要求结构件在承载能力极限状态能共同受力、协同工作，同時达到极限状态，还要求他们能有共同的耐久寿命。结构的协同工作表现在基础与上部结构的关系上，必须视上部结构与基础为一个有机整体，不能把两者割裂开来处理。
对协同工作的理解，还在于当结构受力时，结构中的各个构件能同时达到较高的应力水平。在多高层结构设计时，应尽可能避免短柱，其主要目的是使同层各柱在相同的水平位移时，能同时达到最大承载能力，但随着建筑物的高度与层数的加大，巨大的竖向和水平荷载使底层柱截面越来越大，从而造成高层建筑的底部数层出现大量短柱，为了避免这种现象的出现，对于大截面柱，可以通过对柱截面开竖槽，使矩形柱成为田型柱，从而增大长细比，避免短柱的出现，这样就能使同层的抗侧力结构在相近的水平位移下，达到最大的水平承载力；而对于梁的跨高比的限制，一般还没有充分认识到。实际上与长短柱混杂的效果一样，长短梁在同一框架并存，也是极为不利的，短跨梁在水平力的作用下，剪力很大，梁端正负弯矩很大，其配筋全部由水平力决定，竖向荷载基本不起作用，甚至于梁端正弯矩钢筋也会出现短筋现象，同时，由于梁的剪力增大，也会使支承柱的轴力大幅增大，这种设计是不符合协同工作原则的，同时，结构的造价也上升了。多层结构设计的主要目的是为了抵抗水平力的作用，防止扭转，为有效的抵抗水平力作用，平面上两个正交方向的尺寸应尽量接近，目的是保证这两个方向上的惯性矩相等，以防止一个方向强度储备太大，而另一个方向较弱。因此，抗侧力结构应设置在四周，以增大整体的抗侧刚度及抗扭惯性矩，同时，应加大梁或楼层的刚度，使柱能承担较大的整体弯矩，这就是转换层的概念。
4 结语
随着各项建筑理论的日益丰富，发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻型、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。推广概念设计思想是一种有效的方法，概念设计也必然会成为今后结构设计的主流思想。
参考文献
[1]中国建筑工业出版社编. 建筑结构设计规范[M]. 中国建筑工业出版社.2008
[2]李章政. 建筑结构设计原理[M]. 化学工业出版社. 2009
[3]徐正加. 浅析概念设计建筑结构设计中的意义及应用[J]. 大众商务，2010(10)
[4]左咏梅，李俊玲，高洪俊. 多高层建筑结构的概念设计应用于分析[J]. 煤炭工程，2009，(12)