理工职称论文发表-结构工程师入门必备利器——概念设计
发布时间：2013-07-15
【摘 要】随着时间的推移，人民物质生活水平得到了飞速的前进和发展，建筑事业作为社会发展的基础型产业，其施工规模、投资力度以及技术水平都得到了显著的提高，在目前的建筑工程项目中，社会各方面因素对于建筑结构设计的影响也越来越显现，这就需要我们在工作中对于建筑结构设计中的概念设计进行深入的总结与研究，它的研究有助于我们在工作中合理科学的实现设计目标和设计宗旨。本文就建筑工程项目中的概念设计的重要性、应用与需要注意的问题进行了分析与总结。
近年来，我国国民经济的飞速发展带动了建筑产业的突飞猛进，也促使了建筑结构方面的快速进步与发展。就目前建筑事业而言，其对于建筑设计与建筑施工提出了新的标准与要求，而结构设计作为工程设计工作中必不可缺的一个环节，其对工程设计的成败、优劣起到重大的影响。因此优化结构设计，发展先进的计算理论，加强计算机应用与实际工程的紧密结合，使结构设计更加安全、经济，适用是结构设计的宗旨。做为结构设计的推动者和执行者，能否掌握概念设计是体现结构设计师水平的一项重要标准。
一、概念设计概述
1.概念设计的概念
概念设计就是建筑工程中，设计工程师根据相关的设计概念、设计标准、工作经验以及工程项目需要的特点和个性化要求分析，尤其是在一些难以做出精确理论分析或在规范中难以规定的问题，在不经数值计算的情况下，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，从而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。这种设计措施在建筑工程项目中是一项初期设计环节，是我们在建设之初就需要注重和关注的工作内容。通常情况下，在目前的建筑工程结构设计工作中，概念设计可以使方案拥有着概念清晰、定义明确以及手算简便的特点，因此在应用中具备了良好的经济性和可靠性。
2、概念设计的步骤
在建筑工程项目中，概念设计在工作中一般都可以将其分为分析、落实、评估三个步骤，这三个步骤是一个相互联系和相互贯穿的工作模式，也是确保设计标准能够无限度接近预计目标的关键。
3、概念设计的重要性
强调概念设计的重要，主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远。为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点，往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，认为结构设计就是“规范+计算”甚至于是“规范+一体化计算机结构设计程序”，这种想法是极其错误的。结构工程师只有加强结构概念的培养 ,才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。概念设计之所以重要 ,就在于在方案设计阶段 ,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念 ,选择效果最好、造价最低的结构方案 ,为此 ,需要工程师不断地丰富自己的结构概念 ,深入、深刻了解各类结构的性能 ,并能有意识地、灵活地运用它们。提倡概念设计，其实就是提倡人在设计过程中的主导、指挥、调控作用。
二、 概念设计在建筑结构设计中的应用
1、基础设计中概念设计的应用
根据建筑的结构形式和地形特点，结构设计人员要根据概念设计的原则选择使用合适的基础形式。当遇到地基土质较软的情况时，结构设计人员一定要考虑到运用人工的方法增强地基的承载能力。建筑工程人员可以采用桩基结构，用预制的钢筋混凝土土桩、混凝土灌注桩和钢管桩，将荷载直接传到地基下部坚实的持力层。在运用箱型基础时，建筑物的荷载力能够均匀地传给地基，抵抗地基的不均匀沉降，和周围的土体共同协作，增强建筑物的抗震和抗风能力。建筑物的上部结构荷载较大，地基的承载力较低时，可采用筏形基础，这种结构可以有效分散建筑物上部的荷载力，增加地基的承载力，防止地基产生不均匀沉降。
2、平面布局设计中概念设计的应用
在建筑物选择平面结构时，应该选用抗侧力体系更好的结构设计。设计时，运用概念设计综合分析所建建筑物周围的建筑物，了解分析周围建筑物对所建建筑物风压布局的影响，要考虑建筑物的结构设计能增强建筑物的抗风能力和抗震能力。因此在平面设计时，建筑结构的选择以合理、尽可能规则对称为原则，因为布局合理的结构会降低扭转力，使非结构构件保持稳定的工作状态并降低材料的耗用。通常建筑结构的对称是以抗侧力结构主体为对称，如：剪力墙结构等。此外，建筑内结构的对称的实现需通过建筑平面工程按规定进行布置。实现结构对称的方法有：调整结构侧心、建筑物质心、平面形心的距离。通过对这三种方法的调整，使他们尽可能靠近，达到结构的对称。考虑到风所带来一定的影响，可以根据具体情况，适当放宽平面的结构布置。
3、剖面布局设计中概念设计的应用
在建筑工程人员进行建筑的剖面设计时，要做好竖向的传力体系设计，控制好建筑物的高度比，使高层建筑物的抗侧力结构刚度由基础向建筑物的顶层逐渐过渡，避免出现建筑物竖向上刚度出现突变而消弱高层建筑物水平荷载能力的现象。根据概念设计的原则，在设计中合理的布置竖向刚度，这样能使结构的基本自震周期加长，从而降低地震带来的灾害。同时，采用合理的建筑刚度不仅可以减少消耗的建筑材料的数量，还可降低结构对空间的占用率，提高整个建筑平面的利用率。当建筑物竖向的刚度变化特别大时或在高层建筑物的结构布局发生变化时，要设置结构的转换层，以确保高层建筑的稳定性。
三、 概念设计需注意的关键点
1、合理选择结构方案。
概念设计的目的是力求设计方案的经济、合理、适用。要选择一个切实可靠的结构形式和结构体系，就必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，并与施工方、业主方等进行充分的协商，在此基础上进行结构选型，确定最优结构方案。概念设计在工程设计一开始就应把握好场地选择、能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等几个方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节。
2、恰当选用计算简图
结构计算是在计算简图的基础上进行的，即对作用的荷载与构件的约束状态进行一定的简化，使其接近实际状态，如果计算简图选用不当会导致结构安全事故的发生，这是保证结构安全的先要条件。设计师要从实际出发选择合理的计算简图，并且计算简图还有要相应的构造措施来保证。此外设计师还要注意到在实际结构中节点不可能是纯粹的刚接或铰接点，计算简图的误差应在设计允许的范围内。
3、正确看待计算机的计算结果
现在结构设计中有许多软件可以供结构设计人员选择，但不同软件往往会导致不同的计算结果。所以，设计人员在进行结构计算前，先要全面了解该程序软件的适用范围和技术条件，使用时要避免操作失误，且对电算的结果再用概念设计进行科学分析，以做出正确的合理判断。有时电算的明显错误可以一眼就发现，但很多时候电算的偏差只能用概念设计来复核才可以判断出来。
四、概念设计在发展中所遇问题浅谈
概念设计的思想已经被越来越多的结构工程师所接受，并在结构设计中发挥越来越大的作用。然而现在的高校教学中，往往只注重单独构件计算和孤立的分体系的力学概念讲解。在专业课教学中，单项练习居多，综合练习偏少，在考题中体现尤其严重，这种状况使得相当部分的年轻人养成了固定的套用公式解题的习惯。近几年来计算机的普及及加强，毕业设计用结构设计软件计算、出图。但由于计算机设计过程的屏蔽，年轻人手算能力下降，造成对计算软件的一定依赖性，导致综合运用能力下降，整体结构体系概念模糊，这对于具有创造力的未来的工程师是相当不利的。因此，应当通过加强手算能力，拓展思维，强化整体思维进行结构设计，激发年轻学生对所学知识的发散应用，其结构概念随着经验与实践的增长而不断丰富，其设计成果才会更具创新性与完美性。
五、 结语
建筑结构设计的发展是必然的，作为一种新的设计理念，概念设计必然有自己的发展空间，它不但可以更好的激发设计的灵感，更可以不断的做到建筑设计的创新，满足建筑行业更高的需求，顺应了建筑发展的趋势。
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