董亚圣
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【摘要】在建筑中，凭单纯的计算设计是难以保证工程结构的抗震功能，因此，在结构设计中必须立足于概念设计。本文就建筑结构设计的概念设计定义、应用研究及发展进行了分析。
【关键词】建筑 结构设计 概念设计
一、概念设计的定义
结构设计分为理论设计和概念设计。理论设计是结构工程师在对结构进行计算模型的假设及受力状态假定的前提下，根据计算理论和规范对结构进行计算分析和设计；概念设计是指不经数值计算，尤其在一些难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，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。在建筑设计方案阶段，从总体出发，采用概念性近似计算方法，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较和选择。这种方法虽有一定误差，但概念清楚、定性准确、手算简单快捷，能很快选择出最佳方案，具有较好的经济、可靠性，同时也是施工图设计阶段判断计算机内力分析输出数据可书与否的主要依据。
二、概念设计的应用与研究
1.概念设计来完善计算理论的局限性。现在结构计算理论存在一些缺陷或不可计算性，按照现行的设计理论得到的结果只存在控制解，不存在精确的解。我们非常清楚知道结构计算分析一般分三步来进行的：①按照结构布置确定荷载；②选择合理的结构体系，确定计算模型，进行构件内力计算与组合；③选择控制截面，进行截面设计，验算构件、结构的强度、刚度、稳定性。经以上计算分析得到的结果都不是精确的解，只能是现有结构设计规范理论下的控制解。
2.辅助设计软件的应用。许多设计人员完全依赖计算程序的分析，而把结构设计的基本理论与概念设计的相关内容全部抛在一边。主要的原因是我国的大规模的基本建设和大量高层建筑的起步始于上个世纪八十年代中后期，当时，计算机技术已步入成熟期，我国的结构设计工程师还未亲身体验到结构分析尤其是对高层结构计算分析的极其繁重性，就不知不觉的从一次技术革新中解放出来，使我国的结构工程师们缺少必要的警觉，对采用人工计算和运用概念处理复杂的结构问题未给予足够的重视，就把计算分析的“控制解”当成了“精确解”。
3.结构方案设计阶段要更注重概念设计。凡是概念设计做得好的工程师，才能创造出富有创新及功能合理、造价低的优秀作品。在这个设计阶段是不能依靠计算机来完成的，只能依靠结构工程师掌握的概念理论去加以灵活运用来实现的。
三、结构概念设计的方法研究
1.实际全面的方法。在结构设计前，要对当地的实际情况进行全面的了解和分析，对所取用的设计条件必须符合当地实情，设计方案充分满足未来使用的实际需要。例如：认真考虑当地的气象条件、水文条件、地质条件；认真考察当地的民风、民俗、文化背景、已建的典型建筑；认真调查当地的资源、环保情况，体现就地取材，设备供应充足，施工技术可能等。更为重要的是在结构设计时，应掌握全面构思的原则。
2.空间工作的方法。进行结构设计应充分考虑建筑各结构部分的空问作用，实际建筑的各部分受力本身就是空间的作用，只是为了计算和分析的方便人为地把建筑物分成了平面来分析，在分析的时候作了一些假定和简化。这就要求在进行结构分析要有意识地利用一些空间的概念来考虑问题，就可以增大建筑结构的刚度，受力效能就会优越起来。在结构概念设计中一定要紧紧抓住刚度这条主线不放，就可以达到保证安全、经济可靠的理想境界。如：在砌体结构设计中，设置钢筋混凝土圈梁和构造柱，主要是加强结构构件的平面外的刚度；对一般的多高层建筑，随着建筑高度的不断地增加或抗风抗震级别的提高，结构体系由纯框架结构逐步演变为框架一剪力墙、剪力墙、筒体一框架、筒中简体系。
3.减轻结构自重的方法。减轻建筑物自重是结构设计人员永远追求的目标，也是结构概念设计的一条重要原则。减轻结构自重不仅是降低了竖向荷载，同时水平地震作用也成比例地减少，极大减轻了震害。对降低造价，加快施工速度，节约资源都有明显的改善。减轻结构自重应充分考虑采用高强材料、新型材料，如采用高强混凝土、高强钢筋、轻集料混凝土、合金材料等；考虑合理的结构布置，如选择合理柱网、减小外墙尺寸等；选择优越的结构体系和高效能的结构型式，如采用网架网壳体系、空间桁架、预应力结构等减少构件的截面。
4.受力合理、协同工作、变形统一的方法。受力合理就是要求结构构件受力均匀、传力简捷、明确，避免不明确的受力状态。从变形的角度来看，可利用结构的对称性、刚度的相对性、变形连续和协同性。
结语
打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力是相当必要的。结构工程师，要善于运用概念设计的基本原理，注重全面整体设计的构思、不断在实践中总结经验。在建筑结构设计中还应充分考虑地震的偶合作用，坚持“小震不坏，大震不倒”。
参考文献：
[1]张少博.建筑抗震概念设计的重要性[J].管理学家.2010;3（12）:125-130.
[2]郁彦.高层建筑结构概念设计[J].北京：中国铁道出版社.1999;5(10):245-246.