关于建筑结构设计中的概念设计以及结构措施的分析

建筑结构设计作为建筑设计中重要组成部分，其对于建筑的承载性能、安全质量、造价水平以及美观效果等都有着重要的影响。在建筑结构设计中，概念设计以及结构措施可以说是结构设计的根本所在，同时也在一定程度上反映了结构工程师的设计水平。本文主要从概念设计的重要性分析、协通工作与结构体系以及协同工作与材料利用三个方面对概念设计以及结构措施展开综合性的探讨。


建筑设计作为建筑工程从最初的设想迈向实体建造的第一步，其设计的质量对于工程的建设的科学性、合理性有着重要的指导意义。随着人们居住理念的提高以及建筑工程科技的不断进步，建筑结构正在呈现出需求多样性以及发展多元化的趋势，这也为结构设计带来了一定程度的困难性。为了保障建筑工程事业的稳定发展，我们有必要对其结构设计展开详细的分析与论述。
一、结构设计中概念设计的重要性
在结构设计的过程中，结构工程师主要的任务就是在特定的建筑空间内运用整体的概念来完成结构总体方案的设计，可以说概念设计是结构设计的主题思想，同时也是展现先进设计思想的根本所在。通常情况下，人们一般认为结构工程师随着他们从事相关工作年限的增加，其概念设计成果的创新以及完善将会处理得越来越好，但是这种假设往往是建立在不受外部条件制约的情况下才会出现的规律。在实际的操作过程中，随着社会分工的明细化，大部分的结构工程师由于概念设计缺乏创新或者是专业知识上的陈旧，在设计实施的过程中往往越来越依赖于设计规范、设计手册或者是模仿性的创新，而对于自主创新或者是突破性的创新往往不敢尝试，甚至有的还会对建筑新技术以及新工艺采取抵触的情绪。此外，在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天，结构工程师对计算机设计处理结果明显不合理、存在的错误不能及时的发觉或者是过分信赖。致使他们在学习期间那些孤立的设计信念逐渐丢失，因此在创新上难以有突破性的进展。
我们强调概念设计的重要，最主要的原因还是在于结构设计理论与计算理论存在诸多的缺陷和不可计算性。比如说对混凝土结构设计中，内力计算是通过弹性理论的计算方法，而截面设计是基于塑性理论的极限状态设计方法。这一矛盾使得计算的结果与设计的结构受力状态差的太远，为了弥补计算理论或者是计算方法使计算结果与实际需求存在的差距，我们有必要使用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结构工作性能的误解，结构工程师只有加强结构概念的培养，才能更加真实、客观地理解结构的工作性能。从另一方面来看，概念设计的重要性主要体现在其方案的初步设计阶段，毕竟初步设计阶段是完全依靠结构工程师运用自身的专业知识、然后再通过优化、组合最终完成的，结构工程师只有加强结构概念的学习与培养，才能将他们灵活、科学的实施到设计工作中。
二、协同工作在结构体系中的运用
协同工作的概念最早广泛应用于工业产品的设计与制造过程中，毕竟对我们所生产的每一个产品，我们都不希望在它还没有完成制造的目的之前，其寿命终结或者是零部件损坏。在建筑工程结构设计中，协同工作的概念就是要求结构内部的各个构件相互配合，共同协作。这不仅仅是要求结构的内部构件在极限承载受力时共同工作，还需要他们在承受极限载荷时拥有共同的使用寿命。
首先，结构的协同工作主要表现在基础与上部结构的关系上，我们在设计中必须将基础与上部结构作为一个整体来对待，不能将两者在理念和实际操作中进行明确的划分。举一个比较简单的例子，在建筑工程的砖混结构中，必须依靠圈梁或者是构造柱上部结构与地基基础连接成为一个整体，从而使建筑工程的稳固性达到最佳。而不是单纯依靠地基本身的综合质量效果来抵御不均匀的下沉或者是保障建筑的整体稳固性。
其次，协同作业的理解还体现在，当整个结构受力时，结构中的各个构建能同时达到较高的应力水平，尤其是在在多高层结构设计中，应尽量避免短柱或者是层次间横梁结构不同的现象出现，以免各受力结构部件不处于同一受力水平位置上。但是随着建筑物高度与层数的加大，巨大的竖向和水平载荷会使建筑底部层次间承受的自重力越来越大，从而使建筑底层出现越来越多的短柱，为了有效的避免短柱的出现，对于大截面柱，我们可以通过在柱截面开竖槽的方法使矩形柱变成田形柱，从而增加基柱的长细比，避免短柱的大量出现占据建筑工程的内部空间现象发生。此外长短梁在同一框架中并存，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、负弯矩也很大，其配筋全部由水平力决定，竖向在载荷力根本起不到作用，这往往会导致梁端的正弯矩钢筋出现超筋的现象，这种设计是不符合协同工作原则的，同时，结构的造价也会上升。
因此，在多高层设计的过程中，应该加大梁或者是楼层的刚度，使柱能承受较大的整体弯矩，同时，在水平方向上我们应当保证“惯性矩”应该相等，以防止一个方向上的强度贮备过大，一个方向强度储备过小的现象出现，因此抗侧力结构应该对称布置在四周。同时，在高层建筑中尽管角柱的轴压比较小，但是在抗扭过程中的作用却是很大，同时在水平力的作用下，角柱轴力的变化幅度也很大，这就要求角柱具有较大的变形能力。一般采取的措施就是在设计中加大角柱的承载力和变形能力。比如说加大配箍、采用密排箍筋柱、钢管混凝土柱等等。
最后，协同工作与材料利用率。协同工作设计的另一目的，还在于对材料的充分利用上。一般来讲在建筑工程结构中，材料的利用率越高，该结构的协同工作程度就越高。当然从结构优化的方向上来看，结构性能最好的方案不一定是材料利用率最高的方案，但是这与在设计中尽可能的提高材料的利用率是不相冲突的。我国作为发展中的人口大国，在建筑结构设计中实施节能策略，对于保障资源的合理利用以及可持续发展战略的实施有着重要的作用，因此花比较少的钱，建立最科学的建筑是我们结构设计中的重要发展方向。这种规律从梁类构建的演变中就可以看得出来，矩形截面梁作为最普通的受弯构件，它的材料利用率很低。这主要体现在以下两点：一方面，靠近中和轴的材料盈利水平比较低。另一方面，梁的弯矩沿梁长一般是变化的，这对于等截面梁来说，绝大部分的区段，即使是拉压边缘的应力水平，也比较低。针对梁的这种特点，用结构概念进行分析，主要是梁截面存在应力梯度变化，只有当材料是轴心受力时，材料利用率才可能增大。所以目前在结构设计中一般将平面桁架作为最主要的梁体来使用，平面桁架也可以理解成“掏空的梁”，它是将梁中的多余边料、角料都去除，既经济，又实惠，同时自身的重量也有很大程度的降低。
总结：关于建筑结构设计中的概念设计以及结构措施本文主要从以上几个方面进行简单的论述，具体的内容可能因为探讨的出发点不同或者是考虑问题的角度不同而存在一定的差异，但是只要我们用比较科学的观点和方法来对结构设计进行探讨，就能取得一定的成效。在此，也希望大家给出更多、更科学的建议，同时也希望更多的相关行业从业人士参与到这项工作的探讨中来，为保障建筑工程的大力发展提供明确的理论指导。