房屋建筑结构设计中概念和应对措施

【摘要】本文主要是对概念设计存在的重要性做出了阐述，提出了建筑结构在设计时应该遵循的基本原则，对房屋建筑结构提出了措施建议。
【关键词】概念；设计；建筑结构；设计原则；措施建议；
随着社会经济的繁荣，城市建筑业的蓬勃发展,各类功能、造型的建筑在城市中已经遍地开花。在大量的建筑群涌现的情况下人们对建筑的功能、造型以及施工有了更高的要求。从而促使结构工程师对建筑工程结构设计的合理性、安全性也需要进一步的思考，这就需要结构设计工程师在建筑设计初期提出完善的设计概念，遵循设计基本原则，借鉴一些先进的技术，使房屋建筑结构设计更安全、可靠。

一、概念设计存在的重要性

概念设计是一个优先于建筑工程的初步设计，它所需要达到的目标就是在总体方案的设计阶段使建筑物的功能优越、造型美观、技术先进。结构概念设计的重要性主要体现在力学概念、材料性能、结构体系以及建造技术的娴熟运用，同时还要有审美的眼光、工程的意识和丰富的实践经验。要做好结构概念设计的重要条件就是透彻理解建筑意图、使用功能及相应的地区规划和自然环境，掌握结构受力的规律和真实情况，运用正确的概念指导工作，把握重点，突破对问题的狭隘经验所产生的障碍和束缚，才能避免在设计中发生原则性的错误。这就需要建筑结构工程师经过不断的学习和总结设计经验，在工作中勤于思考，及时了解学习设计成果和技术资料，深入实践了解施工现场，以探索结构的真实工作情况。从而做到建筑空间和形式与结构体系和材料、建造方法和效益之间的协调一致。

二、建筑结构设计的基本原则

1、刚柔并济的设计原则

结构的塑性变形可以消耗地震能量，具有延性的结构变形可以有效地抵抗地震，而结构的变形能力不足又是结构破坏和倒塌的重要原因。这就要求建筑结构的合理体系一定要遵循刚柔并济的原则。这是因为在设计中结构刚度太大，在地震力作用下结构吸收的地震作用也会增大，结构的变形协调能力就较差、结构的延性差从而导致结构的脆性破坏，这样就违背了抗震设防的基本原则。相反，如果结构刚度过小，虽然减少了地震作用效应，但结构变形的增大也同样会导致结构破坏使得建筑物无法正常使用。所以在结构选型及布置上我们要做到刚度、质量分布比较均匀，不出现平面布置不规则、严重的凹凸以及竖向构件刚度突变而导致的传力途径突变。这就有效地避免了由于忽视以上问题而导致结构的薄弱部位将产生过大的应力集中或过大的变形，容易导致结构过早地倒塌。因此结构构建的合理布置的，有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌，使地震作用能在各子结构之间重分布，增加结构的赘余度数量，发挥整个结构耗散地震能量的作用。而并非结构梁、柱及抗震墙越多就越好，钢筋配越足就越结实。

2、多道设防的设计原则

多道设防就是在同一工程中,通过控制各次要部件和主体结构在地震中破坏的顺序来达到抗震防御目标的一种抗震概念设计原则。一个良好的抗震结构体系应该由若干个延性较好的结构构件连接起来协同工作

摘自：本科毕业论文答辩www.udooo.com

。例如框架-抗震墙结构是由延性较好的框架和剪力墙两个抵抗体系组成；剪力墙结构是由若干个单肢、双肢甚至多肢墙系组成。抗震结构体系应有最大可能数量的赘余度，并且有意识的建立起一系列分布的屈服区，使结构能吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。在实际的地震中，能造成建筑物破坏的强震持续时间少则几秒，多则几十秒甚至更长时间。在这样长的时间内，多次的地震脉冲对建筑屋产生多次往复式冲击，如果建筑物只有一道抗震设防线，该设防一旦破坏，接踵而来的地震波就会促使整个建筑的垮塌。特别是建筑屋的自振周期与地震波周期相近时会使建筑物发生共振，从而加速其倒塌进程。而建筑物采用了多道抗侧力体系时就不至于在强地震力作用下这些构件全部破坏从而使建筑物免于倒塌。在我国08年发生的汶川大地震中，各种建筑的破坏形态更为有力地证明了这一点。所以建筑结构工程师一定要在设计的初期就对房屋建筑的整体概念上加入多层设防的设计理念，以确保结构安全可靠，保证人民生命财产。

3、强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件的设计原则

“强柱弱梁”就是柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全---可能会整体倒塌，后果严重，因此要保证柱子更“相对”安全。强柱弱梁是保证框架结构的延性，如果塑性铰过早出现在柱中，对结构破坏是很大的，所以设计成强柱弱梁，让塑性铰首先出现在框梁中，这样结构就具有了较好的变形的能力，延性变强。
“强剪弱弯”是指构件的抗剪能力应好于抗弯能力。“弯曲破坏”是延性破坏，是有预兆的，如开裂或挠度较大等；而“剪切破坏”是一种脆性破坏，没有预兆的，瞬时发生，没有防范，所以我们要避免结构构件发生剪切破坏，保证弯曲破坏之前不发生剪切破坏，充分发挥塑性铰的能力。
“强节点弱构件”是指节点的承载力应高于连接构件，因为节点不但承担了构件之间的连接而且是构件传力的重要环节，因此节点失效意味着与之相连的梁与柱都失效。对于节点重要性的认识，在各个规范及标准图集中都有明确的要求和深刻的体现，我们在应用时须认真体会。
仔细分析以上三点设计原则，它们共同的特点就在于保证结构的具有良好的延性，方能减少地震作用所带来的破坏。

4、以人为本的设计原则

无论是哪种建筑物都是为了满足于人们的精神和物质需求，怎么写作于人类。近年来经济的发展使得人们对居住环境要求也越来越高。人们的居住、生活都愈想回归自然，享受到健康的自然环境，所以现在越来越多的建筑设计时就提出了生态环保型设计概念，主要原因是生态环保是可持续性发展。利用建筑周边的自然条件结合先进的环保设施共同筑建环保居住环境，充分展现人与自然的和谐。

三、房屋建筑结构概念设计的措施建议

1、在建筑方案前期做好宏观掌控

要将一个优秀的建筑作品去实现就需要结构设计者在建筑方案前期做好结构选型，比较不同结构形式的优越性，权衡其利弊确定合理的结构形式（主要包括楼屋盖形式，承重结构形式以及基础结构形式）；选用新型建筑材料提高结构强度，减轻结构自重从而使建筑安全耐用、功能优越、造型美观、合理经济；考虑关键部位的构造措施以及合理的建议先进的施工技术。

2、在编制设计文件阶段做好技术把关，控制各个设计环节

设计文件的编制阶段是概念设计深度的集中体现。所以在编制设计文件时应严格遵循规范的要求，深刻理解规范的编制意图而不拘泥于规范条文，灵活应用。并且多学习已有建筑的设计思想，广集思路，多了解实际施工状况使的设计者的意图更好地被体现，以做到理论与实践的完美结合。选择合适的计算软件及合理的力学计算模型，以确保模型的真实性及计算结果的正确性。正确地借助现代化科技成果及科研结果来做好结构设计，而不依赖于计算软件；正确地判断计算结果，做好构造要求及各个部位构件及节点的设计，满足结构安全性能以及建筑使用功能要求。
四、总结
随着各种建筑物的功能需求的不断提高，这就需要建筑结构设计工程师不断巩固理论基础，更新思想，以及创新性的设计概念。房屋建筑结构设计是实现、美化建筑思想的重要环节，它会影响到建筑物的安全性、可靠性。所以只有合理的建筑结构形式以及正确的计算方法，依靠材料和结构的发展，才能容文化于建筑之中，促使建筑的繁荣。
参考文献：
《建筑结构概念设计及案例》 罗福午著，清华大学出版社，2003-12
《高层建筑结构概念设计》 郁 彦著，中国铁道出版社，1999-07
[3]《高层建筑钢筋混凝土结构概念设计》 方鄂华著，机械工业出版社，2007-07
[4]《建筑抗震设计规范》GB5011-2010 国家标准