建筑结构设计中的概念设计及其应用案例分析

一、引言

建筑结构设计直接关联建筑物质量、安全与寿命。传统设计侧重数值计算与规范遵循，但建筑形式日益复杂，仅靠数值计算难以满足需求。概念设计从整体宏观出发，运用结构概念与工程经验设计，弥补数值计算局限，提升设计效率与质量，契合实际受力与功能要求，研究其应用极具现实意义。

二、建筑结构设计中概念设计的内涵

概念设计在建筑结构设计时，依据整体结构与分体系力学关系、破坏机理、震害经验、试验现象及工程经验，获取设计原则与思想。借此分析结构和计算结果，考量实际受力与计算假设差异，开展结构与构造设计，保障建筑受力合理、安全、协调。

其涵盖结构体系选择、布局、构件连接及非结构构件处理等多方面，贯穿设计全程。从方案阶段结构选型，到初步设计结构布置，再到施工图设计构造措施，均需概念设计指导。与传统设计相比，它更注重把握结构本质，发挥设计师主观判断与创造性思维，实现建筑结构优化。

三、建筑结构设计中概念设计的原则

3.1 合理选择结构方案

选定适宜的结构形式与体系是设计成功及经济合理的核心。选择时，结构体系应受力明确、传力简捷，同一结构单元避免混用不同体系，以防受力复杂影响安全稳定。同时，要综合分析工程设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等，与其他专业协同，确定最优方案。如地震多发区优先选抗震好的框架 - 剪力墙、剪力墙结构；大跨度建筑可考虑网架、悬索等空间结构体系。

3.2 精选计算简图

结构计算基于计算简图，其准确性关乎建筑结构安全。计算简图需反映结构实际受力与变形特点，且与构造措施协调。确定时要合理简化结构，但防止过度简化致计算结果与实际偏差大。例如框架结构计算，需考虑梁柱节点刚性连接、构件轴向变形及空间受力特性，保证计算简图准确。

3.3 正确分析计算结果

当前建筑结构设计软件多样，因计算原理与技术条件不同，结果可能有别。设计师要深入了解程序原理与技术，对软件计算结果仔细分析、慎重校核，结合概念设计思想验证合理性。当构件内力过大或变形异常时，从结构整体受力与概念设计角度剖析原因，判断是否因计算模型或结构布置问题导致，及时改进。

四、建筑结构设计中概念设计的应用

4.1 拓宽设计思路

传统建筑结构设计常聚焦提高结构抗力 R，致使混凝土等级与配筋量增加，造价攀升。以抗震设计为例，传统方法依初定尺寸和混凝土等级算结构刚度，再得地震力与配筋量，虽增刚度却强化地震作用效果。

应用概念设计后，设计师思路拓宽。抗震设计不再仅靠加固建筑，而是采用科学结构形式减小地震作用效应 S 。如设合理结构缝划分抗震单元，避免地震扭转；采用耗能减震技术，设阻尼器消耗地震能量，降低结构响应。概念设计助力设计师突破传统思维，优化设计方案，事半功倍。

4.2 应用于建筑抗震结构设计

4.2.1 合理的基础设计

基础设计要合理，同一结构单元避免处于性质差异大的地基，不采用不同基础形式。要挖掘地基潜力，若地基不稳，采取换填法、深层搅拌法等措施增强稳定性。选择基础形式时，综合地质条件、建筑类型与荷载等因素，优先选整体性好、抗震强的筏板基础、箱形基础等。

4.2.2 建筑物体型优化

建筑体型应简单、规则、对称，质量和刚度均匀变化，减少地震变形、应力集中与扭转反应。不规则体型地震时易扭转，使结构局部应力过大，增加破坏风险。平面设计避免凹角、狭长缩颈与偏心楼电梯间；竖向设计避免外挑内收过多过急，保证刚度渐变，防止变形集中。

4.2.3 合理选择结构体系

选择合理结构体系，抗侧力构件力求均匀对称，设置多道抗震防线，避免薄弱部位，使结构受力与传力明确简捷。不同结构体系抗震性能不同，依建筑高度、抗震设防烈度、场地条件等综合分析选择。框架结构空间灵活但抗震弱；框架 - 剪力墙结构兼具二者优点，抗震较好；剪力墙与筒体结构空间整体性好、刚度大，震害小。设计中可通过强柱弱梁等方式设置

多道防线，提升结构抗震能力。

4.2.4 确保构件连接可靠

构件连接要可靠，连接部位有足够强度与变形能力，使结构成有机整体，提升抗震能力。地震中结构内力复杂，连接不可靠易致局部破坏，影响整体稳定。钢筋混凝土结构梁柱节点、装配式结构预制构件连接都要满足设计要求，保证强度与延性。

4.2.5 保证结构空间平整性和刚度

结构空间平面与竖向都要加强连接，保证整体刚度。平面设计通过合理布置楼板、梁等水平构件增强整体性；竖向设计通过设置合适的剪力墙、柱等竖向构件保证刚度均匀。高层建筑可设加强层提升抗侧刚度，控制侧向位移。

4.2.6 重视非结构构件处理

重视非结构构件，考虑其对主体结构的影响，避免不合理设置带来不利影响。填充墙、幕墙等非结构构件虽不直接承载，但地震时会与主体结构相互作用，影响抗震性能。设计填充墙用轻质材料并可靠连接，设构造柱和圈梁增强稳定性。

4.2.7 减轻结构自重

尽量减轻结构自重，降低地基土压力，减少传输到建筑物的地震力。结构自重是地震作用主要影响因素，减轻自重可有效降低地震力。建筑材料选轻质高强的，如轻质混凝土、钢材；结构布置采用合理形式，减少不必要构件。

五、建筑结构设计中概念设计的应用案例分析

5.1 工程概况

某高层商业建筑，地上 20 层，地下 2 层，高 80m ，抗震设防烈度 7度，设计基本地震加速度 0.15g ，场地类别 Ⅱ 类。建筑功能含商场、酒店、办公等，对结构空间布局与抗震性能要求高。

5.2 概念设计应用

5.2.1 结构体系选择

经综合分析，采用框架 - 核心筒结构体系。核心筒位于建筑平面中心，承担多数水平力与竖向荷载，框架结构承担竖向荷载，二者协同抵抗水平地震作用。此体系空间整体性好、抗侧刚度大，满足抗震要求，提供灵活空间布局。

5.2.2 建筑平面布置

建筑平面遵循概念设计原则，呈矩形，长宽比合理，避免平面不规则扭转。楼电梯间对称布置在核心筒周边，方便疏散，保证平面刚度均匀。周边设外伸臂桁架连接框架柱与核心筒，形成加强层，提高抗侧刚度与整体稳定性。

5.2.3 竖向布置优化

竖向结构刚度均匀变化，避免突变。随建筑高度增加，减小框架柱截面尺寸与混凝土强度等级，适当增加核心筒墙体厚度，使竖向受力合理。建筑顶部设备层通过设置水平伸臂桁架和周边环带桁架，集中质量，减小顶部地震扭转效应。

5.2.4 构件连接与构造措施

构件连接严格按规范设计，保证梁柱节点、柱脚节点等关键部位可靠。梁柱节点采用高强螺栓与焊接结合，柱脚采用刚接，有效传递力。结构设计采取系列构造措施，如设构造柱和圈梁加强填充墙连接，在框架梁、柱配置适量箍筋提高抗剪与延性。

六、结论

概念设计在建筑结构设计中作用关键，能弥补数值计算不足，拓宽思路，契合实际受力与功能需求。遵循合理选择结构方案等原则，应用于抗震设计等方面，可提升建筑结构安全、经济、合理性。案例表明，概念设计能取得良好效果，为建筑工程实施提供保障。建筑结构设计人员应重视概念设计，提升能力，贯穿设计全程，推动建筑行业发展。

参考文献

[1] 孙海涛. 建筑结构设计中的概念设计[J]. 四川水泥,2015(12):50-50

[2] 陈莉. 浅谈建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J]. 居业,2024(11):76-78.

[3] 柳鹏. 建筑结构设计中的概念设计与结构设计[J]. 中国房地产业,2019(26):75.