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【摘要】建筑结构的概念设计充分反映工程师的设计理念及其专业技术水平。本文中，笔者首先分析概念设计的几点设计原则，然后介绍建筑结构的简化计算，最后探讨概念设计在建筑结构设计中的具体应用。
【关键词】建筑结构；概念设计；应用
一、前言
建筑结构设计中，概念设计充分结合了经验与理论，是设计人员在实践经验和理论知识的基础上所形成的结构设计的新的设计方法，既符合理论的科学性，又结合施工实际，充分反映了工程师的设计理念及其专业技术水平。结构工程师在应用概念设计时，应概念性地分析、比较建筑结构设计，结合建筑功能，优化建筑结构的总体布局。
二、概念设计的原则
概念设计可充分体现结构工程师的设计思想，在进行结构概念设计时，工程师应遵循以下几个原则。
1.优化选型原则结构
概念设计的关键在于确定主体结构体系及其联系，主要需考虑两点，通过比较优化选择结构体系和结构布置。
对于结构体系，应掌握各类基本构件的特征，结合实际环境条件、使用、建筑和荷载情况，选择适用的基本构件，确定构间间的联系，形成基本结构单元，确定各自支承做法，然后采取线型、平面、叠合、交叉等集合形式，集合基本结构单元，形成主要结构体系。
对于结构布置，应在满足功能要求和建筑意向的基础上，选择最优的楼屋盖水平系统、柱墙竖向支承系统以及基础系统。应充分考虑各种布置的承载能力、竖向和侧向变形、支承做法、地质条件等，比较各自结构问题的合理性和优越性，确保平立面的规则和对称，实现良好的整体性，竖向剖面应在规整的基础上，保证侧向刚度的均匀变化，适宜自下而上递减，应避免突变。
2.空间作用原则
应结合各建筑部分结构的空间作用，还原本来的结构面貌。建议有意识地利用构件间的空间关系，实现建筑结构的更大刚度，同时减小内力，实现良好的受力效能好。
3.合理受力原则
结构概念设计中应充分利用力学原理处理结构构件的一般受力分析问题。对于受力和变形，均匀受力比集中受力好，空间作用比平面作用好，多跨连续比单跨简支好，刚性连接比铰接好，传力简捷比传力曲折好，超静定的受力体系比静定的受力体系好，应尽量避免不明确的受力状态，应充分利用结构的对称性、刚度的相对性、变形的连续性和协调性，综合分析各部分构件的直接受力状态和整体结构的宏观受力状态，关注主要的受力状况及其变形，忽略次要的受力状况及其变形。
三、建筑结构的简化计算
在进行概念设计时，应充分掌握建筑结构的简化计算。
1.结构安全度的人为控制
对于高层建筑结构的设计计算，目前常选择使用各类结构软件电算程序来进行。然而高层结构的简化计算，仍是必要的，但需要控制其深度，避免过于繁琐，力求快速、简捷，应重点把握结构的主要受力特征。
2.结构设计的经济合理
通过高层建筑结构的简化设算，可在正式电算前确定主体抗侧力结构，制定楼盖结构布置以及截面，正式电算是对简化计算的辅证及深化，可以避免上机后进行来回调整，从而节省电算时间，让电算更快捷更有效，保证电算结果的可靠性。同时，对于结构布置，快速确定断面有利于更好地实现结构设计的经济合理。
四、概念设计在建筑结构设计中的应用
在建筑结构设计中，概念设计的应用主要体现在以下几个方面。
1.平面设计
高层建筑设计中，水平荷载作用下结构侧移是关键控制因素，应在满足相关要求的基础上，选择更好的抗侧力体系。对于建筑平面的形状，建议选择风压较小的形式，应充分考虑邻近的高层建筑对其风压分布的不利影响，以及是否有利于抵抗能力及竖向荷载。如果考虑地震作用，建筑平面适宜简单规则。但仅仅是风荷载作用，则可灵活放宽条件，这是由于结构整体弯曲变形形成的侧移和结构体系抵抗倾覆力矩的有效宽度的三次方成反比关系，建筑宽度不易过小。
2.剖面设计
（1）竖向传力体系设计
应严格控制建筑的高度比。对于高层建筑的抗侧力结构刚度，应控制其从基础向顶层缓和过渡，避免竖向上的刚度突变而导致的抵抗水平荷载能力下降的问题。当刚度变化因满足建筑物功能要求而设计得特别大时，或出现结构布置变化时，应设置必要的结构转换层。对于锚固深度，应充分结合布置设备用房及地下停车库的需求，作为一层或多层地下空间，有利于降低高层建筑重心，提高抗震能力和抗倾覆能力。
（2）竖向形体设计
主要有三种形体设计：截锥形、上窄下宽形、新月形
截锥形，由下往上分段逐渐减小楼层面积，呈阶梯状体型，由于房屋顶部的楼面尺寸比底部小，可大幅度增加房屋刚度，提高抗震能力和抗倾覆能力。
上窄下宽形，主要包括上削楔形体及退缩体。高层建筑的高度增加，导致楼身向上不断收进、变细，以便减轻承受的风力，降低楼体重心，加强结构稳定性。上削楔形体在抗风和抗震上具有相当的优势，稳固坚韧，具有多样化的退缩体形式，比如收进式、截切式、台阶式。
新月形建筑外观像一个竖向的悬臂壳体，可有效增加抵抗侧向力的刚度，如同波形的屋面壳体抵抗重力荷载时重力荷载由柱—壳—框架承受，新月形建筑中侧向荷载由竖向壳体来抵抗，新月形的壳体形式有利于有效抵抗对称作用及其侧向力。
3.基础设计概念
（1）基础与上部结构的协同作用
基础与地基相互作用，与上部结构的作用也很复杂。由于基础和上部结构四五协同作用，通常建筑基础的变形是成锅底开肿部沉降多、外级沉降小，下部几层施工时，基础钢筋应力逐渐增长，四五层施工时钢筋应力达到最高值，随层数和荷载的增加而逐渐减小。因此在上部结构高低层数差别大但地下室有直通要求的情况下，建议做成整体基础。当然，应首先确认地基地质条件好，或可采用桩基。应控制地基沉降量不可过大，控制高低层的沉降差，对于天然地基的建筑，高层部分可选择满堂红基础，低层部分则选择双向条形或单独基础。对于设有地下车库通道的高层建筑，通道应设计成紧贴高层外壁、平行于外壁，充当车道底板，方便铺防水层，保障整体连接效果。
（2）基础选型
结构设计中，应结合建筑的具体地理位置及结构形式要求你，在桩基础、箱形基础和筏形基础中进行适用选择。
桩基础，适宜地基土质比较软、建筑物层数比较多、荷载比较大的施工，此时天然地基无法满足地基承载力的需求，可通过桩基把上部结构的荷载传到下部坚实的持力层，高层建筑可选择预制钢筋混凝土桩、混凝土灌注桩或钢管桩做桩基。
箱形基础，因其整体刚度好，在高层建筑中的应用十分普遍，可将上部结构的荷载均匀传给基础，良好嵌固上部结构，箱基有效抵抗不均匀沉降，实现与周围土体的协同工作，提高抗震能力和抗风能力。
筏形基础，适宜上部结构荷载较大、地基承载力较低的施工，其整体较好，刚度大，可有效分散上部结构的荷载，调整基底的压力及不均匀沉降。
五、结束语
近年来，建筑行业快速发展中，施工企业努力追求建筑的低投入和高产出的同时，也逐渐强调建筑的风格和特性。概念设计可构造更合理的建筑结构体系，并节省原料，成为建筑结构设计中的宠儿，得到越来越多的应用和推广，逐渐发展成建筑结构设计的主导思想，也将获得更远的发展，为建筑设计实现更多的便利和优惠。
参考文献：
[1]赖运强.当前建筑结构设计中概念设计的应用[J].中国高新技术企业，2010.
[2]晋哲锋.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰：上旬，2013.
[3]杨曦，徐金铭.概念设计在建筑设计中的应用探索[J].中国新技术新产品，2011.
[4]胡丽荣.概念设计在建筑结构设计中的应用意义[J].黑龙江科技信息，2010.
【关键词】建筑结构；概念设计；应用
一、前言
建筑结构设计中，概念设计充分结合了经验与理论，是设计人员在实践经验和理论知识的基础上所形成的结构设计的新的设计方法，既符合理论的科学性，又结合施工实际，充分反映了工程师的设计理念及其专业技术水平。结构工程师在应用概念设计时，应概念性地分析、比较建筑结构设计，结合建筑功能，优化建筑结构的总体布局。
二、概念设计的原则
概念设计可充分体现结构工程师的设计思想，在进行结构概念设计时，工程师应遵循以下几个原则。
1.优化选型原则结构
概念设计的关键在于确定主体结构体系及其联系，主要需考虑两点，通过比较优化选择结构体系和结构布置。
对于结构体系，应掌握各类基本构件的特征，结合实际环境条件、使用、建筑和荷载情况，选择适用的基本构件，确定构间间的联系，形成基本结构单元，确定各自支承做法，然后采取线型、平面、叠合、交叉等集合形式，集合基本结构单元，形成主要结构体系。
对于结构布置，应在满足功能要求和建筑意向的基础上，选择最优的楼屋盖水平系统、柱墙竖向支承系统以及基础系统。应充分考虑各种布置的承载能力、竖向和侧向变形、支承做法、地质条件等，比较各自结构问题的合理性和优越性，确保平立面的规则和对称，实现良好的整体性，竖向剖面应在规整的基础上，保证侧向刚度的均匀变化，适宜自下而上递减，应避免突变。
2.空间作用原则
应结合各建筑部分结构的空间作用，还原本来的结构面貌。建议有意识地利用构件间的空间关系，实现建筑结构的更大刚度，同时减小内力，实现良好的受力效能好。
3.合理受力原则
结构概念设计中应充分利用力学原理处理结构构件的一般受力分析问题。对于受力和变形，均匀受力比集中受力好，空间作用比平面作用好，多跨连续比单跨简支好，刚性连接比铰接好，传力简捷比传力曲折好，超静定的受力体系比静定的受力体系好，应尽量避免不明确的受力状态，应充分利用结构的对称性、刚度的相对性、变形的连续性和协调性，综合分析各部分构件的直接受力状态和整体结构的宏观受力状态，关注主要的受力状况及其变形，忽略次要的受力状况及其变形。
三、建筑结构的简化计算
在进行概念设计时，应充分掌握建筑结构的简化计算。
1.结构安全度的人为控制
对于高层建筑结构的设计计算，目前常选择使用各类结构软件电算程序来进行。然而高层结构的简化计算，仍是必要的，但需要控制其深度，避免过于繁琐，力求快速、简捷，应重点把握结构的主要受力特征。
2.结构设计的经济合理
通过高层建筑结构的简化设算，可在正式电算前确定主体抗侧力结构，制定楼盖结构布置以及截面，正式电算是对简化计算的辅证及深化，可以避免上机后进行来回调整，从而节省电算时间，让电算更快捷更有效，保证电算结果的可靠性。同时，对于结构布置，快速确定断面有利于更好地实现结构设计的经济合理。
四、概念设计在建筑结构设计中的应用
在建筑结构设计中，概念设计的应用主要体现在以下几个方面。
1.平面设计
高层建筑设计中，水平荷载作用下结构侧移是关键控制因素，应在满足相关要求的基础上，选择更好的抗侧力体系。对于建筑平面的形状，建议选择风压较小的形式，应充分考虑邻近的高层建筑对其风压分布的不利影响，以及是否有利于抵抗能力及竖向荷载。如果考虑地震作用，建筑平面适宜简单规则。但仅仅是风荷载作用，则可灵活放宽条件，这是由于结构整体弯曲变形形成的侧移和结构体系抵抗倾覆力矩的有效宽度的三次方成反比关系，建筑宽度不易过小。
2.剖面设计
（1）竖向传力体系设计
应严格控制建筑的高度比。对于高层建筑的抗侧力结构刚度，应控制其从基础向顶层缓和过渡，避免竖向上的刚度突变而导致的抵抗水平荷载能力下降的问题。当刚度变化因满足建筑物功能要求而设计得特别大时，或出现结构布置变化时，应设置必要的结构转换层。对于锚固深度，应充分结合布置设备用房及地下停车库的需求，作为一层或多层地下空间，有利于降低高层建筑重心，提高抗震能力和抗倾覆能力。
（2）竖向形体设计
主要有三种形体设计：截锥形、上窄下宽形、新月形
截锥形，由下往上分段逐渐减小楼层面积，呈阶梯状体型，由于房屋顶部的楼面尺寸比底部小，可大幅度增加房屋刚度，提高抗震能力和抗倾覆能力。
上窄下宽形，主要包括上削楔形体及退缩体。高层建筑的高度增加，导致楼身向上不断收进、变细，以便减轻承受的风力，降低楼体重心，加强结构稳定性。上削楔形体在抗风和抗震上具有相当的优势，稳固坚韧，具有多样化的退缩体形式，比如收进式、截切式、台阶式。
新月形建筑外观像一个竖向的悬臂壳体，可有效增加抵抗侧向力的刚度，如同波形的屋面壳体抵抗重力荷载时重力荷载由柱—壳—框架承受，新月形建筑中侧向荷载由竖向壳体来抵抗，新月形的壳体形式有利于有效抵抗对称作用及其侧向力。
3.基础设计概念
（1）基础与上部结构的协同作用
基础与地基相互作用，与上部结构的作用也很复杂。由于基础和上部结构四五协同作用，通常建筑基础的变形是成锅底开肿部沉降多、外级沉降小，下部几层施工时，基础钢筋应力逐渐增长，四五层施工时钢筋应力达到最高值，随层数和荷载的增加而逐渐减小。因此在上部结构高低层数差别大但地下室有直通要求的情况下，建议做成整体基础。当然，应首先确认地基地质条件好，或可采用桩基。应控制地基沉降量不可过大，控制高低层的沉降差，对于天然地基的建筑，高层部分可选择满堂红基础，低层部分则选择双向条形或单独基础。对于设有地下车库通道的高层建筑，通道应设计成紧贴高层外壁、平行于外壁，充当车道底板，方便铺防水层，保障整体连接效果。
（2）基础选型
结构设计中，应结合建筑的具体地理位置及结构形式要求你，在桩基础、箱形基础和筏形基础中进行适用选择。
桩基础，适宜地基土质比较软、建筑物层数比较多、荷载比较大的施工，此时天然地基无法满足地基承载力的需求，可通过桩基把上部结构的荷载传到下部坚实的持力层，高层建筑可选择预制钢筋混凝土桩、混凝土灌注桩或钢管桩做桩基。
箱形基础，因其整体刚度好，在高层建筑中的应用十分普遍，可将上部结构的荷载均匀传给基础，良好嵌固上部结构，箱基有效抵抗不均匀沉降，实现与周围土体的协同工作，提高抗震能力和抗风能力。
筏形基础，适宜上部结构荷载较大、地基承载力较低的施工，其整体较好，刚度大，可有效分散上部结构的荷载，调整基底的压力及不均匀沉降。
五、结束语
近年来，建筑行业快速发展中，施工企业努力追求建筑的低投入和高产出的同时，也逐渐强调建筑的风格和特性。概念设计可构造更合理的建筑结构体系，并节省原料，成为建筑结构设计中的宠儿，得到越来越多的应用和推广，逐渐发展成建筑结构设计的主导思想，也将获得更远的发展，为建筑设计实现更多的便利和优惠。
参考文献：
[1]赖运强.当前建筑结构设计中概念设计的应用[J].中国高新技术企业，2010.
[2]晋哲锋.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰：上旬，2013.
[3]杨曦，徐金铭.概念设计在建筑设计中的应用探索[J].中国新技术新产品，2011.
[4]胡丽荣.概念设计在建筑结构设计中的应用意义[J].黑龙江科技信息，2010.