结构概念设计 论文

结构概念设计论文

摘要：越来越多的人开始谈起建筑。尤其是对建筑没有太多经验和兴趣的大众，也开始大量介入关于建筑的话题。究竟能谈出什么样的水准和质地，并不是我们所关心的，我们所关心的是谈论本身的来源。建筑工程的概念设计在我国应成为一个先于建筑工程的初步设计，以功能优越、造型美观、技术先进的总体方案为目标的设计阶段。建筑工程的概念设计一般有建筑方面的概念设计和结构方面的概念设计两大部分，它们之间相互影响、相互结合。在建筑工程的概念那设计里，要求在环境的布局和治理、建筑的空间和形式、结构的体系和材料、构筑的方法和效益之间协调一致，做到“功能、结构、美观、建造”的统一。

关键词：建筑工程、概念设计、“功能、结构、美观、建造”的统一。

一、结构概念设计中如何体现建筑功能目标？

建筑的功能要求即指建筑是干嘛用的或者说是建筑的使用要求，如居住、饮食、娱乐、会议等各种活动对建筑的基本要求，是决定建筑形式的基本因素，建筑个房间的大小、相互间联系方式等等，都应该满足建筑的功能要求。

建筑可以分为工业建筑和民用建筑，民用建筑又分为居住建筑和公共建筑两部分。不同种类的建筑有着不同的使用要求，建筑功能主要包括这几个方面：空间构成、功能分区、人流组织与疏散及空间的量度、形状和物理环境（量、形、质）。

各种建筑的使用性质和类型尽管不同，但都可以分为主要使用部分、次要使用部分（或辅助使用部分）和交通联系部分三大部分。设计中应该首要抓住这三大部分的关系进行分割和组合，逐一解决各种矛盾问题以求得功能关系的合理与完善。在这三大部分的构成关系中，交通联系空间的配置往往起关键作用。此外，还要满足国家规定的安全要求。

那么在结构概念设计中如何体现这些功能呢？

举个例子，比如对于多高层建筑的结构体系来说，它主要有框架结构、剪力墙结构和筒体结构。如果想要设计一栋建筑，首先必须明确它是干嘛用的，这样

才能根据用途选择不同的结构体系。如果要修建的建筑是商场、餐厅、小型室内运动球场等，那就可以选用框架结构体系。它的优点是建筑平面不知灵活，能获得较大的空间，建筑立面容易处理，结构自重较轻，计算理论比较成熟，并且在一定高度范围内造价底。如果是修建住宅、宾馆等小开间的建筑，那么就应该选择剪力墙结构。它的优点是房间墙面及顶棚平整，层高较小，并且水平承载力和房屋侧向刚度均很大，侧向变形小。

所以在结构概念设计中在结构体系的选择上就应该体现出来，以适应与各种不同的结构功能。

二、如何通过结构概念设计优选结构方案？

在建筑结构设计中，结构形式的优选与组合是非常重要的，它在很大程度上决定了这整栋建筑的造价。一栋建筑，总的造价包括三部分：建筑造价占总造价的45%—60%；结构约占25%—30%；设备（水、暖通、电）约占15%—30%。对于不同装饰要求和不同设备要求的建筑另外。

建筑造价是有关人力资源和建筑材料的，一般不会有什么减少，那么，建筑结构的造价就是减少建筑造价的一个突破口。那我们先简单分析下不同的结构形式：拱是一种有推力的结构，它的主要内力是轴向压力，受力均匀合理，可以充分地发挥材料的抗压性能。混凝土的抗拉性能不好，而抗压能力很高，因此混凝土拱是一种很好的结构形式。悬索结构的索网是中心受拉构件，既无弯矩也无剪力，它可以充分发挥材料的抗拉性能，是一种合理的结构形式。以上两种结构都适用于大跨度结构。如果在大跨度建筑中，采用这两种结构形式的结合，当然是非常合理的，也可以获得较好的经济效果，美国雷里竞技馆的结构体系，正式将这两种结构形式非常巧妙的结合起来的。

房屋建筑结构的技术经济分析是个比较复杂的的问题，很难做到非常准确。但这都难不住我们伟大的工程师们。下面介绍一个优秀的建筑——罗马小体育馆。它建于1957年，是意大利著名的工程师、建筑师皮埃尔·鲁基·奈尔维设计的。屋顶为钢筋混凝土网格穹窿型薄壳结构，它的特点是，不仅将建筑艺术与混凝土结构的美学表现力融为一体，而且充分考虑了施工方案。这是一棟非常成

功的建筑，受到全世界建筑界的高度赞扬。

从外立面看，清晰地显示出了结构的特点，Y型的构件，形象地表现了其独有的艺术风格。穹窿的檐边构件，波浪起伏，使建筑外观更显丰富、自然而优美。屋顶中尖天窗，不仅是功能的需要，而且在外观上起到了提神的作用。建筑外观比例协调，形象优美，质朴而洗练。

从室内看，设计者把结构构件进行了艺术加工，构成一棟绚丽的图案，使整个屋顶蔚然成景。并且与看台呼应，协调而有韵律，结构形体的美学表现力与建筑艺术达到了高度完善的统一。整个建筑没有任何多余的装饰。

同时整个建筑对施工也做了周密的考虑。采用装配式结构，既节省了大量模板和临时支撑，又保证了结构的整体性。施工时，起重机安装在中央天窗处这是最理想的吊装位置。

三、结构概念设计中如何界定和处理美学问题？

建筑除了一些功能要求外，美观也是很重要的。结构在保证安全的前提下，尽量用较少的材料，并要根据材料特性采用合理的结构形式，这时可能和建筑发

生矛盾，优秀的结构工程师应该把外部形式的美观和内在结构的合理布局有机地协调起来。

要想使设计出的结构具有美感，我觉得有以下几点：

（1）要有均衡与稳定的结构。

均衡是指在特定的空间范围内，诸形式要素之间视觉力感的平衡关系。在自然界里，相对静止的物体都是遵循力学的原则以安定的状态存在着的。由于这个事实，使人们在审美上产生了视觉平衡的心理。于是，人们在建造建筑时都力求符合均衡的原则，这样不仅是安全的，而且在视觉效果上也是美的。通过运用各种建筑方法得以保障的稳定性，也是大大有助于取得确定、理想的艺术效果。当然，均衡与稳定并不一定意味着对称、敦厚、庞大、稳重、雄伟以及上轻下重、上小下大，随着新材料、新结构型式的出现，“均衡”与“稳定”的内涵更加丰富了。

（2）结构的韵律与节奏。

各种承重结构构件，如立柱、楼板、挑梁、钢架、拉索、桅杆等，是使建筑物立面构图获得某种韵律与节奏的最活跃的基本要素，而这些有规律排列的结构构件，不仅结构简化，受力合理,有利于快速施工，而且，还可以使建筑物的空间造型具有该结构形式的一些基本特征并获得极富变化的韵律感与节奏感，这对于工业化建筑的空间造型艺术效果来说,具有特殊的重要意义。根据这一原理，在设计时，应当从建筑整体出发，慎重处理结构掩蔽与暴露的关系。在美学上能够加以发挥和利用的因素，不要轻易让它从视觉空间中“消失”。建筑师只有同时从力学、美学以及施工工艺学的角度去深入研究结构体系和结构构件的体形设计，才能真正有效地去发挥和利用结构本身所具有的韵律与节奏等形式美的因素，取得简洁凝炼的装饰艺术效果。

（3）结构的连续性与渐变性。

结构的连续性是指结构构件各部分之间连接的整体性。而构件断面形状无突变的连续性过渡，则是其渐变性。结构的连续行与渐变性是受自然界中力学作用的结果。连续性与渐变性对于结构体系来说是非常有益的。首先,它可以提高结构的整体刚度，使受力构件中弯矩的分配合理。其次，这种连续性与渐变性往往

造成或加强结构体形中的曲线美，给人以稳定、轻巧、流畅的感受，如东京代代木体育中心、耶鲁大学冰球馆等。结构的这种连续性与渐变性,既可体现整个结构系统，也可体现于某个局部，可以反映曲线与曲线的交接,也可反映直线与曲线、直线与直线的交接。

（4）结构的形式感与量感

形式感属于美学研究范畴，它在建筑艺术中也是客观存在的。形式感是指艺术领域中形式因素，如线条、空间界面、空间体量、材料质地及其色彩等等，在一定条件下都可以产生一定的形式感。金字塔的正三角形体给人以稳定、庄严的感觉，但如果倒过来则会使人感到危险和不安。垂直线条给人的感受是肃穆、高昂，而水平线条却相反——亲切而委婉。波形构件可以产生流动感、跳跃感；悬挑构件则可以产生灵巧、腾越感，如此等等。

著名的埃菲尔铁塔，原设计是为1889年巴黎博览会建造的标志性建筑，高320米，用钢9000吨，它不仅满足了展览功能，并且以造型优美、结构合理建筑与结构的完美统一而被世人称颂，一直保留至今。因为主持建造的是结构工程师，他首先在注意的是结构受力合理，按当时的技术水平，要建造当时世界上最

高的建筑物还是很不容易的，如果

采用不合理的结构就建不起这么高

的建筑。而

当时还有些建筑师还有些不够认

同。历经了风雨沧桑，已为世人所

公认，也得到了广大建筑师的赞许。

从力学方面分析，铁塔可看成是嵌

固在地基上的悬臂梁，对于高耸入云的铁塔来说，风荷载将是主要的荷载。由于铁塔的总体外形与风荷载引起的弯矩图十分相似，因此充分地利用了塔身材料的强度和刚度，受力非常合理；塔身底部所设大拱，轻易地跨越了一个打跨度，车流、人流在塔下畅通无阻，更显铁塔的雄伟壮观。埃菲尔铁塔可谓建筑美观与结构合理完美统一的代表，人们一看到铁塔就会想起巴黎，想到法国；一想到法国马上就会想起埃菲尔铁塔。如今它已成为巴黎和法国的象征。

四、结构概念设计中如何兼顾可施工性和可维护性？

建筑施工是指工程建设实施阶段的生产活动，是各类建筑物的建造过程，也可以说是把设计图纸上的各种线条，在指定的地点，变成实物的过程。它包括基础工程施工、主体结构施工、屋面工程施工、装饰工程施工等。建筑施工中有许多步骤、条条款款和注意事项。建筑结构的施工一般是施工单位根据施工要求一步一步地来的，施工队伍只会管如何能高效地将此工程完成，不会去管这个工程的后期维护问题，这不是他的能力范围。那么，这就对建筑结构的设计有了一定的要求，你做出的设计不仅要便于施工，还要利于后期维护。

建筑维护是指在建筑物或构筑物在其完工后，需要进行的一系列为保证建筑能长久使用而不发生破坏的一种长期的维护。针对不同种类、不同重要程度的建筑分了许多的维护管理步骤和规定。建筑工程的维护不仅与我们是生活息息相关，还直接与金钱挂钩的，所以一项便于维护的结构的设计是非常必要的。工程的后期维护工作是建筑工程整体管理的一项重要内容。工程的后期维护快捷，则说明工程的整体运转能力、整体管理能力都具备一定的高度，对工作的顺利开展提供了良好的基础。

结构概念设计中应该考虑到建筑的施工可行性与可维护性。在结构选型和空间布置的时候就要时时兼顾可维护性的问题，想着如果这样设计施工对后期的维护工作是什么影响，是有利呢，还是有弊呢。如此在设计的时候就尽量减少不必要的不稳定构件、维护难构件的设计，对荷载的计算也应尽量保守，这样利于结构的承载能力，增强了结构的稳定性，一定程度上防止了更多的破坏的发生，这也会减少后期的维护工作。

五、结构概念设计的重要性

从汶川大地震学校建筑大面积粉碎性瞬间倒塌的现象看，中国的（应该说是汶川地震灾区的某些）结构设计还处于非常落后、非常粗糙的阶段。有的设计非常轻率，也没经过审图就用于施工，有的边设计边施工，有的即使是经过审图程序，也是流于形式。甚至于有的根本就没有设计，抄袭复制其它工程的图纸，随意增加建筑层数，随意地减少构件截面和减少配筋，以至于出现如此灾难性后果。

为什么中国的建筑还是如此劣质，如此不堪一击。在地震还不能正确预报的情况下，在没有抗震能力的房屋中居住工作生活学习是一种怎样的心情和恐惧，还有什么幸福感可言？在片面的经济利益驱动下，人们可以不择手段，对人的生命缺少应有的敬畏。毫不夸张地说中国的豆腐渣工程绝不是个例，而是普遍现象。当然造成这种现象绝不只是设计有问题，而是中国工程投资监理施工等参与各方均难逃其咎，特别是不可克服的根深蒂固的腐败性僵化体制机制是其总根源。

结构设计前要选择合适的结构方案，强调概念设计。在设计中处处都要用清晰的结构概念处理实际工作中的结构问题，对结构所受的各种作用的特点、结构计算、不同结构在各种作用下的反应、变形能力和破坏机制以及各种构造措施等问题进行概念分析和概念判断。美籍华人林同炎教授所著?结构概念与体系?一书，主要从结构整体出发分析各结构分体系的结构概念，揭示了结构体系的规律，更强调了概念设计的重要性。

为了我们建筑行业的长久健康的发展，为了土木行业建设体制地更加完善，更为了对人民生命财产的高度负责，结构设计是整个建筑工程非常重要的一环，决不能掉以轻心。要利用先进的结构理论、结构概念使结构设计更趋合理、更加安全稳定。

参考文献：

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