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建筑结构设计与创新理念探讨

作者：李涛

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第19期

摘要：建筑是凝固的艺术，建筑要体现出精美就必须将结构设计与美观设计合理搭配。房屋结构设计一直追求的是安全、适用、经济、美观、便与施工等五种效果。这就需要设计部门或者设计人员严格遵守这五种效果原则，制定合理的建筑结构设计方案，应用现代科技优化方法，实现有限资源的最有效发挥，完成降低工程造价并取得人们对物质精神需求的目标。 关键词：建筑设计；结构概念设计；创新策略；绿色节能应用 一、民用建筑对结构设计的新要求 1.1 材料和资金的节省

因土地、能源和材料价格的持续上涨，开发商要求设计单位必须注意材料和资金的节约，这一点符合结构设计的指导思想“安全适用，经济合理”。要从根本上做到经济，结构设计人员必须把握好民用建筑结构的概念设计。概念设计是依据理论知识与工作经验，结合建筑功能要求与建筑工程条件，在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系的定性设计方法。一幢民用建筑的设计没有经过正确的概念设计，是难以实现效果最好、造价最低的结构方案的。 1.2 民用建筑的高层化

高层民用建筑与其他高层建筑最大的不同在于业主对于房屋基于居住目的的功能诉求，如采光、通风、居住面积与层高、振动舒适度等。于是高层民用建筑的结构体型变得日趋复杂，如平面的不规则、竖向收进与悬挑、结构连体、大底盘多塔、错层等等。结构设计师要解决这些复杂的技术难题，必须依靠结构设计理论的不断发展和创新，以及结构计算分析软件的开发和应用。

1.3 户型内部空间个性化

业主具有个性化的思维方法和审美意识，不同时期住户对建筑空间有不同的要求。这样既在开间和进深两个方向保留了较大的灵活性，也充分利用了承重墙隔声好的性能。同时外墙部位的梁、柱、墙的设置，要为窗户的灵活布置创造条件；楼板的设计，也必须考虑隔墙位置的调整。

二、结构概念设计在建筑结构设计中的具体运用 2.1 结构概念设计在建筑平面结构设计中的应用

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在高层建筑设计中，水平荷载作用下的建筑结构侧移成为了高层建筑设计的难题。建筑结构设计人员在进行结构设计时，要运用结构概念设计原则，既要考虑到满足相关的要求，又要选择更好的抗侧力体系。在建筑物选择平面结构时，应该选用风压较小的结构设计。在进行结构设计时，还要综合分析所建建筑物周围的建筑物，了解分析周围建筑物对所建建筑物风压布局的影响。还要考虑建筑物的结构设计要增强建筑物的抵抗能力和竖向的荷载。并且，建筑结构设计人员还要运用概念设计，考虑到建筑结构的抗震能力，在平面设计时，要力求使建筑的平面结构简单规则。在结构概念设计中，如何选择既能够满足建筑结构侧向的移动距离，又不出现危险、使建筑结构能承受更多的侧压力的建筑结构模式，是目前建筑结构设计工程师所面临的最大难题。建筑平面结构要做到简单规则，考虑到风所带来一定的影响，可以根据具体情况，适当放宽建筑平面的结构，因为建筑结构设计一旦发生整体弯曲变形，还可以有补救措施。

2.2 概念结构设计在建筑剖面结构设计中的应用

在建筑工程人员进行建筑的剖面设计时，要做好竖向的传力体系设计，控制好建筑物的高度比，使高层建筑物的抗侧力结构刚度由基础向建筑物的顶层逐渐过渡，避免出现建筑物竖向上刚度出现突变而消弱高层建筑物水平荷载能力的现象。当建筑物竖向的刚度变化特别大时或在高层建筑物的结构布局发生变化时，要设置结构的转换层，以确保高层建筑的稳定性。在给高层建筑设置锚固深度时，要结合高层建筑物设备用房和地下停车场的需要，设置一层或几层地下空间，提高高层建筑的抗震能力和抗倾覆能力。

在进行建筑物竖向形体设计时，根据概念设计原则，建筑结构设计人员可以选用截锥形、上窄下宽形和新月形的竖向形体设计形式。截锥形是指采用从下而上分段逐步减小楼层面积的阶梯状形体，这样能大大地增加房屋的刚度，此外，采用这种形体的建筑顶部楼面比建筑底部要小，有利于建筑的抗风和抗震作用。当采用上窄下宽形时，建筑物随着高度的增加，楼身不断变细，这样可以大大减少建筑物高层所承受的风力，降低楼体重心，增强建筑结构的稳定性。这种形式常见的有上削楔形体和退缩体，这些结构都有很好的抗风、抗震功能。当建筑设计人员采用新月形设计时，建筑物就像一个竖向的悬臂壳体，能有效地增加侧向力刚度。它的作用就像波形的屋面壳体，能抵抗重力荷载，通过一个壳和一个框架承受。这种形式的建筑物能够有效地抵抗对称作用和建筑物的侧向力。 2.3 结构概念设计在基础设计中的作用

根据建筑物的不同地理位置和结构形式，建筑结构设计人员可以根据结构概念设计原则选择使用桩基基础、箱型基础和筏形基础。当遇到地基土质较软的情况时，建筑结构设计人员一定要考虑到运用人工的方法增强地基的承载能力。建筑工程人员可以采用桩基结构，用预制的钢筋混凝土土桩、混凝土灌注桩和钢管桩，将荷载直接传到地基下部坚实的持力层。在运用箱型基础时，建筑物的荷载力能够均匀地传给地基，抵抗地基的不均匀沉降，和周围的土体共同协作，增强建筑物的抗震和抗风能力。当采用筏形基础时，建筑物的上部结构荷载较大，地基的承载力较低。

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三、现代建筑设计的创新策略 3.1 建筑设计与城市发展相结合

现代化建筑不是孤立存在的，建筑的外部环境及场所也对建筑设计构思产生积极影响，甚至包括空间因素、建筑形式等难以具体、形象体现的丰富的美学形式要素。其本质就是将建筑形态设计与环境形态相结合，体现建筑内在统一与和谐的逻辑规律。因此，现代建筑设计应尊重环境的多样性与整体性，将建筑与城市发展相结合，并融为一体，创造整体艺术形象。这既是现代建筑新美学观念的重要体现，也是现代建筑设计对环境文理与城市文脉的充分尊重与认同。

3.2 建筑设计应充分体现人文精神

现代建筑设计趋向于人们对美的认知和对美的映照与转换。因此，建筑中的艺术形象应具有强烈的冲击力与视觉表达能力，这样会引起人们对美感的共鸣。在市政建设发展迅速的新建筑中，既包含公众精神、首创精神，又具备人文精神，这些精神就是建筑的灵魂，承载着人们对新城市、新建筑的美的追求。建筑的人文趋向是人们心中归属感与认知感的聚焦，体现了现代人文精神的追求价值与象征意义，也是与人们自豪感相结合的全新美学意向，它们均通过城市现代化建筑反映出来。在现代建筑的设计过程中，尊重环境的多样性、整体性，是影响设计整体艺术形象与现代新美学建筑观念的重要因素。同时，也能反映建筑设计艺术的特点。 3.3 现代建筑的智能发展趋向

现代建筑的智能化就是将智能型计算机、智能保安、多媒体现代通信、环境监控等技术与建筑艺术相融合。此外，通过自动化监控设备，还可将信息资源及对使用者的信息服务情况与建筑优化组合，让建筑使用者的投资物有所值，既符合信息社会的需要，又能拥有舒适、灵活、高效、便利、安全的建筑空间。随着时代的不断发展，人们对工作环境及居住环境的要求也在不断提高，智能建筑的设计充分体现了这一发展趋势。在建筑中，人们能够获得现代化的办公条件与通讯手段，其中温度、照度、湿度等可以自动调节，并通过利用自然界的冷、热、光、大气等自动调节室内环境，最大限度地减少能源的消耗，以创造人性化的生活环境。 3.4 应用数字化技术

数字化技术不仅适用于信息存储与处理，而且是现代社会知识经济发展的基础。随着计算机网络技术的发展与科技的进步，建筑技术越来越趋向于人类发展的需要，并存逐步实现人们对生活、工作的各种梦想与蓝图。人们可以足不出户实现在家中购物、休闲、学习、工作等，如西方发达国家的SOHO住宅概念已传入我国，它融合了高科技和网络应用的设计理念。在家庭办公亦成为现代住宅的一项必备功能，将办公与居住合并在一个空间内，其实现的核心技术就是计算机网络技术。这种模式打破了传统的团体、集群式的合作形式，通过网络连接，实现独立、自由的工作方式，将办公分散在家居中。数字化的住宅除了给人们的学习、工作带来