浅谈结构概念设计指导建筑设计

传统的建筑设计手法一般是先有了建筑的基本平立剖设计，甚至确定了建筑的外形，然后才交给结构工程师进行结构选型、结构设计。针对此种建筑设计和结构设计脱离，二者缺乏合理科学的整合的状况，我们提出了结构概念设计指导建筑设计。结构概念设计，是指结构工程师和建筑工程师在设计中能够创造性的相互结合，设计人员在从结构选型、约束分析、结构布置、结构计算简图的分析计算、截面设计到细部处理的整个设计过程中，对所遇到的问题依据建筑结构在各种情况下的一般规律( 主要是建筑，结构专业的基础理论) ，结合实践经验，综合考虑造价、场地等各方面因素，确定合理的分析，处理方法，力求得最为经济，合理的结构设计方案。不论从可持续的角度还是从我国大量建设项目不断开展的局势来说，结构概念设计指导建筑设计是更符合我国国情的设计策略。

从上个世纪90年代开始，国外建筑设计工作者已经重新开始思考建筑结构与建筑设计的整合问题，从结构造型、建筑功能、建筑空间感以及节材节能等多个方面着手综合考虑建筑设计。而在我国，结构形式仍是目前影响着我国空间结构发展的一个薄弱环节，几乎所有的建筑设计还停留在被动地套用建筑结构的阶段，缺乏科学合理性，建筑构件累赘冗余，建筑设计完全脱离于建筑结构的考虑。

首先，做好结构体系的选型。建筑结构选型，传统上是指根据建筑的形体要求、结构布置要求、构造要求等为其配型相应符合要求的结构体系的过程；而在结构概念设计中，结构选型和建筑设计是一个互相调和、互相指导的关系，因此在选型过程中还要考虑设计者对于设计构思的一些要素以及场地、客户需求等诸多方面的约束。一方面来说，各种结构体系的形式、材料、特点和构造各有优劣之势，再加上近年来出现的一大批新型结构体系和形式，在适应各方面需求上可谓五花八门；另一方面，建筑结构的设计约束在可靠性、实用性、舒适性等方面也各有侧重，如场地自身和周边条件的约束、政府有关部门的规划要求、业主关于建筑尺寸、造价的要求、建筑功能性的要求以及相关规范的强制性指标等。

因为每项建筑结构的设计都受到了多项客观目标的影响，而且通常这些目标之间具有一定的矛盾性，若要提高某项目标的要求，往往以降低其他目标的要求为代价。而建筑结构概念设计，首当其冲就要考虑一种最为合理的方案，使这些相互矛盾的客观目标之间达到一定的平衡。所以说，结构体系的选型和优化是结构概念设计的核心。

其次，要根据结构体系及其计算简图对结构进行优化。无论是常见的框架结构体系、剪力墙结构体系、筒体结构体系和框剪结构体系，还是各种新型结构，都有着各自的结构特点。在进行结构概念设计时，结构构件受力问题需要通过力学原理来进一步分析，有时甚至可以通过控制变量的方式对构件的形式进行优化。通过结构受力简图，就能更科学而直观的分析出结构的受力薄弱点和最大弯矩点等，尽可能使构件的受力状态以轴向受力为主，尽可能提高构件的截面惯性矩和抗弯、抗剪能力等等。

最后，根据建筑的功能需求、空间需求等使用方面的约束对结构进行微调整合。建筑物本来就是一个空间使用体，所以结构概念设计要做到结构合理的同时顺应空间的使用，不造成使用障碍或影响空间质量。甚至可以达到建筑与结构的高度整合，让建筑的结构构件不仅仅只有承重功能，同时又具备建筑使用功能；结构直接作为建筑表达，大幅度精简建筑构件，使结构更加简洁高效。

下面以我们课程设计中汽车4S店为例，进行建筑结构概念设计的全过程。

设计课题：汽车4s店

课题描述：为了市场拓展需求，某汽车销售有限公司欲在武汉市光谷创业街修建一个汽车4s专卖店，设计应体现汽车销售公司的企业风貌与特点，优化汽车专卖一条街的城市形态与空间环境。

设计重点：在处理好功能流线以及与环境关系的基础上，关注建筑结构，特别是大跨结构的选择和设计。

模拟过程：

首先，进行结构选型：根据维修车间的空间特点、跨度要求和该设计的规模，设计时选择了刚架结构中的门式刚架（图5），这种单层刚架为梁柱合一的结构，梁柱截面高度小，造型轻巧，内部净空较大，比较适合维修车间这种较为工业化特征的功能空间，且钢筋混凝土结构门架符合维修车间15米跨度的要求。进一步选型为两铰刚架，考虑其基础无弯矩，可以做得小，既省料，地下施工的工作量也少；且铰接柱基构造简单，有利于梁柱采用预制构件。基于以上这些两铰刚架的优势，最终选取结构原型为门式两铰刚架。

其次，对这一结构体系进行力学分析：两铰刚架为一次超静定结构（图4），在竖向荷载或水平向荷载作用下，刚架内弯矩均比无铰刚架大。两铰刚架在基础处为铰支承，故当基础有转角时，对结构内力没有影响，但当两柱脚发生不均匀沉降时，则将在结构内产生附加内力。

经过一整个过程的模拟，可以对结构概念指导建筑设计有更深层次的理解和体会，它的优势也很明晰的显现出来。我们并没有选择多么标新立异的结构体系，但是经过一系列优化整合，以结构的角度出发探讨建筑约束，再加上建筑美学、结构形态学的考虑，也创造出了令人眼前一亮的以结构为特色的建筑造型。

结语

建筑往往被认为是技术与艺术的结合，与建筑造型关系最为重要的是结构技术，结构技术的发展会带来新形式、新功能的需求，并产生新的审美观念，而这些需求又同时促进结构技术的发展。就像时下流行的绿色建筑技术，结构概念指导建筑设计在当今可持续社会、集约型社会的指导政策下也会有很好的发展前景。