概念设计在建筑结构设计中的运用

概念设计在建筑结构设计中的运用

孙翊皓 

天津市建筑设计研究院有限公司

摘要：概念设计在建筑结构设计中担负着核心导向角色，确立了一种创新与可持续性相结合的设计理念。通过引入可持续建筑和应对异常条件的策略，概念设计推动了结构系统的协调和创新，并赋予建筑面对挑战的适应性。本文探讨了概念设计在导向建筑结构解决方案、整合结构系统，以及在面对不同建筑挑战如可持续性和异常条件下的重要性和应用。

关键词：建筑结构设计；概念设计；可持续建筑；结构创新

一、引言：

现代建筑面临着越来越多的挑战，包括环境、社会以及经济层面的需求，这些挑战要求设计师开展更为深入和前瞻性的思考。概念设计作为建筑结构设计的出发点，在项目的可持续发展和对异常情况的应对能力上，表现出其不可或缺的价值。

二、概念设计的核心地位与建筑结构设计的融合

（一）概念设计的导向作用

概念设计以其对建筑项目的全局理解和方向性把控，成为确保结构设计有效性与创新性的关键起点。在建筑结构设计领域中，概念设计不仅是空间形态和功能布局的初步构想，更是针对结构安全、经济以及美学等因素的综合考量路线图[1]。当概念设计深入到项目的核心，它像指南针一样引导整个建筑的骨架走向，保证结构设计师能够在尊重原有概念的基础上，提出既切实可行又具有前瞻性的结构方案。

在这一过程中，概念设计的导向性不单纯体现于外在形式的启发，更深入地触及到结构本质的探索。比如，选择何种结构系统能最大限度地响应概念设计对开放空间或灵活使用的诉求，或者如何通过创新的结构设计来营造设计概念中所追求的光线效果和视觉流动性。这要求结构设计师在深刻理解概念设计的要旨基础上，运用专业知识和创新技术对结构方案做出精确且敏感的响应。例如，结构材料的选择和工艺处理，就必须考虑到其在实现概念设计愿景中的作用。这样，导向作用便转化为实体结构设计时的具体参数，如材料强度的计算、梁柱的尺寸优化，甚至是构件连接细节的精致打磨，每一环都密不可分、环环相扣。

（二）概念设计与结构系统的整合

概念设计与结构系统的整合是建筑设计中实现具有持久影响力作品的重要途径，它决定了一个建筑在功能实用性、结构稳定性和视觉美感之间是否达到卓越的平衡。精心策划的概念设计不断推动着结构工程的边界，引导结构工程师探索可持续发展、自然环境适应性及技术创新等方面的全新可能性[2]。当概念设计确立后，结构系统的选择和发展就必须与之融合无缝，这涉及到对材料的革新运用、对力学性能的精准预测以及对造价与施工期限的严格控制。例如，穹顶结构可以体现概念设计中对空间连续性的追求，而紧张结构则可以满足对轻盈透视效果的期望。这样的结构方案坚固支撑了概念设计，将抽象的艺术创想转化为具体的物理形态。

此外，随着计算机辅助设计与数字仿真技术的飞速发展，结构工程师能够在设计阶段通过复杂的数值分析验证结构系统与概念设计的兼容性，从而最大化地提高结构效率与安全性。这要求结构设计不仅仅局限于传统的静力分析，还需要对动态载荷、疲劳寿命及施工过程中的结构响应进行细致的研究。

（三）概念设计对结构创新的推动作用

概念设计在建筑结构的创新过程中起到了推动器的作用，它不仅为结构设计师提供了实现创意的平台，还点燃了探索未知领域的想象力。随着对建筑物理形态、空间利用以及环境背景的深入挖掘，概念设计促使结构工程师灵活运用并扩展传统与现代结构理论，发掘出革新性的结构解决方案。例如，在非线性动力学及高性能材料等领域的新发现，被巧妙应用于复杂几何形态和自适应外壳系统的设计中，这些结构创新不但强化了建筑的功能性和持久性，也丰富了建筑的视觉和审美感受。

每一项结构创新都以概念设计为前提，反映了一个时代的技术突破与文化追求。从古老的拱顶结构演变至当代的张拉膜结构，正是源于对概念设计深层次含义的挖掘和理解。结构设计师需在概念的驱动下，采用新材料、新工艺、新方法，以及计算设计和数据分析等多维度手段，对结构类型进行革命性思考和设计[3]。这样的思维模式不仅改变了传统结构的制造和施工方式，更通过对重力、风载、地震等自然力的主动响应和精细调控，打破了建筑性能与形态之间旧有的局限性，催生出既安全可靠又栩栩如生的建筑作品，成为城市景观和文化记忆中不可或缺的篇章。概念设计在建筑结构设计中的运用分析见表1.

表1:概念设计在建筑结构设计中的运用分析

三、概念设计在应对建筑挑战中的应用

（一）概念设计在可持续建筑中的作用

概念设计在可持续建筑实践中扮演了至关重要的角色，它不仅旨在解决资源效率和环境影响的问题，更是引导项目从最初阶段就融入可持续发展理念的催化剂。具体而言，概念设计能够确保建筑结构的设计不但满足当下需要，而且预见未来可能的改变和适应，如气候变化、技术革新和社会演变。通过纳入太阳能利用、雨水收集、自然通风等绿色策略，概念设计推动着建筑从被动适应向主动优化转变，致力于创造出对环境最小影响的同时，实现能源自给自足的闭环系统。

在执行概念设计时，考虑建筑整个生命周期内的环境足迹变得尤为重要，这包括材料的选取、建筑的施工以及运营过程中的能耗和维护。一个深度融合可持续发展理念的概念设计，会优先选择可回收、再生或有低环境影响的材料，同时优化建筑的形态与方位，以减少能量需求并延长建筑的有效使用寿命。

（二）概念设计在异常条件下的重要性

概念设计在应对建筑面临的异常条件中扮演至关重要的角色，它的领先思维确保了建筑能够适应并抵御不可预见的自然灾害、环境变化和人为破坏。在这种前瞻性设计过程中，建筑师不单要创造赏心悦目的空间，同时须注入对持久性与适应性的深刻理解，使建筑在功能、安全和耐久性方面都具备弹性。例如，在地震带的区域进行概念设计时，必须优先考虑抗震结构的实现，这可能涉及采用创新的减震设施、灵活的建筑框架以及专门设计的基础隔离技术来最小化地震力对建筑物的冲击[4]。同样，针对高风区的建筑，概念设计需集成风荷载评价，并注重建筑外形和立面的气动效果，从而降低风压对结构的威胁。

当涉及到极端气候条件，诸如洪水或严重的温差，概念设计的策略能够促进建筑师选择合适的材料、恰当的建筑布局以及节能减排的系统设计，保障建筑的使用安全和舒适性。此类设计不仅仅关注短期内的抵抗能力，也延伸至长期对建筑维持和修复的考量，包括灵活的内部空间布局和模块化的组件，以应对未来可能出现的空间需求变化和结构升级，这种以概念为驱动的设计思路确保了建筑物即使在类似大型停电、水资源匮乏等突发状态下也能继续正常运作，成为真正的安全庇护所。

四、结语：

综上所述，概念设计在建筑结构设计领域内扮演着至关重要的角色。它不仅指明设计方向，还整合结构系统并推动结构创新，是确保建筑能有效应对可持续性挑战和各类异常条件的关键。随着地球资源的减少、气候变化的影响日渐加剧及人类生活环境的复杂性提升，概念设计的重要性将愈发突出。

参考文献：

[1]覃飞龙.概念设计与结构措施在建筑结构设计中的应用[J].佛山陶瓷,2023,33(09):139-141.

[2]刘华新,孙志屏,孙荣书.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].辽宁工程技术大学学报,2007,(02):222-224.

[3]曹康进.概念设计及结构措施在建筑结构设计中的运用分析[J].低碳世界,2023,13(04):82-84.

[4]左皓.建筑结构设计中概念设计与结构措施的应用探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2022,(26):64-66.