[科普中国]-建筑概念设计

建筑概念设计是对满足建筑使用功能且造型优美、技术先进的总建筑方案的确定。1

概述最佳的设计往往是通过概念设计来实现的，而概念设计又往往先于初步设计；它协调建筑功能、结构功能、造型美观和建造条件之间的关系，是整个设计工作的灵魂。

概念设计是指根据理论与实验研究结果和工程经验等形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构的总体布置，并正确确定细部构造的过程。

概念设计包括建筑概念设计和结构概念设计两个方面。建筑概念设计是对满足建筑使用功能且造型优美、技术先进的总建筑方案的确定；结构概念设计是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。结构概念设计旨在有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系，满足结构的功能要求和建筑功能的需要，以及技术经济可能的设计原则，确定最优的结构体系，选择适用的建筑材料和合理的关键部位构造、结合适宜的施工及合理的效益达到房屋设计的统一。1

建筑概念设计的提出与分析建筑概念设计的含义概念设计是一个设计的阶段，根据设计对象的构思策略．使用简单明了的表达形式来对构思进行探讨，这样的策略和形式结合的过程，可以认为是概念设计。

设计作为一种创造，需要用创新去诠释。例如要设计一个图书馆，因为可能若干时间后由于信息业的飞速发展，环保等等的变化，书的实体已不再是纸张而超越了现实时，那么，图书馆概念的新形式将是什么呢?

建筑概念设计的发展建筑概念设计是Panl&Beitz于1981年在其《Engineering Design》一书中提出后，许多学者开始以这一名词定义没计方案的初始阶段。在产品的概念设计过程中，自由度是整个产品开发过程中最大的，自由度大，对设计人员的约束相对较少，不确定因素多，创新的空间大，设计的知识相应也较少，足最可能发挥创造力的时候。

建筑概念设计对于方案设计的扩展和延伸，它的创新性、多样性和工程设计间的相关性十分突出。设计师应相应具有工程科学、专业知识、产品加工方法和商业运作等多方面知识，才能提高设计成果的成功率。

建筑概念设计的理论机制及思路产品开发的周期可分为需求分析、概念设计、详细设计、工艺分析、加工制造等不同阶段，遵从产品开发的相关规律，根据成本沉淀理论，产品总价值约80%～85%是生产研发阶段决定的，其中75%是在产品概念设计阶段决定的。

另一方面，产品设计初期相应的设计知识较少，设计自由度大．对设计人员的约束少，创新的空间广。随着设计过程的进行，设计知识逐渐增加，设计的自由度也相应减少。

因此，早期的创新决策对最终产品有决定性的作用。要实现产品研发创新，企业关注的焦点，应该沿着产品生命周期逐步前移。主要移在产品研发的早期阶段（包括需求分析和概念设计阶段）。

建筑设计是建筑产品的研发过程，如右图所示。

作为建筑产品的研发过程，它感性地解释了建筑概念设计在整个设计过程的决定性作用。2

高层建筑概念设计概念设计是指根据理论与试验研究结果和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。

国内外历次大地震和风灾的经验教训使人们越来越认识到建筑设计阶段中概念设计的重要性。尤其是结构抗震概念设计对结构的抗震性能将起决定性的作用。高层建筑设计尤其是在高层建筑抗震设计中，应当非常重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性，发生地震时震动的不确定性，人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性。

高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性，材料性能与施工安装时的变异性以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果可能和实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。因此在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅此往往不能满足结构安全性，可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，还必须非常重视概念设计，从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要，结构抗震概念设计的目标就是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位，以致地震能量的耗散仅集中在极少数薄弱部位导致结构过早破坏。这就要在结构设计中尽可能地使结构“简单，规则，均匀，具有良好的结构整体性，足够的结构刚度和抗震能力”，这也是结构抗震概念设计的基本原则。

为了使结构实现以上要求，达至小震不坏，中震可修，大震不倒的目的，应考虑下述的设计基本要求。

（1）合理选择结构体系。对于钢筋混凝土结构，一般来说纯框架结构抗震能力较差；框架一剪力墙结构性能交好；剪力墙结构和简体结构具有良好的空间整体性，刚度也较大，历次地震中震害较小。

（2）平面布置力求简单，规则，对称，避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间偏置，以免产生扭转的影响。

（3）竖向布置尽量避免外挑，内收也不宜过多，过急，力求刚度均匀渐变，避免产生变形集中。

（4）结构承载力，变形能力和刚度要均匀连续分布，适应结构的地震反应要求。某一部位过强，过刚也会使其他楼层形成相对薄弱环节而导致破坏。顶层，中间层取消部分墙柱形成大空间层后，要调整刚度并采取构造加强措施。底层部分剪力墙变为框支柱或取消部分柱子后，比上层刚度削弱更为不利，应专门考虑抗震措施。

不仅主体结构，而且非结构墙体（特别是砖砌体填充墙）的不规则，不连续布置也可能引起刚度的突变。

（5）高层建筑突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受高振型产生的鞭梢效应影响。必要时可采用钢结构或型钢混凝土结构。

（6）在设计上和构造上实现多道设防。如框架结构采用强柱弱梁设计，梁屈服后柱应能保持稳定；框架一剪力墙结构设计成连梁首先屈服，然后是墙肢，框架作为第三道防线；剪力墙结构通过构造措施保证连梁先屈服，并通过空间整体性形成高次超静定等。

（7）合理设置防震缝。一般情况下宜采取调整平面形状与尺寸，加强构造措施，设置后浇带等方法尽量不设缝，少设缝。必须设缝是必须保证有足够的宽度。

（8）节点的承载力和刚度要与构件的承载力与刚度相适应。节点的承载力应大于构件的承载力。要从构造上采取措施防止反复荷载作用下承载力和刚度过早退化。装配式框架和大板结构必须加强节点的连接构造。

（9）保证结构有足够刚度，限制顶点和层间位移。在小震时，应防止过大位移使结构开裂，影响正常使用；中震时，应保证结构不至于严重破坏，可以修复；在强震下，结构不应发生倒塌，也不能因为位移过大而使主体结构失去稳定或基础转动过大而倾覆。

（10）构件设计应采取有效措施防止脆性破坏，保证构件有足够的。脆性破坏指剪切，锚固和压碎等突然而无事先警告的破坏形式。设计是应保证抗剪承载力大于抗弯承载力，按“强剪弱弯”的方针进行配筋。为提高构件的抗剪和抗压能力，加强约束箍筋是有效措施。

（11）保证地基基础的承载力，刚度和有足够的抗滑移，抗扭动能力，使整个高层建筑成为一个稳定的体系，防止产生过大的差异沉降和倾覆。

（12）减轻结构自重，最大限度的降低地震的作用。

总之，设计中不能陷入只凭计算的误区。若结构严重不规则，整体性差，则仅按目前的结构设计计算水平，难以保证结构的抗震，抗风性能，尤其是抗震性能。所以概念设计在结构设计中由为重要。概念设计实际上是通过无数的事故分析，历年来国内外震害分析，模型试验的定量定性分析以及长期以来国内外的设计与使用经验分析，归纳，总结出来的。而这些原则，规定与方法往往是基础性，整体性，全局性和关键性的。通过概念设计选择合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。3

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学