建築概念設計

最佳的設計往往是通過概念設計來實現的，而概念設計又往往先於初步設計；它協調建築功能、結構功能、造型美觀和建造條件之間的關係，是整個設計工作的靈魂。

概念設計是指根據理論與實驗研究結果和工程經驗等形成的基本設計原則和設計思想，進行建築和結構的總體佈置，並正確確定細部構造的過程。

概念設計包括建築概念設計和結構概念設計兩個方面。建築概念設計是對滿足建築使用功能且造型優美、技術先進的總建築方案的確定；結構概念設計是在特定的建築空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計。結構概念設計旨在有意識地處理構件與結構、結構與結構的關係，滿足結構的功能要求和建築功能的需要，以及技術經濟可能的設計原則，確定最優的結構體系，選擇適用的建築材料和合理的關鍵部位構造、結合適宜的施工及合理的效益達到房屋設計的統一。 ^[1] 

概念設計是一個設計的階段，根據設計對象的構思策略．使用簡單明瞭的表達形式來對構思進行探討，這樣的策略和形式結合的過程，可以認為是概念設計。

設計作為一種創造，需要用創新去詮釋。例如要設計一個圖書館，因為可能若干時間後由於信息業的飛速發展，環保等等的變化，書的實體已不再是紙張而超越了現實時，那麼，圖書館概念的新形式將是什麼呢?

建築概念設計是Panl&Beitz於1981年在其《Engineering Design》一書中提出後，許多學者開始以這一名詞定義設計方案的初始階段。在產品的概念設計過程中，自由度是整個產品開發過程中最大的，自由度大，對設計人員的約束相對較少，不確定因素多，創新的空間大，設計的知識相應也較少，是最可能發揮創造力的時候。

建築概念設計對於方案設計的擴展和延伸，它的創新性、多樣性和工程設計間的相關性十分突出。設計師應相應具有工程科學、專業知識、產品加工方法和商業運作等多方面知識，才能提高設計成果的成功率。

產品開發的週期可分為需求分析、概念設計、詳細設計、工藝分析、加工製造等不同階段，遵從產品開發的相關規律，根據成本沉澱理論，產品總價值約80%～85%是生產研發階段決定的，其中75%是在產品概念設計階段決定的。

另一方面，產品設計初期相應的設計知識較少，設計自由度大．對設計人員的約束少，創新的空間廣。隨着設計過程的進行，設計知識逐漸增加，設計的自由度也相應減少。

因此，早期的創新決策對最終產品有決定性的作用。要實現產品研發創新，企業關注的焦點，應該沿着產品生命週期逐步前移。主要移在產品研發的早期階段（包括需求分析和概念設計階段）。

建築設計是建築產品的研發過程，如圖1所示。

作為建築產品的研發過程，它感性地解釋了建築概念設計在整個設計過程的決定性作用。 ^[2] 

概念設計是指根據理論與試驗研究結果和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建築和結構的總體佈置並確定細部構造的過程。

國內外歷次大地震和風災的經驗教訓使人們越來越認識到建築設計階段中概念設計的重要性。尤其是結構抗震概念設計對結構的抗震性能將起決定性的作用。高層建築設計尤其是在高層建築抗震設計中，應當非常重視概念設計。這是因為高層建築結構的複雜性，發生地震時震動的不確定性，人們對地震時結構響應認識的侷限性與模糊性。

高層結構計算尤其是抗震分析計算的精確性，材料性能與施工安裝時的變異性以及其他不可預測的因素，致使設計計算結果可能和實際相差較大，甚至有些作用效應至今尚無法定量計算出來。因此在設計中，雖然分析計算是必須的，也是設計的重要依據，但僅此往往不能滿足結構安全性，可靠性的要求，不能達到預期的設計目標，還必須非常重視概念設計，從某種意義上講，概念設計甚至比分析計算更為重要，結構抗震概念設計的目標就是使整體結構能發揮耗散地震能量的作用，避免結構出現敏感的薄弱部位，以致地震能量的耗散僅集中在極少數薄弱部位導致結構過早破壞。這就要在結構設計中儘可能地使結構“簡單，規則，均勻，具有良好的結構整體性，足夠的結構剛度和抗震能力”，這也是結構抗震概念設計的基本原則。

為了使結構實現以上要求，達至小震不壞，中震可修，大震不倒的目的，應考慮下述的設計基本要求。

（1）合理選擇結構體系。對於鋼筋混凝土結構，一般來説純框架結構抗震能力較差；框架一剪力牆結構性能交好；剪力牆結構和簡體結構具有良好的空間整體性，剛度也較大，歷次地震中震害較小。

（2）平面佈置力求簡單，規則，對稱，避免應力集中的凹角和狹長的縮頸部位；避免在凹角和端部設置樓電梯間；避免樓電梯間偏置，以免產生扭轉的影響。

（3）豎向佈置儘量避免外挑，內收也不宜過多，過急，力求剛度均勻漸變，避免產生變形集中。

（4）結構承載力，變形能力和剛度要均勻連續分佈，適應結構的地震反應要求。某一部位過強，過剛也會使其他樓層形成相對薄弱環節而導致破壞。頂層，中間層取消部分牆柱形成大空間層後，要調整剛度並採取構造加強措施。底層部分剪力牆變為框支柱或取消部分柱子後，比上層剛度削弱更為不利，應專門考慮抗震措施。

不僅主體結構，而且非結構牆體（特別是磚砌體填充牆）的不規則，不連續佈置也可能引起剛度的突變。

（5）高層建築突出屋面的塔樓必須具有足夠的承載力和延性，以承受高振型產生的鞭梢效應影響。必要時可採用鋼結構或型鋼混凝土結構。

（6）在設計上和構造上實現多道設防。如框架結構採用強柱弱梁設計，梁屈服後柱應能保持穩定；框架一剪力牆結構設計成連梁首先屈服，然後是牆肢，框架作為第三道防線；剪力牆結構通過構造措施保證連梁先屈服，並通過空間整體性形成高次超靜定等。

（7）合理設置防震縫。一般情況下宜採取調整平面形狀與尺寸，加強構造措施，設置後澆帶等方法儘量不設縫，少設縫。必須設縫是必須保證有足夠的寬度。

（8）節點的承載力和剛度要與構件的承載力與剛度相適應。節點的承載力應大於構件的承載力。要從構造上採取措施防止反覆荷載作用下承載力和剛度過早退化。裝配式框架和大板結構必須加強節點的連接構造。

（9）保證結構有足夠剛度，限制頂點和層間位移。在小震時，應防止過大位移使結構開裂，影響正常使用；中震時，應保證結構不至於嚴重破壞，可以修復；在強震下，結構不應發生倒塌，也不能因為位移過大而使主體結構失去穩定或基礎轉動過大而傾覆。

（10）構件設計應採取有效措施防止脆性破壞，保證構件有足夠的。脆性破壞指剪切，錨固和壓碎等突然而無事先警告的破壞形式。設計是應保證抗剪承載力大於抗彎承載力，按“強剪弱彎”的方針進行配筋。為提高構件的抗剪和抗壓能力，加強約束箍筋是有效措施。

（11）保證地基基礎的承載力，剛度和有足夠的抗滑移，抗扭動能力，使整個高層建築成為一個穩定的體系，防止產生過大的差異沉降和傾覆。

（12）減輕結構自重，最大限度的降低地震的作用。

總之，設計中不能陷入只憑計算的誤區。若結構嚴重不規則，整體性差，則僅按結構設計計算水平，難以保證結構的抗震，抗風性能，尤其是抗震性能。所以概念設計在結構設計中由為重要。概念設計實際上是通過無數的事故分析，歷年來國內外震害分析，模型試驗的定量定性分析以及長期以來國內外的設計與使用經驗分析，歸納，總結出來的。而這些原則，規定與方法往往是基礎性，整體性，全局性和關鍵性的。通過概念設計選擇合理的結構方案是安全可靠的優秀設計的基本保證。 ^[3]