浅析建筑结构设计中的概念设计

姜久强

摘要：迄今为止，我国建筑结构设计一直都循规蹈矩，按部就班的进行，所以，我们急需要对建筑结构设计进行创新，采用新的设计思想，并且大力推动结构工程师的思维创造，使结构设计得到更好的发展。

关键词：建筑设计；概念设计；结构设计；抗震

1 概念设计的涵义

概念设计从广义上来讲就是建筑结构从最初成立设计方案起，就必须正确的认识到建筑结构中的抗震因素，并且把这一重要因素融入到整个结构设计当中，像建筑物的体形，建筑物的结构体系，建筑物的构件延展性等一系列可能遇到的问题。概念设计一定要从宏观的角度上进行全方面的评估、评价、评定，在有针对性的进行计算和构造措施。这样一来能更好的解决关于建筑物抗震这一不可抗力因素，增加建筑物的抗震性能，以便达到设计的最终目的。换言之，建筑结构设计中的概念设计就是充分利用建筑工程师的丰富创造力和思维判断能力，依据大量地震灾害的实例，结构抗震收获了许多宝贵的经验，并且总结出自己的原则，以宏观的角度去观察结构设计的基本问题。所以，建筑工程师在进行设计的时候一定要充分了解整个建筑物的结构特点以及抗震性，还要充分考虑到如果发生震动，建筑物相应的承受能力，找出问题的关键，解决矛盾，用正确的方式方法进行概念设计，这样才会获得成功。因为，概念设计所涉及的范围非常广泛，所以不仅要分析整个建筑物的设计总方案，还要有非主材料的使用方法以及主要部分的详细构造。

2 结构总体设计的注意要点

2.1 延性耗能

在整体建筑结构的全面设计上要注意的是加强关于薄弱环节的处理，尽可能的做到相等的程度。与此同时，建筑结构在使用过程中应该处于一个较为完善的地方这样才能把能量消耗到最大，在详细的设计过程中梁是一个不可不考虑的环节，例如：建筑物的框架梁等等。结构延性的表示方法普遍采用延性系数，结构延性所表示的是结构极限变形以及屈服变形的比值，其中极限变形包括了位置移动、转变角度和曲率，除此之外，结构延性还可以用位移延性系数或者是转角延性系数等来表示，系数的比值越大就代表结构延性越好。

在进行设计的时候为了更好的提高钢筋混凝土梁的延性，可以采取以下五项措施：

（1）首先，应该选择适合的梁截面尺寸，这样能与配筋率相吻合。所以，相对于地震高发区的建筑物梁的配筋率要在很大程度上相较于梁的最高配筋率要低很多。

（2）将梁混凝土的强度进行提高，增强其等级，对钢筋延性有利的是中低级钢筋。

（3）T形梁比矩形梁延性好。

（4）要想提高钢筋混凝土梁的延性还需注意到加密箍筋。特别是在地震高发区建筑物的钢筋混凝土其位移延性系数的要求最小也要大于4。

2.2 多道防线设计

近几年来，出现了一种新的抗震理念，每当建筑结构受到非常强烈的地震，其震动的主脉冲在周期的作用下有两方面因素：一是利用建筑结构中增设的材料使其变形，来耗费和分散地震中所输入的能量，二是利用结构的破坏性，建筑结构起到一个承上启下的作用，使建筑结构成为一个稳定的体系，以便实现建筑结构因为周期而发生的变化，这样一来还能避开建筑物因为震动的周期时间过长而引发的共振效应。这种通过对建筑结构的特性进行适当的控制，从而减轻了建筑物的损坏度，主要目的就是针对高程度的地震，这样是一种非常有效的方式方法。

2.3 妥善处理非结构部件

非建筑结构部件主要是指针对一般建筑结构，像承受重力荷载、风、地震等侧力荷载的部分都是不需要考虑的因素。但是，建筑结构在实际的地震作用当中，关于高层的建筑中，某些部件都参与到工作中去，使得整个建筑结构部件的刚度、承载能力、传力路线都将受到改变。这样一来就会导致建筑物在概念设计的时候没有预估到的部分受到地震的损害。以上这些影响在钢筋混凝土框架体系当中，高层建筑物是最为普遍的。

2.4 砌体填充墙的抗震作用

2.4.1可以将建筑结构的强度增加，从而使自震的周期减短，这样就会使水平地震的力量扩大到30%～50%之间。

2.4.2 改变了建筑结构的地震剪力分布情况。

2.4.3 一般情况下砌体填充墙的抗推刚度都是较大的，这样在很大程度上限制了建筑物框架的变形，使得建筑物结构的地震幅值整体的减小了。

2.5 建筑物的柱端受到地震的损害

在地震发生过程中，建筑物角柱上端被嵌砌在建筑物框架间的砖墙顶断，这种情况是非常典型的柱端地震损害。在建筑物框架体系进行设计的时候，要把这些因素考虑其中，并且采取有效恰当的防御措施。

2.6 形成短柱破坏

采用钢筋混凝土框架的高层建筑，根据建筑物框架和柱的承载能力以及破坏性来讲，这种情况下就属于长柱。但是，窗裙墙对建筑物框架和柱有着约束性而且是刚性的，这样一来就减短了建筑物柱的有效长度，从而使建筑物柱变成短柱，其承担的地震力增加，就会出现剪切破坏的现象。

以上情况说明，采用合理有效的维护方案是防止短柱破坏的最有利方法。在进行概念设计或者是施工图中应该明确的进行说明。

3 在具体建筑结构设计中的概念设计实例

X市X区X项目情况如下：在土地上楼高30多层共有120米，地下高3层，而地下3层是5级人防。此建筑物结构属于超高层建筑结构，结构体系为框架剪力墙。在建筑方案的概念设计阶段，建筑物框架的轴线尺寸已经由建筑物来确定，建筑物的梁和建筑物柱的截面尺寸应该根据建筑物竖向的荷载能力以及震害程度来最终确认。最后面临的问题是关于剪力墙怎么样进行布置，剪力墙的数量是多少。这两方面对于建筑物结构的安全性以及技术经济的合理性起到非常关键的作用，这也能体现出建筑物结构体系的优越性。所以，建筑物结构工程师在最初对方案进行设计的时候应该积极思考，预算处剪力墙的面积大小，并结合建筑要求将方案做到经济、合理、有效、实用。

3.1 概念设计中剪力墙的布置

正常情况下，剪力墙应该在建筑物的横向和纵向同时进行布置工作，并且使横向和纵向的自震周期相接近。在不是抗震设计的情况下，通常只允许设立横向的剪力墙，一般这个时候，纵向的风力将会由纵向的框架进行承受。剪力墙的片数一旦增多，就需要剪力墙均匀和分散，剪力墙的片数刚度应该较小，换言之，就是说剪力墙中会有很多短的剪力墙，在建筑物中应该在每层当中均匀分布，而不是集中在一个区域。一方面来讲，剪力墙的对称性可以很大程度上避免或者是减少扭矩。另一方面来讲，剪力墙只要沿着墙周边进行布置工作就可以加大抗扭转性。

3.2 概念设计中剪力墙的平面位置

竖向荷载较大有以下优点：一是，荷载的重力越大所引发的地震作用就随之增大，这样就可以直接传到剪力墙之上。二是，剪力墙所承受的弯矩和剪力都是非常大的，这样一来就会有非常大的轴向压力进行平衡能力，这样做的原因是可以将墙体的拉应力减到最小，将墙体的剪力和承载能力提升。

3.3 概念设计中的剪力墙最大间距

在建筑物框架和建筑物剪体系当中，剪力墙主要用途是抗震构件，并且承担着八成以上的抗地震能力，而建筑物框架是紧随其后的抗震体系，承担着很小一部分的抗震能力。要想把建筑物框架在建筑物的建筑体系凸显出来，就要把剪力墙作为侧向支撑在建筑物中，这样在地震力的作用下建筑物水平变形就控制在很小的范围之内。概念设计在实际建筑工程中，剪力墙的墙间距普遍都是在固定范围值内。

参考文献

[1]高立人，王跃.结构设计的新思路-概念设计[J].工业建筑，1999（1）.

[2]戴国莹，李德虎.建筑结构抗震鉴定及加固的若干问题[J].建筑结构，1999（4）.

[3]林同炎，S·D·思多台斯伯利.结构概念和体系[M].中国建筑工业出版社.