李义喜

广西建工集团第一建筑工程有限责任公司综合设计研究院

浅析建筑结构设计中的概念设计

李义喜

广西建工集团第一建筑工程有限责任公司综合设计研究院

现如今，建筑行业发展迅速，建筑工程结构设计已经逐渐朝向多元化方向发展。在建筑结构设计中，可以融入概念设计，这样不仅能够保证建筑工程基本使用功能，而且有利于提升建筑工程美观性。对此，本文首先对建筑结构设计与概念设计进行了介绍，以期为建筑工程结构设计提供参考。

结构设计；概念设计

所谓的概念设计一般指不经过数值分析计算，尤其在一些难以作出精确分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。

强调结构概念设计旨在要求建筑师和结构工程师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定，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，下面重点阐述结构抗震概念设计的基本原则：

(1)结构的简单性

结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径，结构的计算模型、内力和位移分析以及限制薄弱部位出现易于把握，对结构抗震性能的估计也比较可靠。

(2)结构的规则和均匀性

结构沿建筑物竖向，建筑造型和结构布置比较均匀，避免刚度、承载能力和传力途径的突变，以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位。这些部位将产生过大的应力集中或过大的变形，容易导致结构过早地倒塌。

建筑平面比较规则，平面内结构布置比较均匀，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量和刚度之间的偏心。建筑平面规则、结构布置均匀，有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌，使地震作用能在各子结构之间重分布，增加结构的赘余度数量，发挥整个结构耗散地震能量的作用。

(3)结构的刚度和抗震能力

水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常，可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。结构的抗震能力则是结构承载力及延性的综合反映。结构刚度选择时，虽可考虑场地特征，选择结构刚度，以减少地震作用效应，但也要注意控制结构变形的增大，过大的变形将会因P-Δ效应过大而导致结构破坏。结构除需要满足水平方向的刚度和抗震能力外，还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。现有抗震设计计算中不考虑地震地面远动的扭转分量，在概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。

(4)结构的体系及关键部位

结构体系是结构设计应把握的重要问题，应注意体系的合理性问题，优先采用抗震能力强、延性好、耗能能力强、便于施工的具有多道防线的结构体系，如采用设置耗能连梁的抗震墙结构、框架抗震墙、框架筒体结构等，避免采用抗震能力较低的板柱抗震墙结构、框架结构、尤其是单跨框架结构等。注意对承载力和刚度及延性的合理把握。采用合理的地基基础方案。注意对结构体系的关键构件、关键部位的把握，实现“强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱构件及强柱根”的设计理念，注意对竖向构件加强部位、楼面结构的加强部位、地基基础的加强部位等的把握。

(5)结构的整体性

建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用，楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构，而且要使这些子结构能协调承受地震作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使各抗侧力子结构能协同工作。楼盖体系最重要的作用是提供足够的面内刚度和抗力，并与竖向各子结构有效连接，当结构空旷、平面狭长或平面凹凸不规则或楼盖开大洞口时，更应特别注意。设计中不能误认为，在多遇地震作用计算中考虑了楼板平面内弹性变形影响后，就可削弱楼盖体系。

建筑结构设计尤其是高层建筑结构设计，应当非常重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性，发生地震时地震动的不确定性，人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性，高层结构的计算尤其是抗震分析的精确性，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。

概念设计是通过无数的事故分析，历年来国内外震害分析，模拟实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。有些概念设计的要求，为整个设计设置了二道防线，保证了建筑物的安全、可靠。合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。

历次地震表明，我国地震区划图所规定的烈度有很大的不确定性，抗震设计还处在摸索阶段，地震理论还有待完善，重视结构的概念设计，是抗震设计应把握的要点，也是对地震理论不完善所采取的弥补措施，结构概念设计应重视概念轻精度，但也不是拒绝进行复杂结构设计，而是要求在处理复杂结构设计时明确：什么是结构设计的最佳选择，采用不合理的结构设计方案或结构布置可能会带来什么样的后果，需要采取哪些补救或加强措施，并对这些措施的合理性和有效性作出客观的评价，以保证结构性能目标的实现，确保结构安全，结构概念概念设计不是指手画脚的空洞说教，而是具有丰富内涵的实实在在的工作。

小结：

现代建筑的高速发展给结构设计带来了诸多机遇与挑战，新颖的结构、新的高性能材料的研究和应用，这些都在结构设计规范中无法找到对应的条款，并且无以往工程经验作为参照，因此结构工程师要协调建筑师完成其构思，必定需要积极的探索和研究慨念设计的思想和理念并且在设计全过程中贯彻执行。

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

[2]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

[3]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010

[4]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011