浅议建筑结构设计中的抗震概念设计

　　摘要：概念设计的思想被越来越多的结构工程师所接受，并将在结构设计中发挥越来越大的作用。概念设计是一种先进的设计思维的体现，结构工程师可以利用其完成对特定建筑空间的设计并形成总体结构方案，同时将构件与结构、结构与结构之间的关系看得更加透彻清晰。在不借助计算机的情况下，通过简单计算就能正确定性，帮助建筑师选择最佳的设计方案。
　　关键词：概念设计，建筑，结构
　　引言
　　随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力是相当必要的，因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。
　　1概念设计的理念分析
　　概念设计的理念是一种设计思维方式的改进，概念的含义就是用笼统而科学的思维方式来确定一些设计上的难点，一般是不需要进行精确计算的设计问题。因为这种问题在设计中很难给出确定的答案，尤其是在抗震设计中，按照整体结构体系和分体结构之间的力学关系，来解释地震所造成的对建筑物的损害。这种损害很难用精确的数据来衡量，因为地震本身所产生的破坏力就是一个不确定的数值，一味地提高建筑物的刚性是不恰当的。因此从抗震的角度看，利用宏观的概念性估算的设计思维更加符合抗震的需求。这就是概念设计理念的基本内涵。
　　概念设计是一种先进的设计思维的体现，结构工程师可以利用其完成对特定建筑空间的设计并形成总体结构方案，同时将构件与结构、结构与结构之间的关系看得更加透彻清晰。在不借助计算机的情况下，通过简单计算就能正确定性，帮助建筑师选择最佳的设计方案，优化结构并降低成本。
　　概念设计的理念优势还在于对它可以弥补一些结构设计理论和计算理论中存在的一些缺陷和不可预见性。如：对混凝土结构的设计。内力计算公式基于弹性理论，而截面积的计算是建立在塑性理论的基础上，这两种方法从根本上看是矛盾的，因此计算的结果跟实际情况是有差距的，用概念设计的思路可以弥补这类计算的漏洞。
　　概念设计也是施工图设计阶段判断计算机计算结果可靠与否的主要依据。例如：结构模型的简化与实际情况不符，程序的计算假定与实际情况不符，输入数据的错误、参数选择的错误等，都会影响最终的计算结果，这时就要运用概念设计对计算结果加以判断和甄别。
　　2抗震概念设计
　　2．1传统设计思维对建筑抗震的影响
　　传统结构设计的计算理论为建筑设计提供的是结构设计中对结构抗力的研究和计算。这种传统的设计思维使得结构工程师过度注重细节。而不是整体结构形式。抗震设计中传统的设计思路不能完全适用于结构设计，完全的照本宣科只能让结构趋向不合理。
　　2．2抗震概念设计
　　在抗震设计中，概念设计的应用已经成为设计者关注的设计理念。建筑抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。概念设计包含极为广泛的内容，选择对抗震有利的结构方案和布置。采取减少扭转和加强抗扭刚度的措施，设计延性结构和延性结构构件，分析结构薄弱部位，并采取相应的措施，避免薄弱层过早破坏，防止局部破坏引起连锁效应，避免设计静定结构，采取二道防线措施等。应该说，从方案、布置、计算到构件设计、构造措施每个设计步骤中都贯穿了抗震概念设计内容。
　　3概念设计的应用分析
　　3．1概念设计应重视结构规律
　　在建筑的概念设计中应当对建筑的体型设计进行合理的概念化修正，力求简单、规则、对称、在质量和刚度上分布应当均匀，避免局部刚性过大。建筑和结构的布局是否对抗震有利是概念设计中首先要思考的问题。简单对称的建筑在地震中的实际反映和应力分析都是容易做到的，且容易达到一致。凹凸的立面和错层设计虽然可以达到很好的艺术效果。但是在地震时却会产生复杂的地震效应。很难实现抗震的最佳效果。
　　3．2概念设计在结构体系上的应用
　　任何建筑结构都是由水平构件和竖向构件组成的空间结构，竖向荷载由水平构件承担并传递给竖向构件。最后传递给基础。水平荷载由水平构件和竖向构件共同组成抗侧力体系承担并传递给基础。不同的竖向构件组成不同的抗侧力体系，常见的抗侧力体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、框架-核心筒、筒中筒、束筒等以及这些抗侧力体系的组合。抗侧力体系是结构是否安全、合理、经济的关键。概念设计在结构体系上的应用就是依据建筑物的抗震等级和建筑物的高度选择合适的抗侧力体系并合理布置，通过概念近似手算来确定结构设计方案的可行性及主要构件的基本尺寸。延性是建筑结构一个很重要的特性。建筑结构的承载力和延性是一对矛盾，概念设计就是要选择合适的结构体系并合理布置，使结构的承载力和延性相协调。地震中的扭转对结构的危害很大，刚度大的抗侧力构件沿结构外围布置有利于结构抵抗扭转。
　　3．3概念设计在结构构件上的应用
　　抗震的实现还要有构件的支持，因此在抗震结构中各种构件都应当具备合理的强度和刚度，并且形成可靠性连接。建筑结构是一个多次超静定结构。抗震结构应设置多道抗震防线，在地震作用下允许部分构件先屈服或破坏，剩余的结构依然能形成独立的结构，可以承受竖向荷载和地震力，这是结构抗震耗能的一种措施。合理预见并控制结构先屈服或破坏的部位，适当处理构件强弱关系。使结构形成多道抗震防线，是结构概念设计的重要内容。
　　概念设计中应避免非结构构件的设置不合理，从而影响到整个结构的受力情况，导致抗震效果的下降。所以在设计中可以采用如下方法：做好细部构造的设计，防止非结构构件直接进入到抗震体系：防止非结构构件在地震的作用下出现平面性的损毁；避免非结构性构件的连续损毁。
　　4概念设计的新发展
　　目前在抗震设计中创新了很多新措施。如隔振和消能的设计思路等。隔振和消能就是利用某些科学的结构或者方法减小地震对建筑物的影响，隔振的基本法就是利用一些柔性结构消除地震对建筑地震力，如增设钢板橡胶隔振垫，增加消能支撑、阻尼器、顶部增加反摆等，都可以有效地提供附加阻尼作用，消耗一部分地震能量，降低加速度，以此减少建筑的“摆动”，降低地震波的破坏作用。
　　5结语
　　总之，概念设计必然会成为今后结构设计的主流思想，这就要求我们需要不断的学习和提高，为结构设计的发展作出应有的贡献。概念设计中最重要的是分析、预见、控制结构的耗能和薄弱部位，找到能支持结构不倒塌的关键部分。
　　参考文献
　　【1】王艳，高层建筑结构的概念设计[J]，科技咨询导报，2006，(08)，
　　【2】赖运强，当前建筑结构设计中概念设计的应用[J]，中国高新技术企业，2010，(13)，

《浅议建筑结构设计中的抗震概念设计》

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