简述建筑结构概念范文

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第1篇

【关键词】 抗震设计; 概念设计; 高层建筑结构

中图分类号：TU208文献标识码： A

地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。结构的抗震设计应该是综合概念设计、计算和结构措施等完整的一系列设计。

1 建筑的抗震概念设计

所谓“建筑抗震概念设计”是指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，依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。掌握了抗震概念设计，有助于明确抗震设计思想，灵活、恰当地运用抗震设计原则，使设计人员不至于陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理地进行抗震设计。

2 高层混凝土建筑结构设计更应重视概念设计

在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠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，因此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，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。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，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果( 尤其是经过实用简化后的计算结果) 与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

3 高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容

3. 1 首先应重视高层建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称，因为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则建筑”体现在体形( 平面和立面的形状) 简单; 抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀; 平面布置基本对称。

3. 2 结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低; 反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之间寻找一种较好的匹配关系。

3. 3 设计多道设防结构

3. 3. 1 超静定结构

静定结构是只有一个自由度的结构，在地震中只要有一个节点破坏或一个塑性铰出现，结构就会倒塌。抗震结构必须做成超静定结构，因为超静定结构允许有多个屈服点或破坏点。将这个概念引申，抗震结构不仅是要设计成超静定结构，还应该做成具有多道设防的结构。第一道设防结构中的某一部分屈服或破坏只会使结构减少一些超静定次数。同时要注意分析并控制结构的屈曲或破坏部位，控制出铰次序及破坏过程。有些部位允许屈服或允许破坏，而有些部位则只允许屈服，不允许破坏，甚至有些部位不允许屈服。例如，带连梁的剪力墙中，连梁应当作为第一道设防，连梁先屈曲或破坏都不会影响墙肢独立抵抗地震力。

3. 3. 2 双重抗侧力结构体系

双重抗侧力结构体系是可能实现多道设防结构的一种类型，而且双重抗侧力结构的抗震性能较好。这里提出的双重抗侧力体系的特点是，由两种变形和受力性能不同的抗侧力结构组成，每个抗侧力体系都有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接协同工作，共同抵抗外力。特别是在地震作用下，当其中一部分结构有所损伤时，另一部分应有足够的刚度和承载力能够共同抵抗后期地震作用力。在抗震结构中设计双重抗侧力体系实现多重设防，才是安全可靠的结构体系。

3. 3. 3 总结构体系与基本分结构体系

1972 年 12 月 23 日尼加拉瓜首都发生强烈地震，1 万多栋楼房倒塌。林同炎公司 1963 年设计的美州银行大楼，虽位于震中，承受比设计地震作用 0. 06g 大 6 倍的地震 0. 35g而未倒塌，引起世界同行的高度重视。众所周知，建筑物在地震作用下的运动与由风引起的位移是不同的，在强烈地震作用下，结构会在任意方向变形。在高层建筑中，这种变形更为复杂。当然主要是第一振型，同时也包括具有鞭梢效应的第二、第三振型，变形量很大。所以设计者主要考虑的是如何避免就其结构固有特征会引起倒塌的过大变形。再则，设计高层结构所考虑抗风与抗地震要求的出发点往往是矛盾的。刚度大的结构对抗风荷载有利，动力效应小; 反之，较柔的结构有利于抗震。所以要设计一个抗风及抗震性能都很好的高层结构不很容易。林同炎教授的设计思想是设计一个由 4 个柔性筒组成的，具有很大抗弯刚度的结构总体系。在抗风荷载及设防烈度的地震作用下表现为刚性体系。当遇到罕见的强烈地震时，通过控制各分体系( 柔性筒) 之间的联接构件( 钢筋混凝土连梁) 的屈服、破坏，而变成具有延性的结构体系，即各分体系独立工作，则结构的自振周期变长，阻尼增加，即使超出弹性极限，仍持有塑性强度，可做到摇摆而不倒塌。地震后的实地观察，证明其设计思想是正确的，正如预料的那样，联梁的混凝土剥落，梁中有明显裂缝。但四个柔性筒的本身均无裂缝，筒壁仍处于弹性阶段。

3. 4 抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件

延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。在“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构应设计成延性结构。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形加大，但结构承受的地震作用不会直线上升，也就是说，结构是用它的变形能力在抵抗地震作用。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件，强底层柱”原则，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3. 5 应有意识地加强薄弱环节

( 1) 结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析( 而不是承载力设计值的分析) 是判断薄弱层的基础。

( 2) 要使楼层( 部位) 的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层( 部位) 的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

( 3) 要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、承载力的协调。

( 4) 在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层( 部

位) ，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

4 做好高层建筑结构概念设计还应注意的问题

( 1) 结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防来选择合理的结构类型。

( 2) 不同结构体系在竖向荷载、风荷载及地震力作用下的受力特点。

( 3) 风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。

( 4) 结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部位和薄弱环节。

( 5) 预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。

( 6) 场地选择、地基基础设计及地基变形对上部结构的影响。

( 7) 各类结构材料的特性及其受温度变化的影响。

( 8) 非结构构件对主体结构抗震产生的有利和不利影响，要协调布置，并保证与主体结构连接构造的可靠等。

参 考 文 献

［1］ GB 50011 －2001 建筑结构抗震设计规范［S］

第2篇

关键词：建筑结构；概念设计；结构设计；应用

随着科学技术的迅速发展以及计算机结构程序的全面应用，给建筑结构工程师们带来了极大方便，大大提高了设计的效率和质量。但同时也养成了很多设计人员一味地依赖计算机，认为结构设计很简单，只需要按照规范、图集，通过电脑软件计算就可以完成，设计人员成了不过是东拼西凑的计算机画匠而已，对计算的结果也无法判断正误，规范与软件之间的差异更是不了解；对如何加强结构的整体性、合理性、经济性更是没有概念。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。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。这就要求结构工程师对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有透彻的认识，把概念设计应用到实际工作中去

1概念设计

1.1概念设计就是运用清晰的结构概念， 不经数值计算，而依据整个结构体系与分体系之间的力学关系、 结构破坏机理、震害、实验现象和工程经验等对结构及计算结果进行正确的分析，并考虑到结构实际受力状况与计算假设之间的差异，对结构及构造进行设计，使建筑物受力更合理、安全、协调。概念设计主要从以下两个方面对结构设计进行宏观控制。(1)是在方案设计满足建筑要求的情况下，从宏观的角度考虑结构的整体性及主要分体系的相互关系，来确定建筑结构的总体布置方案。 (2)是在理论设计过程中综合考虑各方面因素对结果的影响，以判断理论设计的准确性，并对一些工程中难以作出精确分析或在规范中未精确规定的问题，根据实际经验采用一些结构构造措施进行处理。 概念设计的目的是力求使设计方案安全、可靠、经济、合理，是一个优化的过程。

1.2运用概念设计的思想，能让结构设计的思路得到了拓宽。传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力，以至混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例，一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而使地震作用效应增强。

1.3目前在抗震设计中，隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般做法是在基础与主体之间设柔性隔震层；加设消能支撑（类似于阻尼器的装置）；有的在建筑物顶部装一个“反摆”，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达 60%，并提高屋内物品的安全性。

1.4在建筑抗震设计中，更应注重概念设计。这是因为建筑结构的复杂性，发生地震时，地震力的不确定性，人们对地震时结构效应认识的局限性与模糊性，结构抗震分析计算的精确度，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（尤其是经过实用简化后的计算结果）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。因此由于存在上述诸多不确定因素，建筑结构设计计算无法涵盖可能的所有不确定因素。因此，必须重视整体的概念设计，从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要。

2结构设计中的概念设计的体现

2.1概念设计在结构设计流程中的体现

结构设计的流程一般分为三个部分： 前期的方案选择、中期的结构计算阶段及后期的施工图绘制阶段。 这三个阶段都发挥着重要的作用。

（1）合理选择结构方案。一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案，即选择一个切实可靠的结构形式和结构体系。必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，在此基础上进行结构选型，确定最优结构方案。概念设计在工程设计一开始就应把握好场地选择、能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等几个方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节。

（2）选用恰当的计算简图。结构计算是在计算简图的基础上进行的，即对作用的荷载与构件的约束状态进行一定的简化，使其接近实际状态。现在的建筑物功能复杂多样，以前的手算已经无法满足要求，结构计算只能通过计算机来完成。所以，要将实际工程的结构形式转变成可以用于计算机计算的模型，并保证有足够的精确度就成为结构设计的关键问题。 而要达到这一目的就需要设计人员在结构计算的过程中利用概念设计进行判断与控制。

（3）正确分析计算结果。现在结构设计中有许多软件可以供结构设计人员选择，但不同软件往往会导致不同的计算结果。所以，设计人员在进行结构计算前，先要全面了解该程序软件的适用范围和技术条件，使用时要避免操作失误，且对电算的结果再用概念设计进行科学分析，以做出正确的合理判断。

2.2抗震设计中应注意的概念设计问题

抗震设计是结构设计的重要组成部分。 地震是一种随机振动，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前尚难做到。 现在所采用的地震参数只是概率意义上的估计值，而结构在地震作用下的性能有许多不确定性，因此，抗震设计不能过分依赖理论计算，概念设计在抗震设计中显得尤其重要。

（1）选择合适的场地 。 地震造成建筑物的破坏情况是各不相同的。 一是由于地震时地面强烈运动，使建筑物在震动过程中，因丧失整体性或强度不足、变形过大而破坏：二是由于水坝倒塌、海啸、火灾、爆炸等次生灾害而造成；三是由于断层错动、山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。 前两种可以通过工程措施加以防治，而后一种情况，单靠工程措施很难达到预防的目的。 因此，选择工程场址时，应进行详细勘察。 搞清地形、地质情况，挑选对建筑抗震有利、尽可能避开对建筑抗震不利的地段。 任何情况下均不得在抗震危险地段建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物。

（2）选择合适的基础方案 。 基础设计应根据工程地质条件、上部结构类型及荷载分布、相邻建筑物影响及施工条件等多种因素，选择经济合理的基础方案。 基础设计应有详尽的地质勘察报告，一般情况下同一结构单元不宜采用两种不同的类型。

（3）采取相应的构造措施。 遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固”的设计原则，注意构件的延性性能，加强薄弱部位，注意钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的直线段锚固长度，考虑温度应力的影响。除此之外还应注意按均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置。 设置多道抗震防线应尽量避免出现薄弱层。

3概念设计的意义

3.1展现先进设计思想的关键。概念设计的根本宗旨，是在特定的建筑空间及地理条件下，用整体概念来考虑建筑结构的总体方案，且能有意识地发挥和利用结构总体系与分体系之间的力学特性与关系。运用概念设计从整体上把握结构的各项性能，方能对计算分析的结果进行科学判断和合理取舍。在概念设计之初的方案阶段，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较、分析与选择，可采用概念性设计到工程中去。

3.2体现结构设计的原则与灵活。建筑物是一个完整的空间结构，各构件都在以相当复杂的受力方式共同工作，而并非是独立于总体结构体系之外的单独构件。当前在建筑结构设计界，对具体空间结构体系的整体研究上还存在着局限性，以至于在设计过程中采用了许多假定与简化方法。作为结构工程师，一方面在设计过程中既要做到严格遵守和执行相关的强制性规范和要求，坚持结构设计的原则不能改变，另一方面，又不应盲目、教条、机械地照搬照抄，尤其是对推荐性规范和要求，应把它作为一种结构设计中的指导和参考意见，从而可在实际的设计项目中作出更为正确的选择。这就对结构设计工程师提出了要求，要对整体结构体系与各基本分体系之间的力学关系有更为透彻的认识和深入的了解，把建筑结构概念设计应用到实际工作中去。

3.3弥补设计、计算理论的不足。目前的结构设计计算水平难以有效地保证结构设计的抗震、抗风性能，尤其是抗震设计。以“5・12 汶川大地震”为代表的近几年国内外几次震害的经验教训充分说明，从某种意义上讲，概念设计确实比分析计算更为重要。目前，现行的结构设计理论和计算理论仍然存在着一些缺陷：如对混凝土结构设计，内力计算采用基于弹性理论的计算方法，而截面设计则采用是基于塑性理论的极限状态设计方法，两者的矛盾使计算结果与结构的实际受力状态存在较大差距。为了弥补设计、计算理论的缺陷，或实现对实际存在的大量难以计算的结构构件的设计，也需要概念设计与结构措施来共同满足结构设计的需要。

第3篇

一、变“一”为“几”，让感知从单一走向丰富

教师呈示教材植树情境图，问：“图中他们在干什么？”（植树）。“根据图中信息，谁能提出数学问题？”当学生提出“一共有多少人参加植树活动”后，教师要求学生列式，然后引导学生观察相等的一组算式，进而概括出乘法分配律。

学生对数学定律的抽象是建立在充分感知的基础上。上述案例中，教师囿于教材编排，陷入 “一事一例”框框，造成感知素材单一，感知体验贫乏，所获取的数学表象必然是苍白肤浅的。当学生面对教材出现情感苍白、思维僵局时，教师需要寻找合适的材料来填补教材的空白，让学生在多样化的数学活动中，充分调动多种感官参与感知，从而丰富学生的感性认识。为此，我们可以依托教材提供的“植树情境”，通过如下“补白”，进行感知教学。

（1）数形感知：出示长方形植树地：，这块地的周长是多少？教师引导学生列出两种算式。

（2）生活感知：我们班有男生32人，女生20人，如果每人植树3棵，一共可以植树多少棵？让学生用两种方法列式解答。

（3）正例感知：你还能举出像上述这样的两个算式的例子吗？

（4）反例感知：有同学列举出（4×2）+25=4+25×2+25，这个例子对吗？

这样，以教材例子为载体，通过创造性处理教材，变“一”为“几”，既关注了学生已有经验，为学生提供乘法分配律的多样化数学模型，又有利于学生借助已有经验加以理解、内化，使学生对乘法分配律的感知变得更加丰富、充分。

二、变“粗”为“细”，让表象从模糊走向清晰

教师引导学生观察（4+2）×25=4×25+2×25，并进行如下数学思考。

师：比较左、右两个算式，有什么异同？

生1：运算顺序不同，但结果相同。

师：你能具体说说每个算式的运算顺序吗？

生2：左边算式是先算括号里的加法，再算乘法；右边算式是先算乘法，再算加法。

师：左右算式的运算有什么联系？

生3：4与2的和乘25，可以先将加数4与2分别与25相乘，然后将积相加起来。

师：不错！

……

在上述案例中，教师的追问是肤浅、粗糙的，仅从算式的符号、结果、数据之间的关系等外部特征入手，并没有深入引导学生从数学算式背后蕴涵的数学意义加以解读、思考，导致学生所形成的数学表象模糊，思维缺乏深刻性。为此，我们应由表及里，变“粗”为“细”，从乘法分配律的本质意义入手，引导学生对算式的内涵加以深入研究、仔细剖析，以获取清晰的数学表象。

师：（32+20）×3与32×3+20×3这两个式子为什么得数相等呢？谁能结合植树情境，说说先算什么，再算什么？

生4：左边先算出全班植树多少人，再算出全班植树棵树。右边先算男生、女生分别植多少棵，再算出全班植树棵树。所以左右算式的得数相等。

师：左边算式表示多少个3？右边算式表示几个3加上几个3？合起来是几个3？现在，你知道左右算式结果为什么相等了吗？（学生根据乘法意义加以解释）

师：谁能结合长方形周长情境，说说64×2+26×2与（64+26）×2为什么相等？

……

这样立足概念本质由浅入深加以追问，使学生能够凭借自身已有的经验有根有据地辨别、接纳新知，思考深刻，从而建立起清晰的数学表象。

三、变“快”为“慢”，让概括从形式走向内涵

在学生观察比较得出（4+2）×25=4×25+2×25后，教师引导学生进行总结。

师：谁能用自己的话来说一说？

生1：4加2的和乘25会等于4乘25加上2乘25。

生2：4加上2的和乘25等于25分别和4与2相乘，再加起来。

师：现在，请同学们打开书第36页，看看书上是怎么说的。（学生生齐读结语）

师：这就是我们今天要学习的“乘法分配律”（板书）

……

在上述案例中，教师仅仅依托唯一一个等式，走马观花似的和盘托出乘法分配律的“外壳”。教学是一种“慢”艺术，教师需要适时介入、适度点拨、顺势引导，让算式蕴含的本质规律在“磕磕绊绊”的迂回中逐渐“浮”出水面，从而走进“采菊东篱下，悠然见南山”的境地。为此，我们要舍得“浪费时间”，变“快”为“慢”，以结构化的板书为依托，引导学生进行有序观察、全面分析、挖掘内涵、自由表达、自主概括。

师：从上往下观察，左边五个算式有什么特点？

生1：都是先算和，再算积。

生2：都是表示几个几是多少。

生3：也就是几个数的和与一个数的积是多少。

师：从上往下观察，右边五个算式又有什么共同点呢？

生4：都是先算积，再算和。

生5：也就是这个数分别与两个加数相乘。

师：从左往右观察，左边的算式表示几个几？右边算式部分积分别表示几个几相加？与左边算式有什么联系？

师：谁能把我们刚才的观察发现，用自己的话来说一说？

……

学生在独立思考的基础上，畅所欲言，各抒己见，气氛十分热烈。这样紧扣乘法意义，条分缕析地引导学生全方位、多角度、宽领域地进行观察比较、互动交流、平等对话，使学生在“驻足细品、交流分享”中有效实现了对乘法分配律内涵的深度理解，不仅获得了求知的满足，而且感受了成长的快乐。

四、变“多”为“精”，让应用从模仿走向创新

概括出乘法分配律后，教师设计了如下三个练习。

1.完成书第36页“做一做”。

2.找朋友：把结果相同的算式用直线连接起来。

（25+75）×37 24×8+18×8

56×98+56×2 56×（98+2）

（24+18）×8 25×37+75×37

3.用乘法分配律计算。

25×（40+4） 2×28+8×28

练习不仅是为了巩固已有定律，更应促进学生加深对定律的理解，达到灵活运用。在上述案例中，教师提供的都是机械的模仿性练习，缺乏思维含量，容易使学生形成思维定势，不利于举一反三的迁移能力的培养。这就要求教师从发展学生思维的角度出发，变“多”为“精”，通过多层次、多形式、多角度的练习，让学生在“比较”中体验价值，把握本质，灵活应用，实现“以少胜多”的功效。

基于“比较出真知”这一理念，教师可以设计如下形式多样的练习：

（1）改错练习：如2512548=254+1258=100+1000=11000，对吗？为什么？

（2）对比练习：如计算（40+8）25和（28+72）136，25（84）和25（8+4），9925+25和16101-16。

（3）一题多解：如计算12532和10188，你能用几种方法计算？

（4）编题练习：如在“43×43×”的里填上适当的数，在填上运算符号，编出可简便计算的习题，再简算。

以上精练的变式练习，既基于教材，又高于教材，既巩固了新知，又培养了能力，既实现了轻负高质，又使学生积累了鲜活的数学活动经验，获得积极的情感体验，树立了“我能学”的信心。

第4篇

关键词：；结构设计；;设计方法; 结构体系

Abstract: below the author connecting with the work practice, from several aspects, tall building structural design concept to pay attention to the issue.

Keywords:; Structure design; ;Design method; Structure system

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

对一个超高层建筑来说，与建筑相适应的结构体系、结构布置等概念设计不是绝对的，但合理的结构设计应该是惟一的。我们所要做的工作就是把一些互相制约的因素统一协调，以满足建筑物的安全性、适用性和耐久性的要求。

1结构设计特点

1.1重力荷载迅速增大

随着建筑物高度的不断增加重力荷载呈直线上升，作用在竖向构件柱、墙上的轴压力增加，对基础承载力的要求也更加提高。

1.2控制建筑物的水平位移成为主要矛盾

1.3效应成为不可忽视的问题

超高层建筑高宽比较大，侧向刚度相对较弱，水平位移量大（图2），重力与水平位移所产生的附加弯矩常常大于初始弯矩的10％，必须考虑重力二阶效应。

图1风荷载高度变化示意图2水平位移沿高度变化示意

1.4竖向构件产生的缩短变形差对结构内力的影响增大

竖向构件的总压缩量主要由受力变形、干缩变形和徐变变形三部分组成，对于全钢结构仅需考虑受力变形产生的缩短影响，对于钢混结构、钢组合结构、混凝土结构必须考虑干缩缩短和徐变缩短的影响。一般受力变形瞬时完成，其变形量可用胡克定律作近似计算；干缩变形完成的时间较长，据资料统计约为总压缩量的30％；徐变变形完成的时间更长，线性徐变可由公式简单计算；构件的总压缩量随着构件的高度H平均压应力的增加而加大。

超高层建筑的竖向构件不但H和较大，而且构件之间的压应力差也较大，因此设计中除了通过控制轴压比使竖向构件之间的压应力较接近外，对钢筋混凝土结构采取逐步将各层柱顶找平后再进行下一道工序的施工办法来减小变形差；对钢结构采取预留柱、墙压缩量的方法来减小变形差；总体结构分析时采取模拟施工方法，减小变形差对内力计算的影响。

1.5倾覆力矩增大，整体稳定性要求提高

建筑物高度的增加使得侧向力引起的倾覆力矩增大，抗倾覆要求提高。实际工程中常常采取增加基础埋深、加大基础宽度或采用抗拔桩基等措施来满足整体稳定性要求。

1.6防火、防灾的重要性凸现

超高层建筑多采用钢混结构和钢结构，而钢材耐热不耐火的特性更易加重某些次生灾害的发生，例如美国世贸中心的倒塌。一般紧急情况下高楼所需要的疏散时间较长，从顶层飞机救援的行动也常会受到各方面因素的制约，使得实施比较困难，因此防火、防灾的设计更为重要，目前关于防灾方面的具体要求我国还没有相应的规程可循。

1.7建筑物的重要性等级提高

超高层建筑常作为当地的标志性建筑，资金投入大，在政治、经济、文化中所起的作用重大，破坏影响较大、波及范围较广，不论其建筑类别均属于重要建筑，因此结构设计的可靠度要提高，一般情况下重要性系数取1.1，特殊情况下也可取1.2。

2结构设计方法

2.1减轻自重，减小地震作用

采用高强轻质材料（如全钢结构、幕墙围护、轻质隔断等），减轻结构自重，减小地震作用。

2.2降低风作用水平力

2.2.1减小迎风面积

正方形平面形式，横向迎风面最小；如计算对角线方向的迎风面宽，则圆形平面最小；在立面上适当位置开洞泄风（如上海环球金融中心大厦，风力降低更直接。

2.2.2降低风力形心

采用下大上小的立面体型，既减小高风压在高处的迎风面积，又降低风作用重心，使建筑物底部的倾覆总弯矩减小。同时下大上小的立面体型对建筑底部来说增大了抵抗矩，提高了稳定性，如巴黎的埃菲尔铁塔。

2.2.3选用体型系数较小的建筑平面形状

体型系数从小到大可选用下列平面顺序：圆形平面!正多边形平面!正方形平面，采用流线光滑的外形，避免凹凸多变的建筑形式，减小整体和局部风压的体型系数。

2.3减少振动，耗散输入能量

采用阻尼装置或加大阻尼比，减少振动影响，如台北国际金融中心大厦%$&。

选用耗能、减振的结构体系，如采用偏心支撑的钢结构具有耗能的水平段，采用橡胶支座可以减振等。

2.4加强抗震措施

2.4.1选用规则结构使建筑物具有明确的计算简图，合理的地震作用传递途径。

如采用圆形、正多边形、正方形等平面形状，可以使整体结构具有多向同性，避免强弱轴的抗力不同和变形差异。功能复杂的建筑常常是多种结构体系的综合，具体设计时应注意以下问题。

（1）结构平面形状尽可能对称。由于地震作用的方向具有随机性，风作用虽有主导方向，但最大值也具有随机性，因此选用具有对称性、多向同性布置的抗侧力结构体系，有利于形心和刚心的重合。

（2）竖向构件尽可能连续，避免抗侧力构件的间断，从而形成薄弱层、薄弱部位，对抗震不利。

（3）设置多道抗震防线，满足“大震不倒”的抗震设防要求。

（4）增加超静定次数，增加重要构件的传力线路，提高结构的抗震能力。赘余度的增多，可以使结构有更多的部位有机会形成塑性铰，吸收更多的地震能量。

（5）在满足强度、刚度要求的前提下，选择具有较好延性的结构材料，增加总体变形能力，增加结构耗能。

（6）建立整体屈服机制，避免失稳破坏，并做到强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强埋件弱连接设计；对容易失稳的结构，做到强支撑；对受弯构件，做到强压弱拉等。

2.4.2采用多个权威程序（如SATWE、TAT、SAP2000等）进行计算比较，通过动力时程分析，验证薄弱部位；对重要构件补充有限元分析计算，从而使计算的结论更为完整，结果更为可靠。

2.4.3进行小模型风洞试验，获取有关风载作用参数；通过振动台试验，获取有关地震作用参数。

2.4.4采用智能化设计，提高结构的可控性。应用传感器、质量驱动装置、可调刚度体系等和计算机共同组成主动控制体系，提供可变侧向刚度，控制结构的地震反应等。

2.4.5提高节点连接的可靠度，如钢结构节点的焊接处理，钢混结构中型钢、钢板与混凝土的连接等。

3结构材料选用

更轻、更强、更具有延性的材料是超高层建筑结构材料的首选。钢筋混凝土、型钢混凝土、钢管混凝土和纯钢材料都可作为结构构件的主要材料；而外墙围护多采用玻璃幕墙、铝合金幕墙、钢塑复合板材等；内部隔墙多为轻质隔断；楼屋面常选用压型钢板加混凝土面层，并在的钢承重构件表面加防火涂料。

4结构体系选用

更具整体性、更具多道抗震防线、更具延性的结构体系是超高层建筑结构体系的首选，工程中常用的结构体系有：

内筒外框或内筒外框并带角部小筒体（或角形墙）的结构体系，如深圳彭年广场（酒店部分），H=222m

内束筒外框架（巨型柱）并带多个加强层的结构体系，如台北国际金融中心大厦，H=508m（含塔尖部分）；

筒中筒结构体系，一般外筒为密柱筒，如前纽约世贸中心，H=412；

内筒外巨型框架加外斜撑结构体系，如上海环球金融中心大厦H=492；

束筒结构体系，如美国西尔斯大厦，H=443；

巨型框架、巨型桁架结构体系，如新加坡华侨银行，45层；

悬挂结构和悬挑结构，由于其侧向刚度仅由内筒贡献，体型上大下小，抗风抗震不利，因此建筑物高度受到限制，如香港汇丰银行大楼，H=175（悬挂）；长沙黄兴路综合大楼，H=115.6m（悬挑）。

第5篇

关键词:建筑结构设计；概念设计；技术举措

Abstract: at present, the conceptual design of building structure design has become theimportant design ideas, is of great significance to the building structure design. This paperdiscusses the importance of concept design, technical measures and the common part of the conceptual design.

Keywords: building structure design; conceptual design; technical measures

中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

一、概念设计的重要性

随着科学技术的不断发展，计算机技术的应用日益普遍，建筑结构的设计工作也已离不开计算机的应用，计算机技术的大量应用给建筑结构设计人员带来极大的方便，但也造成了建筑结构设计过程当中对计算的过度依赖。其过度依赖不仅让其陷入到了单纯计算的误区当中，同时也让设计人员忽视了工程理论的基础应用与大量经验的灵活运用。因此，对概念设计这一思想进行深化对改变当前建筑结构设计有着重要的作用。

概念设计是一种较少应用数值计算的定性设计思路，通常情况下，在较难进行精确的理性分析与规范操作的问题当中应用较为广泛，其主要是根据结构的整体体系和分结构之间的震害、力学关系以及工程经验等进行基本的设计原则确定与设计思想确立，然后从宏观上对其结构的总体布置与局部措施进行控制。

概念设计的重要性体现在诸多方面，其中较为主要的原因有：首先，现有的结构设计理论与相关计算方法存在着一些缺陷，单纯依靠理论性的计算是难以完成结构设计的，如混凝土结构的相关设计，其内力计算与截面设计分别基于弹性理论与塑性理论两种不同理论的计算与设计，这就促使其计算结果与实际的受力情况产生并不必要的差距，这种情况之下，概念设计就可以在一定程度上弥补其理论上的缺陷达到较为理想的结构设计目标。其次，建筑方案的初步设计难以借助计算机进行，尤其是结构工程师要想制定出效果好且造价低的结构方案时，概念设计的应用是必不可少的，结构工程师不仅要不断地丰富自己的结构概念，而且要将概念设计的具体内容进行充分的理解并在实际的建筑结构设计过程当中灵活地运用。最后，在高层建筑的抗震设计当中，概念设计的应用更为重要，因为高层建筑在结构上通常十分复杂，其在地震发生时存在着诸多无法计算的因素，如地震动的不确定性无法计算，如人们对地震的反应速度无法计算，如材料性能的变异性不可计算等，这些无法计算的因素如果单靠计算来进行设计，其设计出的结果一定与实际情况存在这较大的差距，因此，在该情况下，概念设计显得尤其重要。

二、概念设计的主要技术举措

（一）场地的实际选择

地震灾害当中建筑的破坏表明，其破坏性不仅与建筑本身有关，而且还建筑物所处的场地有着直接的关系，因此，在建筑场地选择时要在概念设计的引导下选择有利于建筑抗震的场地，尤其要选择基岩稳定的、土质坚硬的以及开阔密实的场地，从而避免软弱土、液化土、非岩质陡坡等不利于建筑物抗震的场地。

（二）建筑平立面的布置

在建筑平立面的布置过程当中，要想避免不规则方案的制定，则离不开概念设计的支撑。对于建构结构不规则的设计对象，不仅要对其进行内力调整与结构计算，而且还要对其薄弱的地方进行特殊的对待以有效增强建筑结构的整体抗震能力。

（三）结构材料的选择

建筑结构的承载能力与可承受的变形程度与结构材料的选择有着直接的关系，因此在选择过程当中要对其给予应有的重视，不仅要对其进行技术与性能上的比较，而且要对其进行价格与质量上的比较，这些比较都要建立在概念设计之上，简单来说就是在概念设计的基础之上去对结构的刚度、强度等进行完美的组合以保证材料功能的充分发挥。

（四）确保结构的整体和谐性

一个建筑的结构体系只有在各构件连接合理的情况之下，才能够保证其结构的合理性与整体性，从而将其空间结构的抗震作用等进行充分的发挥。具体来讲，各构件的整体和谐主要体现在以下几个方面：首先，各构件的节点的破坏与预埋件的锚固破坏要在其连接的构件破坏后；其次，在装配式结构当中，其构建的连接要确保整体结构的和谐性；最后，存在于预应力混凝土当中的钢筋最好在节点核心区的进行固定。

三、建筑结构设计中常用的部分概念设计

在实际的建筑结构设计当中，结构工程师不仅要对建筑结构进行客观的理解与真实的定位，而且要避免利用计算机计算出的结果的迷惑，从而产生对结构工作性能的误解与造成不必要的安全隐患。如由于三维结构软件当中理论计算的部分位移较大，而得出次梁支座负弯距较小的结论，而实际当中，实测的支座位移比理论结算的结果要小很多。

结构工程师在实际的结构设计过程当中要使各结构之间密切配合，具体来讲就是在承载压力较大的情况之下，保证各构件能够共同工作，满足建筑的承重要求。如在砖混结构当中，不仅不能对基础自身的刚度进行过多的一来以抵抗沉降的不均匀，而且要在圈梁与构造柱的支撑下将基础与上部结构连接为一个整体，切其他圈梁的设置与构造柱的布置都要以此为中心进行。

应对结构刚度进行合理的控制。结构整体刚度的控制是整个概念设计应用的重要组成部分，在对结构进行布置与计算的过程当中，要对各构件与整体结构的抗变形能力给予一定的重视，并对可能影响构件内在联系的诸多因素进行充分的考虑，以保证其整体结构的刚度保持在合理的范围内。如在对某框剪结构进行分析时，当顶点位移无法满足规范的限值，即使对剪力墙进行厚度与刚度的增加，也无法满足规定的要求的情况下，减少剪力墙反而能够满足要求，这与通常情况下的结果是相反的，其原因就需要用概念设计的相关内容进行解释：在结构的下部，框剪结构和剪力墙共同工作，因此，剪力墙在结构下部对框架有着极大的帮助，而框架在结构上部对剪力墙有着极大的帮助。

计算软件的应用有进行有效的选择。概念设计的应用要想达到理想的效果，计算的配合是少不了的，但在对计算软件进行应用的过程当中，首先要进行相应的选择。首先，要根据工程的实际情况进行设计软件的选择，建筑工程通常较为复杂，如其场地的不同、施工材料的不同等，因此要以这些要素为依据进行计算软件的选择。其次，要根据工程的具体特点对相关参数进行修改，在某些情况下，由于工程的某些特点，常规的参数需要进行特别的修改。最后，要对计算原理与实际操作的相互联系进行掌握，只有如此，才能够将计算软件与概念设计进行合理的搭配，共同促进建筑结构的合理设计。

参考文献：

[1]姚骥华.建筑结构设计中概念设计的研究[J].科技创业家，2012（12）

[2]王俊锋.对建筑结构设计中概念设计的探讨[J].建材与装饰（中旬刊），2008（06）

第6篇

关键词：建筑设计；结构概念；应用

中图分类号：TU2 文献标识码： A

一、建筑结构设计中结构概念的意义

建筑结构设计不同于其他平面设计，它是一种具有空间概念的结构，所以在工作中要有相互紧密联系的观念去思考设计，在不脱离整体结构概念体系的情况下把建筑中的每个构件通过严谨的方式相结合，不以单独存在的方式去考虑。加强空间感的研究，充分研究并认识到整体与部分的关系，更好的实现结构概念在建筑结构设计中的应用。

在建筑结构的设计过程中很好的应用结构概念可以提高建筑物的抗震性。最初在对建筑结构分析时，不会考虑到建筑物所用的结构材料本身的阻力性和时效性，以及建筑结构空间的作用，所以会导致在设计建筑结构时会存在很多不确定因素。因此，只有将建筑工程中的抗震问题立足于结构概念之上，才能确保建筑物的整体结构发挥出更好的抗震能力。

建筑物设计师的职业水准能很好的体现出在结构概念的设计理念上，可以熟练的应用结构概念在建筑结构设计中的作用，便可以很好的提高有关设计人员的工作技能水平。

二、概念设计的原则

概念设计可充分体现结构工程师的设计思想，在进行结构概念设计时，工程师应遵循以下几个原则。

1.优化选型原则结构

概念设计的关键在于确定主体结构体系及其联系，主要需考虑两点，通过比较优化选择结构体系和结构布置。

对于结构体系，应掌握各类基本构件的特征，结合实际环境条件、使用、建筑和荷载情况，选择适用的基本构件，确定构间间的联系，形成基本结构单元，确定各自支承做法，然后采取线型、平面、叠合、交叉等集合形式，集合基本结构单元，形成主要结构体系。

对于结构布置，应在满足功能要求和建筑意向的基础上，选择最优的楼屋盖水平系统、柱墙竖向支承系统以及基础系统。应充分考虑各种布置的承载能力、竖向和侧向变形、支承做法、地质条件等，比较各自结构问题的合理性和优越性，确保平立面的规则和对称，实现良好的整体性，竖向剖面应在规整的基础上，保证侧向刚度的均匀变化，适宜自下而上递减，应避免突变。

2.空间作用原则

应结合各建筑部分结构的空间作用，还原本来的结构面貌。建议有意识地利用构件间的空间关系，实现建筑结构的更大刚度，同时减小内力，实现良好的受力效能。

三、结构概念在建筑结构设计中的应用

首先，拓宽设计的思路。在传统的对建筑结构计算理论结果的推动下，设计人员对建筑结构的抗震力如何大幅度提高做了很多预算与监测，致使我国的建筑行业对所使用的混凝土的等级要求不断提高，所使用的钢筋数量也在不断增加，直接导致的结果是工程造价偏高，而目前我国的结构设计方面的工程师们仅仅注意到了结构的设计不能超过最大的配筋率，直接导致了胖柱、肥梁以及基础比较深的情况出现。

从抗震的构造设计来说，在抗震结构设计时一般是按照最初确定的混凝土的尺寸等级来进行对建筑结构的刚性度计算，再根据计算出来的刚性度对建筑结构的抗震力进行计算，最后才是配筋。这种计算方式的运用是为了可以抵抗地震在建筑结构的设计中配筋，但是这样计算出的配筋率使结构的刚度增加，适得其反，建筑物的抗震性没有降低反而上升。要想做到拓宽建筑设计的思路，就要很好的运用结构概念，在设计抗震的结构构造时，不能一味的加强建筑结构的刚度和强度来解决问题，应该用科学的眼光来发现并解决建筑结构设计以增强抗震性，使地震产生的效应降低到最小，从而达到事半功倍的效果。

其次，在建筑结构中对抗震结构的设计。我们为了能够使得建筑结构具有足够强的抗震能力，在对建筑的结构进行设计时应该充分的利用结构概念，这样就能够对结构中的抗震性能进行有效的控制。应从以下几方面来完善：第一，在场地和地基的选择上应认真考察仔细挑选出一些有利于抗震的土地，避免因地面变形导致危险发生，特殊情况下要采取适当有效的措施手段来维持场地地基的稳固稳定。第二，建筑物的基础设计很重要，要采取有效合理的基础设计，尽量将相同结构的单元设立在相同地质的地基上，在基础的形式上也要使用相同概念的，在结构的基础设计时要最大限度的发挥地基中的潜力。第三，要减少在地震的作用力下所产生的扭转变形反应和应力集中等情况，在建筑结构的整体体型的选择上就要从简一些，使其刚性和质量以及规则的变化应均匀缓慢，这就要求抗震的结构构件应当均匀对称，合理的选择最大限度的结构体系。为了避免结构中局部出现的问题，在设计时就应当考虑到通过多道抗震防线来达到效应，布置结构时要使受力明确，这样可以使传力变得简单快捷。第四，要使得结构的整体具备良好的抗震性，在设计结构的构件时就应该让各个构件有可靠的持续性连接，同时还应具有强度和变形的能力。但是不能忽略建筑结构的空间性和整体性，要加强平面之间的连接，建筑结构整体的刚度要依靠竖向的连接来确保。对于不属于建筑结构的构件进行及时的处理，通过对非结构的构件对建筑主体所产生的积极影响的利用，可以对建筑结构的设计中不合理的设置进行有效的避免。在建筑设计的过程中，还应该尽量减少地基土中的压力，从而减轻整个建筑结构的自身重量，降低由结构的本身传递给建筑物的震力。

再次，选择方案和设计简图。第一，要对设施人员的方案进行合理的选择。一个建筑结构的设计是否可选用，主要标准之一是看分配的是否经济合理，最直接宏观的体现就是建筑结构的设计中结构的形式和体系，二者的可行性就是经济配置是否合理。要最终确定好结构的方案，就要参考整个建筑工程结构的设计要求，合理的分析筛选出建筑中所用材料的供应商，认真勘查施工条件和地理环境。第二，对简图进行计算。在整个结构计算中的基础是进行简图计算，通过简图的计算可以得到精准的分析结构。因此，整个建筑结构的安全性能由是否恰当的选择简图来决定，选择一个合理可行的计算简图会降低因结构问题导致的事故率。在计算简图时我们还应该配有合理的结构措施对其安全性进行保证。建筑结构的实际的节点不可能是纯粹的钢节点或者是铰接，但是其存在的误差应该在计算简图允许的误差范围之内。第三，正确分析计算结果。目前我国建筑行业中普遍采用的计算方法是概率极限状态的计算方法，计算方法经历了很多发展阶段，由概率极限状态到经验的估算再到极限状态的计算等多个发展阶段，虽然概率极限的理论在目前看来较其他理论而言具有一定的先进性，但在运算过程中会产生一定比例的相似度，所以称之为近似概率法。由于计算量大，对数据的精准率要求高，所以在对计算结果进行正确谨慎的分析同时离不开计算机的辅助，如今我国计算机软件市场当中用于建筑结构方面设计的软件种类繁多，不同的设计软件在进行计算时会产生不同的计算结果，因此，这就要求我们的建筑结构设计人员们对计算机的设计软件程序和原理熟悉掌握，同时对不同的计算结果要进行仔细对比研究分析，合理判断的计算结果可以更好的保证建筑结构的安全性。

结语

在建筑结构的设计中，相关的技术人员要积极的采用结构概念，对建筑结构的整体性的设计进行构思，将结构概念运用的恰到好处，同时我们也要在实际的操作中积累各方面宝贵的经验，这样才能够从整体上提高整个建筑物的性能，建筑结构设计中结构概念的广泛应用，使得建筑物的效益型和安全性得到了有效的保证。

参考文献：

[1]席娟.建筑结构设计中的概念设计[J].中国科技博览，2011,10(28):68-91.

[2]王艳霞.建筑结构设计中的结构概念应用[J].中华民居，2010,8(10):31-72.

[3]朱云辉.建筑结构设计中的概念设计探讨[J].城市建设理论研究，2011,9(4):46-50.

第7篇

摘要： 笔者对概念设计的有关内容进行了陈述,还分析了概念设计对建筑结构设计的重要性及其应用,为提高建筑结构设计水平提供参考。

Abstract: The author expounded the relevant contents of the conceptual design, and also analyzed the importance of the conceptual design for building structure design and its application, to provide reference for improving the design level of the building structure.

关键词 ： 概念设计；建筑结构；优化设计

Key words: conceptual design；building structure；optimal design

中图分类号：TU2 文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2015）06-0104-02

0 引言

建筑结构设计中应用概念设计是最新推出的一种建筑结构设计理念，由建筑结构设计通过理性的分析和感性的规划进行的综合运用，在建筑设计行业中运用概念设计，能够帮助设计师正确、合理地处理在建筑结构设计中可能会遇到的具体问题。越来越多的建筑设计师采用概念设计理念完成了众多的成功建筑案例，概念设计的理念被我国的建筑设计行业广泛地应用，特别是在智能建筑、高层建筑等要求高的建筑设计中发挥着巨大的作用。

1 概念设计及其重要性

简单说来，所谓概念是指你方案的根本出发点——比如你是要看场地内部的树或者外围的景色，或者其他的想法。设计的深入就是通过建筑的手法把概念实现和贯彻出来，特别是那些难以做出精确分析，并且难于规范的结构体系，是从工程经验中获得的一些宏观可行的设计角度。你想要的空间就是通过建筑的设计来体现的；所有的外观和细部的创意都是为了体现你的概念。从整体的角度来确定建筑结构的总体布局和设计重点，并能得出估算值，与实际相差不远，所得方案具有一定的经济可靠性，但又避免了繁琐的计算。

所谓概念设计指的是一个由粗到精、由模糊到清晰、由具体到抽象的不断提高和优化的过程。也就是在进行设计的过程中，以设计概念为主线，从而对全部的设计过程进行贯穿，整个设计过程较为完全、全面。同时通过设计概念，有效将设计者的瞬间思维、感性认识两者结合，使其统一上升至理性思维后完成设计。

2 建筑结构总体概念设计

2.1 建筑结构的对称性的重要性

高层建筑体系中，对称性主要是指抗侧力主体结构对称，在平面设计中。一般比较容易实现平面设计中简体框架结构、框架结构和剪力墙结构的对称。而在竖向结构布置中，无论是那些几何图形还是楼层刚度的相关的变化，对称性都应该是立面设计中最值得考虑的问题。不对称的布置会产生刚度以及强度上的突变，使得竖向的应力集中或者是变形集中，从而导致建筑在中小型地震中遭到了损坏、而在大震时就会面临倒塌的严重后果。对于L型、T型、S型等不对称的平面复杂结构，主要取决于建筑功能和设计风格和方向，但这种结构内部结构的基本对称也是可以实现的，结构工程师会对这样的平面做合理的结构布置。设计结构的不对称除了引起变形不利于抗力承重以外，也容易造成材料浪费，成本增加。在水平荷载作用下结构侧移已成为高层建筑设计中的关键控制因素，建筑平面的形状宜选用风压较小的形式，并应考虑邻近高层建筑对其风压分布的影响，还必须考虑有利于抵抗能力和竖向荷载，在地震作用下，建筑平面要力求简单规则。风荷载作用下则可适当放宽，因为结构整体弯曲变形所引起的侧移与结构体系抵抗倾覆力矩的有效宽度的三次方成反比例关系，所以不宜建筑宽度很小的建筑物。

2.2 合理的建筑结构体系选择

①概念设计应对建筑物结构体系有明确的简图和合理的抗震说明。②设计应对整体抗震能力和重力荷载有一定承载能力和防御能力，不能因为部分结构的破坏而影响整体结构。③结构体系宜具有合理的刚度。主体抗侧力结构的刚度合理是高层建筑结构设计的重要指标之一。1）主体抗侧力结构刚度过大，结构的基本自振周期缩短，地震作用加大，结构承受的水平力，倾覆弯矩加大，地基基础的负担加大，此时结构的截面和相应的构造配筋增加较大，不经济。2）主体抗侧力结构刚度过大，势必造成结构所占的面积，空间加大，影响建筑作用，降低建筑平面利用系数，不合理。

3 建筑结构的简化计算

3.1 科学选用结构方案 科学的结构方案包含结构体系以及结构形式的合理性，要确定结构体系的整体布置、抗震节点设计等。在设计时，建筑师对建筑体要求，材料，结构特征以及地质条件施工技术等做整体评估，并同施工方和业主方协商，简化计算，确定结构，拟定策略，方案结构的初选是概念设计的必选之路，也是切实可行的最简单快捷的方法。

3.2 使结构设计经济合理 住宅建筑越来越商品化，作为投资方总是希望利润最大化。由此在结构设计时不仅要满足“规范化计算”，而且还要在安全、符合现行国家规范前提下，从各个环节进行优化设计，多个方案做比较，使最终的成品要安全可靠、经济合理，节能节材，降低造价。概念设计通过对高层建筑简化计算，先确定主体抗侧力结构并合理规划楼层结构和截面，再通过电算对概念设计进行深化和精确，这样不仅能节省电算时间，结果也比较准确，从而使结构设计更加经济合理。

3.3 确保计算结果的准确性 现代基本上采用计算机软件设计建筑结构，这样的设计软件较多，往往各类软件计算的结果存在一定差异。因此，设计师不能太依赖软件，而应从实际出发，并根据自己多年的经验，对数据进行具体分析，并严格按照制度进行。

4 概念设计在建筑结构设计中的应用

4.1 平面设计 平面设计总图用来正确确定临时建筑及其他设施位置，以及修建工地运输道路和解决排水等所需的资料；一切已有和拟建的地下、地上管道位置。用来决定原有管道的利用或拆除以及新管线的敷设与其他工程的关系，并注意不能在拟建管道的位置上搭设临时建筑。

4.2 剖面设计 建筑剖面设计主要解决层高 （净高）、室内外高差、垂直交通（楼梯的竖向布置）这三个问题。是建筑师对建筑物内部的处理，结构工程师能够在剖面图中得到更为准确的层高信息及局部地方的高低变化，剖面信息直接决定了剖切处梁相对于楼面标高的下沉或抬起，又或是错层梁，或有夹层梁，短柱等，对剖面的设计能直观的反应设计要点。

4.3 建筑基础设计 建筑基础设计不仅与地基相互作用，也牵涉到上部结构的稳定性。要考虑到地区的原始材料，如气候问题，交通、公共排水沟，易燃易爆妨碍人体健康的设施布置等。也要考虑到建筑地域的竖向资料和土方平衡，用来解决水、点管线的布置和土方的填挖，取土、弃土位置，还要考虑到楼层材料和承重力，控制高低层的沉降差很重要，地基沉降量不能过大，过深。依附于天然地基的建筑，低层一般采用双向条形或单独地基，若高低层不分开，应确保地基条件好，或者直接采用桩基，地下室有直通要求或上部结构层数差别大，必须做成整体基础就可采用这种形式。通往地下车库的通道应平行于外壁，便于铺设防水层，也能保证高层建筑的整体连接。

5 结束语

总而言之，概念设计是建筑结构设计中不可或缺的一部分，建筑设计人员在进行结构设计时，应该重视相关结构的概念设计，而不是仅仅依靠先进的计算机技术来进行设计，充分利用自身的设计经验和实践实际，不断提升自身的设计专业技能，才能不断提高概念设计的水平，从而提升建筑结构设计的品质。

参考文献：

[1]牛慧娟，马小龙.浅议建筑结构设计中的概念设计[J].内江科技，2008（02）.

第8篇

关键词：抗震概念设计基本原则 优化准则 构造措施

Abstract: construction engineering structure seismic technology developing direction and trend of performance is based on the seismic design of base isolation, suppressing and earthquake-reduction and the structure control. These development trend from concept to implementation method mutual connection, and will be in construction engineering structure seismic performance bring big change and influence. And in the design of the building structure, the earthquake concept design is in many uncertain factors, in many irregular architecture design, commonly used is also the most effective design concept. Therefore, this requires engineering and technical personnel in building structural design process, we must make good use of the optimization of the anti-seismic concept design rules and the structure of the corresponding measures to ensure the rationality of the design of engineering and safety.

Keywords: anti-seismic concept design basic principles optimal criteria structural measures

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

地震是危害最大的自然灾害之一。它是一种随机的震动，具有难于把握的复杂性和不确定性，就目前的预测地震技术，还不能准确的预测到建筑物所遭遇地震的特性和参数。建筑工程在抗震设计时，在结构分析方面，由于不能充分考虑结构的空间作用、结构材料的非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，同时也存在着诸多的不确定性。因此，建筑工程抗震问题必须立足于“概念设计”，而不能完全依赖“计算设计”来解决。

一、建筑结构设计中抗震概念设计

建筑结构设计包括理论设计和概念设计两种。其中，理论设计是指结构工程师根据计算理论和规范，在对结构进行计算模型的假设及受力状态的假定的前提下，对结构进行计算分析，得出数据式的结果，然后利用结果进行设计。而概念设计则是指设计人员从结构的宏观整体出发，用结构系统的观点，着眼于结构整体反应，正确地解决总体方案、材料使用、分析计算、截面设计和细部构造等问题，力求得到最为经济、合理的结构设计方案以达到合理抗震设计的目的。在建筑设计的方案阶段，从总体出发，采用概念设计的方法，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较和选择。这种方法虽有一定误差，但概念清楚、定性准确、手算简单快捷，能很快选择出最佳方案，具有较好的经济、可靠性，同时也是施工图设计阶段判断计算机内力分析输出数据是否可行的主要依据。

结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥消能减震的作用，并避免结构出现敏感的薄弱部位。地震能量的聚散，如果只集中在某些薄弱部位，势必会导致建筑结构的过早被破坏。因此，目前各种抗震设计方法的前提之一就是假定整个结构能发挥消能减震的作用。在此前提下才能以常见的小地震作用进行结构计算、构件截面设计并辅以相应的构造措施，必要时采用弹性时程分析法进行补充计算，以达到罕遇大震作用下结构也不会倒塌的目的。不论是现行的《建筑抗震设计规范》还是《高层建筑混凝土结构技术规程》，都明确指出在各种建筑结构的抗震设计尤其是高层建筑混凝土结构的抗震设计中，抗震概念设计对结构的抗震性能起决定性作用，因此新规范（规程）均在相关条文中强调了建筑与结构概念设计的重要性，并要求建筑师和结构工程师在高层建筑设计中应特别重视建筑结构设计中的概念设计。

二、抗震概念设计的基本原则及优化准则

建筑结构概念设计的基本原则有以下几个方面

（一）建筑结构的规则性和匀称性。

建筑抗震设计规范要求，“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面布置宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。”建筑平面应采用规则的平面布置，对A、B 级高度建筑宜平面简单、规则、对称、减小偏心；均匀规则的平面布置，既可以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，又能使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。结构布置均匀、建筑平面规则。同时，又有利于防止薄弱的抗侧力构件过早出现破坏或倒塌的现象，使地震作用能在各抗侧力构件之间重新分布，增加结构的赘余度数量，发挥整个结构消能减震的作用。

（二）建筑结构的刚度和抗震能力。

水平地震的作用是双向的，结构布置应使结构能够抵抗任意方向的地震作用。一般情况下，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强度及延性的综合反映。结构刚度的选择既要减少地震作用的效应，也要注意控制结构变形的增大。建筑结构应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。现今的抗震设计计算中并不考虑地震地面运动的扭转分量，因而在概念设计中一定要注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。

建筑结构的整体性原则

在建筑结构中，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构件，而且要求这些构件能协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧力构件布置不均匀或布置复杂或抗侧构件水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使抗侧力构件能协同工作。

（四）建筑结构抗震概念设计的优化准则

结构抗震概念设计的优化准则，即“四强四弱”。“强柱弱梁”是指节点处柱端实际受弯承载力大于梁端实际受弯承载力；“强剪弱弯”是防止构件剪切的破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力；“强节点弱杆件”是防止节点的破坏先于构件；对于杆件截面而言，“强压弱拉”是为避免杆件在弯曲时发生受压混凝土破裂的脆性破坏，使受拉区钢筋的承载力低于受压区混凝土受压承载力。

三、抗震概念设计的构造措施

建筑结构抗震概念设计的构造措施有两个方面：一是调整或限制构件的荷载效应，二是强制规定必要的结构抗震措施。具体说来，抗震概念设计的构造措施就是设置构造柱、圈梁和与框架柱及抗震墙相关的截面尺寸、轴压比、配筋率、箍筋的要求等。比如，多层砖砌体房屋的抗震构造措施主要是构造柱、圈梁等，而在高层建筑的抗震设计中，竖向抗侧力构件（如框架柱、抗震墙）的布置及与其相关的抗震措施。具体的构造措施要求如下：

（1）构造柱应该设置在墙体的两端或墙体的交接部位。它主要不是承担竖向荷载的，而是抗击剪力,抗震等横向荷载的。近年来为了提高砌体结构的承载能力或稳定性，而又不增大截面尺寸，墙中的构造体长按需要设置在墙体的中间部位，圈梁的设置必须是封闭状态。

（2）圈梁的设置应该在装配式钢筋混凝土楼、屋盖或木楼、屋盖的砖房中，并且圈梁最好与预制板在同一标高或紧靠板底，圈梁应闭合，遇有洞口应上下搭接。

（3）一般情况下，抗震墙布置在竖向荷载较大处，平面形状变化处以及楼梯间和电梯间。纵横向抗震墙，宜合并布置为L形、T形、工字形，使纵横墙互为翼缘，从而提高其强度和刚度。抗震墙的间距不应过大，以防止楼板在自身平面内变形过大。抗震墙之间楼（屋）盖的长宽比应符合规范的规定。抗震墙的配筋率，抗震等级为一、二、三级应≥0.25%，四级应≥0.2%。钢筋直径≥8mm，同时≤墙厚/10，间距应≤300mm。结构设计规范中对框架柱和抗震墙的截面尺寸、轴压比、配筋率、箍筋等的规定是非常重要的抗震构造措施。

以上几项只是简单列举了设计规范中结构抗震构造措施中的部分内容，作为工程设计人员应该严格按照现行的设计规范中的相关规定进行建筑工程的抗震设计。

总之，作为土木工程技术人员在高层建筑的研究和工程设计中，应该从整体宏观的观点出发，把概念设计更好地运用整个设计过程中，综合处理好建筑功能、技术、艺术、安全可靠性和经济合理等几方面内容，从而创作出更加安全、适用、经济美观的建筑。

参考文献：

[1].建筑抗震设计规范（GB50011-2010）

[2].陈龙洪.谈概念设计在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰.2010.02

第9篇

【关键词】高层混凝土；建筑结构；抗震设计

中图分类号： TU37 文献标识码： A

前言

文章对高层混凝土建筑结构概念设计的重要性做了简单介绍，并对我国高层混凝土建筑结构的设计现状进行了阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容进行了探讨。

二、高层混凝土建筑结构概念设计的重要性 在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠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，因此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，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。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，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果( 尤其是经过实用简化后的计算结果) 与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

三、我国高层混凝土建筑结构的设计现状 地震由于其具有较强的突发性和随机性，要在强烈晃动中保证高层建筑的稳定性是一向很大的挑战。混凝土具有硬度高、连接性好的特点，但是强烈的晃动又要求建筑物的材质应该是变形可收缩的，这样就可以消耗地震的能量，提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力，防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。虽然这几年，越来越多的研究者这在着手研究这方面的问题，但是效果并不是很理想。下面简述一下关于我国高层混凝提土建筑结构的抗震设计中存在的问题。 1.结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层 在对于混凝土框架结构的设计上存在明显的不均匀性，使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。当发生强烈地震时，结构的薄弱层率先屈服，弹塑性变形急剧发展，并形成弹塑性变形集中的现象，从而导致大楼的迅速垮塌。比如在1976年的唐山大地震中，就出现了高层建筑的集体弹性变形的情况。 2.柱端与节点的破坏较为突出 在地震中易造成高层建筑严重变形倒塌的原因是框架结构中存在梁轻柱重的情况。如果柱顶重于柱底，那么很显然的容易造成尤角杜和边柱易发生破坏。这种情况对于短柱来说，易发生剪切破坏外。对于一般柱来讲，当节点核芯区无箍筋约束时，节点与柱端破坏合并加重。同时当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶剪切破坏严重，破坏部位还可能转移至窗洞上下处，甚至出现短柱的剪切破坏。 3.砌体填充墙的破坏较为普遍 当遭到地震作用时，由于砌体承重墙变形力度较小，首先受到地震的作用而出现裂缝情况。当遇到8级或者8级以上地震时，填充墙的裂缝会明显变宽，甚至造成建筑物倒塌震害规律一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌块墙重于砖墙。

四、高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容 1.首先应重视高层建筑结构的规则性 建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称，因为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则建筑”体现在体形( 平面和立面的形状) 简单; 抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀; 平面布置基本对称。 2.结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配 当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低; 反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之间寻找一种较好的匹配关系。

3.合理选择建筑结构体系 随着社会的不断进步，人们逐渐认识到，在现代化充分发展的今天，再单纯强调结构在地震中不严重破坏和不倒塌，已不是一种完善的抗震思想，不能适应现代工程结构抗震的需要。在这样的背景下，美国和日本学者提出了基于性能的抗震设计理念。基于性能的抗震设计的基本思想，就是要使设计出来的结构在未来的地震发生时，能够达到各种选定的性能目标，包括结构进入非弹性阶段后损伤控制目标。其基础和关键工作是性能目标的确定，它包括设定地震水准、定义性能水准和选择性能目标。抗震设计规范提出了三个水准的抗震设防目标，这个设防目标包含了地震水准和性能水准，实际上就是一个性能目标，只不过目标单一，没有可选择性。因此可以说，抗震规范的设计方法已经具有了基于性能的抗震设计思想的雏形。由于对结构性能状态的具体描述、相应的计算方法、以及设计标准目前尚未明确，因此可以说，基于性能的抗震设计目前基本上仍停留在概念阶段，在工程中广泛应用的条件还不成熟。但是，随着人们对建筑产品要求的提高，各种新结构、不规则结构和超出规范适用范围的结构会逐渐增多，在没有规范可供遵循的条件下，采用基于性能的抗震设计思想进行这些结构的抗震设计，并通过专家论证，是一个可行、有效的设计途径。 结构体系是抗震设计中的关键，如何确定体系是一个综合的技术和经济问题，应当周密考虑后决定。抗震结构体系应尽可能减少自重，高层建筑中各楼层面板自重约占建筑物地面以上重量40％，因此，减少板的重量是减轻建筑总重的有效途径，如采用现浇多孔板、密肋楼板等都是很好的办法。此外，减少结构自重还可以应用高强混凝土以减小构断面，轻质隔墙、加气混凝土等轻质材料也是很好的选择。在体形复杂和不规则结构中，必须设置自上而下连续贯通的有较大承载力和刚度的抗侧力结构。尽量避免扭转，扭转对结构有很大危害，也要加大结构的抗扭转刚度。二者的关键都在于剪力墙的设置，沿结构布置刚度大的抗侧力结构，有益于抗扭。 五、结束语

第10篇

【关键词】 抗震设计； 概念设计；建筑结构

中图分类号：TU2

地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。结构的抗震设计应该是综合概念设计、计算和结构措施等完整的一系列设计 。

1 建筑的抗震概念设计

所谓“建筑抗震慨念设计”是指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，依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。掌揖了抗震概念设计，有助于明确抗震设计思想，灵活、恰当地运州抗震设计原则，使设计人员不至于陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理地进行抗震设计。

2 高层建筑结构设计更应重视概念设计

在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠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，因此必须非常重视慨念设计。从某种意义上讲，慨念设计至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证．高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。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，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计算结果(尤其是经过实刚简化后的计算结果) 与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

3 高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容

3．1 首先应重视高层建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震慨念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案．合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称， 为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多闪素的综合要求。“规则建筑”体现在体形(平面和立面的形状)简单；抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀；平面布置基本对称。

3．2 结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之问寻找一种较好的匹配关系。

3．3 设计多道设防结构

3．3．1 超静定结构

静定结构是只有一个自由度的结构，在地震中只要有一个节点破坏或一个塑性铰出现，结构就会倒塌。抗震结构必须做成超静定结构，因为超静定结构允许有多个屈服点或破坏点。将这个概念引申，抗震结构不仅是要设计成超静定结构，还应该做成具有多道设防的结构。第一道设防结构中的某一部分屈服或破坏只会使结构减少一些超静定次数。同时要注意分析并控制结构的屈曲或破坏部位，控制出铰次序及破坏过程。有些部位允许屈服或允许破坏，而有些部位则足允许屈服，不允许破坏，甚至有些部位不允许屈服。例如，带连梁的剪力墙中，连梁应当作为第一道设防，连梁先屈曲或破坏都不会影响墙肢独立抵抗地震力。

3．3．2 双重抗侧力结构体系

双重抗侧力结构体系是可能实现多道设防结构的一种类型，而且双重抗侧力结构的抗震性能较好。这里提出的双重抗侧力体系的特点是，由两种变形和受力性能不同的抗侧力结构组成，每个抗侧力体系都有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接协同工作，共同抵抗外力。特别是在地震作用下，当其中一部分结构有所损伤时，另一部分应有足够的刚度和承载力能够共同抵抗后期地震作片用力。在抗震结构中设计双重抗侧力体系实现多重设防，才是安全可靠的结构体系。

3．3．3 总结构体系与基本分结构体系

1972年12月23日尼加拉瓜首都发生强烈地震，1万多栋楼房倒塌。林同炎公司1963年设计的美州银行大楼，虽位于震中，承受比设计地震作用0．06g大6倍的地震0．35g而未倒塌，引起世界同行的高度重视。众所周知，建筑物在地震作用下的运动与由风引起的位移是不同的，在强烈地震作用下，结构会在任意方向变形。在高层建筑中，这种变形更为复杂。当然主要是第一振型，同时也包括具有鞭梢效应的第二、第三振型，变形量很大。所以设计者主要考虑的是如何避免就其结构同有特征会引起倒塌的过大变形。再则，设计高层结构所考虑抗风与抗地震要求的出发点往往是矛盾的。刚度大的结构对抗风荷载有利，动力效应小；反之，较柔的结构有利于抗震。所以要设计一个抗风及抗震性能都很好的高层结构不很容易。林同炎教授的设计思想是设计一个由4个柔性筒组成的，具有很大抗弯刚度的结构总体系。在抗风荷载及设防烈度的地震作用下表现为刚性体系。当遇到罕见的强烈地震时，通过控制各分体系(柔性筒)之间的联接构件(钢筋混凝土连梁)的屈服、破坏，而变成具有延性的结构体系，即各分体系独立工作，则结构的自振周期变长，阻尼增加，即使超出弹性极限，仍持有塑性强度，可做到摇摆而不倒塌。地震后的实地观察，证明其设计思想是正确的，正如预料的那样，联梁的混凝土剥落，粱中有明显裂缝。但4个柔性筒的本身均无裂缝，筒壁仍处于弹性阶段。

3．4 抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件

延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。在“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构应设计成延性结构。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形加大，但结构承受的地震作用不会直线上升，也就是说，结构是用它的变形能力在抵抗地震作用。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件，强底层柱”原则，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3．5 应有意识地加强薄弱环节

(1)结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析(而不是承载力设计值的分析)是判断薄弱层的基础。

(2)要使楼层(部位)的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(部位)的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性

变形的集中。

(3)要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、承载力的协调。

(4)在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

4 做好高层建筑结构概念设计还应注意的问题

(1)结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防来选择合理的结构类型。

(2)不同结构体系在竖向荷载、风荷载及地震力作用下的受力特点。

(3)风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。

(4)结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部位和薄弱环节。

(5)预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。

(6)场地选择、地基基础设计及地基变形对上部结构的影响。

(7)各类结构材料的特性及其受温度变化的影响。

第11篇

关键词：抗震概念设计;建筑结构;分析及讨论

中图分类号：TU2文献标识码： A

引言

地震是一种破坏作用很大的自然灾害之一，它会对建筑物造成极大的破坏，使建筑物的结构整体性丧失。目前我们对于建筑物结构受地震破坏的过程没有充分的认识，对于抗震的精确计算是十分的困难的。我们可以通过对于历次地震灾害总结，提出建筑物结构抗震概念设计。所谓的抗震概念，指的就是正确的解决建筑物抗震的总体方案、建筑物结构构造、建筑物材料的使用，通过抗震设计的原则，来达到抗震设计的目的。

一、建筑结构抗震的重要性

建筑的基本功能是供人们居住，随后才是审美价值的体现。就建筑的基本功能来说，其能够供人居住的首要前提是安全，包括使用安全以及建筑物自身的安全。也就是说，建筑物只有在保证了自身安全的前提之下，才能够供人们使用。因此，在建筑物的设计和建设过程中，往往需要对影响建筑安全性的因素作全方位考虑。

地震作为一种不可预知的自然灾害，其对建筑物安全性能的影响极大。而建筑物的安全一旦遭受威胁，必然会出现倒塌事件，从而砸伤和掩埋生命，给人们带来物质和精神上的双重损失。因此，建筑物在建设初期就必须做好抗震的准备工作，从根本上确保人们的生命和财产安全。

二、建筑物结构抗震设计时要考虑的主要因素

1）有利抗震场地、合理基础设计。2）优化平面以及里面布置。3）多道设防抗震结构体系。4）完备是节点构造处理以及配筋计算。5）“强柱弱梁、强压弱拉、强剪弱弯”的指导思想。6）材料的选择以及施工的质量。

三、建筑物结构抗震概念设计

（一）、建筑设计应注重场地的选择

我国现行抗震规范按场地上建筑物的震害轻重程度把建筑场地划分为对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段。地震造成建筑的破坏，除地震直接引起结构破坏外，还有场地条件的因素;因此抗震设防区的建筑工程宜选择有利和一般地段，避开不利地段，并不在危险的地段进行建设。工程地质条件对地震破坏影响很大，常有地震烈度异常现象，即“重灾区里有轻灾，轻灾区里有重灾”，其产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。例如:芦山县太平镇一座百年老宅，在“4.20”地震中地处震中9度烈度区，震后建筑安然无恙、毫发未损，该宅地处位置就是老百姓常说的“风水宝地”。实际上就是抗震规范中提到的有利地段的一种体现。

（二）、合理的建筑设计，保证抗震结构布置合理前提

在很多人的眼中，建筑物抗震的问题只是结构工程师的问题，与建筑师没有太大关系，其实这种看法是错误的。一个建筑工程项目从设计建筑方案构思，再到建筑平面布置、以及建筑立面剖面的设计，建筑师一直都起着主导的作用，而结构工程师在建筑结构设计原则之上，只能去服从和满足建筑师的设计要求。若建筑师能够较好的去考虑抗震的要求，那么结构工程师就可以对建筑结构构件进行合理布置，使建筑物的抗震性能得到较大的改善与提高。如果建筑师没有有效的去考虑建筑抗震要求，那么就会造成相反的结果。

（三）、利用结构的延性

一个结构的抗震性能，主要取决于对地震“能量吸收和耗散”能力的大小，而又取决于结构延性的大小。延性好，则结构通过弹塑性变形耗散大量地震能量，使结构免于倒塌。利用结构的塑性变形的发展来抗御地震，吸收地震能量，因此增加结构的延性，不仅能削弱地震反应，而且提高了结构抗御强烈地震的能力。

在结构设计中，对于框架结构体系，按规定应采用梁端屈服型框架，使框架结构塑性铰出现在梁端，这就是所谓“强柱弱梁”型的延性框架;以提高结构整体的变形能力和抗地震倒塌能力，防止建筑物在强烈地震作用下倒塌。同时要求，使钢筋混凝土构件正截面受剪承载力大于构件弯曲时实际达到的剪力，即“强剪弱弯”，用以改善构件自身的抗震性能，“强柱弱梁、强剪弱弯”是结构抗震概念设计中的两个重要概念。对于砌体结构房屋，按规定应优先采用现浇钢筋混凝土楼、屋盖，设置圈梁和构造柱，或采用配筋砌体，加强对砌体的约束，提高砌体结构的延性和整体性，使砌体结构在地震力的作用下，发生裂缝后不致倒塌。

（四）、选择技术经济合理的抗震结构体系

抗震结构体系，应当根据建筑重要性、建筑的高度、建筑选择的场地、设防烈度、地基基础、建筑材料和建筑施工方面等诸多因素，通过经济、技术以及使用条件等方面的综合比较来确定。

四、抗震概念设计在建筑结构设计中的应用

（一）、建筑设计应重视建筑结构的规则性

建筑结构的设计应该重视其规则性，综合现代建筑在地震中的若干表现来看，建筑结构规则性一直都对抗震能力产生着极其重要的影响。某一年，某一地方发生了地震，地震发生时，某地有两幢间隔并不远的高层建筑，一幢高层建筑是马那瓜的中央银行大厦，另外一幢高层建筑为十八层高的美洲银行大厦。当时的马那瓜地震强度被估计为八度，两幢高层建筑中，一幢在地震过程中遭到了严重的破坏，在地震后被拆除，而另一幢只有轻微的损坏，在地震以后稍微修理便可以继续使用。这两幢高层建筑在地震中的表现引起了人们的关注，经过研究发现，在地震中破坏较轻的建筑立、平、剖都较为对称和规则，其结构侧向刚度以及材料强度和质量分布都是连续、均匀的，而另一幢高层建筑则相反。所以，可以认为，建筑设计应该重视建筑结构的规则性。

（二）、注意材料的选择和施工质量抗震

在材料上的选用以及施工质量上，特别是一些特殊材料的特殊要求，这是抗震中一个重要问题所在，在抗震设计及施工中，应当受到高度重视。科学的、合理的抗震设计，必须要通过高水平高质量施工才能实现，跟设计不相同，施工是为了实现设计图，施工质量的好坏，直接能够影响到建筑物抗震的能力。假如施工中工程质量存在着很大的问题以及安全隐患，一旦遇到地震，问题就会暴露，同时也会带来很大的损失。假如工程建设中，偷工减料、滥竽充数等问题严重，就会加大地震灾害，这样的教训对我们是极为深刻的。搞好施工质量的关键就在于严格按照施工规范或者规定施工。现在的建筑抗震设计规范以及施工规范，对于建筑工程施工的标准、施工方面的技术和措施以及施工的质量等，有着明确的规定。这就约束监督者与施工技术人员以及施工企业在工程施工的过程中，要严格的按照标准执行，来保证抗震结构工程质量。

（三）、合理选择建筑的结构体系

抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定性作用。

（1）合理选择建筑的结构体系要求所选择的建筑结构体系不仅要有合理的地震作用传递途径以及明确的计算简图，还要求建筑结构体系的传力路线、传力合理以及受力明确，这些都应该与不间断的抗震分析相符合。

（2）合理选择建筑结构体系还应该对由于部分构件或者部分结构的破坏而导致的整个建筑结构体系丧失对重力荷载或者对抗震能力的承载能力。其中，有内力重分配功能以及赘余度功能是抗震概念设计的一个重要原则。坚持这一重要原则的重要性在很多建筑物地震后的实际情况中都得到了很好的印证。

结束语

总而言之，抗震概念设计是决定建筑安全性能的关键所在，从建筑整体方案设计起始，就应利用对建筑结构抗震标准去应对工程中将出现的问题，例如:建筑体型、结构体系、刚度分布、构件延性等。从宏观角度去进行思考、判断、选择，再辅助必要的计算和构造措施，从根本上消除建筑中的薄弱环节，提升建筑整体抗震性能。

参考文献

第12篇

关键词：建筑结构；概念设计；方法

Abstract: the concept design, the application of the relationship between structure whether meet the architectural requirements, and the fastest way to load transfer to the ground, foundation, more comfortable and safe living and working environment and save money and materials. Designers of innovation design is the basis of conceptual design. This paper will take concept design as the basis, the structure of the concept design method is discussed. Hope this research, the application of the conceptual design of, be helpful.

Keywords: building structure; The conceptual design; methods

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

结构设计的灵魂和核心就是概念设计，它体现在结构设计的整个过程中。概念设计理念是指，在进行工程设计的时候，要求科技人员对结构相应的结构内力和变形以及其合理形态等具有定性的分析和总体概念的能力；与此同时，还要求其对工程中所得到的点算结果和数据、发生的现象等作出迅速的科学判断的能力。具体的将，就是设计人员在从载面设计、结构选型、分析计算和布置到细部处理的整个设计的过程之中，对所碰到的问题，依据实际情况下建筑结构的工作规律，结合设计师本身的实践经验，综合的考虑各种因素，确定合理的处理、分析方法，争取取得最合理、经济的结构设计方案。概念设计的运用，关系着结构是否满足建筑要求，并用最快的方式把荷载传递至地基、基础中， 更为舒适、安全的生活和工作环境，以及节约资金和材料。设计师进行创新设计的基础就是概念设计。本文将以概念设计为基础，对建筑结构中概念设计的方法进行了探讨。希望本文的研究，能对概念设计的应用，有所助益。

1 概念设计的内容和意义

结构设计包括理论和概念设计。理论设计，是工程师对计算模型进行的受力状态和假设状态假定的前提之下，依据设计规范和理论对结构进行计算设计与分析。概念设计是指，在不经过数值运算，特别是在规范中很难规定或在一些很难做出准确理性分析的问题之中，根据分体系和整体结构体系件的工程经验、力学关系、震害和结构破坏机理等所获取的基本设计思想和设计原则，从整体的角度来确定抗震细部位措施和建筑结构总体的布置的宏观控制。在建筑方案的设计阶段，以总体为出发点，利用概念性的近似计算的方法，能有效、迅速的对结构体系进行选择、比较和构思。该方法虽存在一定的误差，但简单快捷、定性较为准确、概念清楚，能够较快的选出最合理的方案，具有很好的可靠、经济性。

我国结构的计算理论经历了多个阶段的发展，其中要数当前的概率极限状态的设计法更合理、科学，但是，其在计算的过程之中具有一定程度的近似，并单独的利用其很难估算出建筑物真正的承载力。实际中，作为空间结构的建筑物，其各个构件都是以非常复杂的方式共同工作，且这些构件都并非是脱离总个结构体系的独立构件。当前，在空间结构系统的整体研究上，人们还有着一定的局限性，在进行设计的过程中利用了很多简化和假定。结构工程师在设计中，不能照搬规范，应当将它当做一种参考、指南，并在实际的设计中进行合理的选择。这就需要结构工程师透彻的了解各基本分体系和整体结构体系件的力学关系，将概念设计运用至实际的工作之中去。

2 概念设计在结构设计中的应用

传统结构设计和结构设计的理论研究只注重怎样增加结构的抗力，从而导致了配筋量逐渐加大、混凝土等级也逐渐升高，进而逐渐的加大了造价。结构工程师只是注意到不超过最大的配筋率，其结果造成了深基础、旁柱、肥梁随处可见。以抗震的设计来讲，一般都是依据初定的混凝土、尺寸等级算出结构的刚度，再依据结构刚度计算出地震力，最后配筋。这样以抗震配筋，刚度增加，反而震效也同时也得到增强。其实，在结构设计中，可以从降低作用效果进行考虑：在抗震的设计之中，对隔震消能的研究则是一个较好的例子。在主体和基础件增设消能支撑和柔性的隔震层是隔震消能的通常做法；或者装一个“反摆”于建筑物的顶部，在地震发生的时候，建筑物顶部位移的方向与其位移的方向相反，从加大对建筑物震动的阻尼作用来降低加速；以减少建筑物在地震中的位移来达到降低地震作用的效果。通过合理的设计可以降低60%的地震作用的效应，进而加大了建筑物内的物品的安全性。该研究于国内外正被深入、广泛的应用。在日本，该研究的成果在实际的工程中已经得到了广泛的应用，并取得了很好的使用和经济效果。而在我国，由于人们的认识、技术和经济的限制作用，在实际的工程建设中，还未得到广泛的应用。在建筑的机构的设计之中，对建筑物的刚度进行合理的确定，是非常重要的。设计中，建筑物的刚度不能设计的过大，刚度过大则建筑物的结构自振周短，地震发生时，建筑物结构所需承受的地震作用力就越大，想对应的，所承受的后果就较重，并且还造成了许多不必要材料的浪费；而刚度也不能太柔，太柔的建筑物的结构在地震发生时，其所产生的变形也就越大，严重的影响了建筑物的正常使用、稳定性和强度。

在进行抗震验算的时候，应当注意场地的土类别。条件充足时，若8度超过5层则应尽量的加剪力墙，这样可以增强结构的抗震能力。应考虑大跨度阳台和雨篷等处梁的抗扭，其扭矩是梁的中心线处板的负弯距乘以跨度的一半。框架结构最好设计成双向的梁柱刚接体系。框架柱、梁的混凝土的等级最好相差一级。设计中，应当增加对垂直地震的设计。填充墙内不能出挑雨篷。若过梁或梁等的载面过大时，应对构件配筋率的最小值进行验算。出屋面的楼电梯间不能使用砖混结构。考虑到在地震作用的时候，必须灵活运用和充分领会抗震概念设计的优化准则，并采用相关的构造措施。

3 概念设计的发展

随着概念设计在建筑工程的应用，其设计思想也被越发多的结构工程师接受，并发挥了越发巨大的作用。可是，在如今高校的教学之中，通常都只注重独立的分体系和单独的构件的力学的讲解。在专业课程的教学之中，尤其以单项的计算居多，综合的练习较少，并且着重于考题，进而促使有很大一部分学生只会套用公式进行解题的习惯。而且，最近一些年强调计算机应用的教育，如：毕业设计必须用结构设计软件出图、计算。但是，因为计算机设计的过程的屏蔽，对手算过程的训练程度的削弱，也使得学生对计算机产生了一定的依赖性，进而结果其整体结构体系的概念模糊，综合应用能力下降。这些对致力于培养具有创造力的未来工程师的目标而言，相当不利。随着人民生活质量的升高以及社会经济的发展，对建筑的结构设计，其要求也是越来越高。加强计算的应用，发展先进的计算理论，加快新型的环保、轻质、高强度 建设材料的研发和应用，促使建筑结构的设计更加的使用、安全、经济和可靠是当务之急。其中，打破传统结构设计的成规；并充分的将结构工程师本身的创新能力发挥出来相当的必要。因为，他们是建筑结构设计革命的执行者和推动者。这就要求教育界和工程界的共同努力，推广概念设计的思想，不失为一条有效的途径。

小结：

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。概念设计的运用，关系着结构是否满足建筑要求，并用最快的方式把荷载传递至地基、基础中， 更为舒适、安全的生活和工作环境，以及节约资金和材料。因此，将概念设计进行推广，在一定的程度上有利于节约了社会的资金投入，更有利于为人们创造一个更为舒适、安全的生活和工作环境。

参考文献：

[1]徐培福，黄小坤，高层建筑混凝土结构技术规程理解与应用[M]，北京： 中国建筑工业出版社，2 0 0 3

[2]韦润忠，简述建筑结构设计中的概念设计和经验叨[J]，科技资讯，2008(5)：108

第13篇

关键词: 建筑 抗震, 设计,

地震作用影响因素非常的复杂,它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用,目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法,要进行精确的抗震计算还有一定的困难,因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。结构的抗震设计应该是综合概念设计、计算和结构措施等完整的一系列设计。

1 抗震概念设计

“建筑抗震概念设计”是指根据地震灾害和工程实际经验等所形成的基本设计原则及设计思想,依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。掌握了抗震概念设计,有助于明确抗震设计思想,灵活、恰当地运用抗震设计原则,使设计人员不至于陷入盲目的计算工作,从而做到比较合理地进行抗震设计。

2 高层结构设计更应该重视概念设计

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(尤其是经过实用简化后的计算结果) 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。在设计中,虽然分析计算是必须的,也是设计的重要依据,但仅靠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,因此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,因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。

3 建筑抗震概念设计的基本内容

3. 1 应重视建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的,提倡平、立面简单对称。因为震害表明,此种类型建筑在地震时较不容易破坏,容易估计出其地震反应,易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸,抗侧力构件布置、质量分布,承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则建筑”体现在体形(平面和立面的形状) 简单;抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀;平面布置基本对称。

3. 2 抗震概念设计应坚持的原则

1) 刚柔相济原则。在抗震设计中,不能一味地提高结构的抗力,一般是根据初定的尺寸和混凝土等级算出结构的刚度,再由结构刚度算出地震力,然后计算配筋。如果结构刚度太大,地震作用效应就很大,这样为抵御地震而需配更多的钢筋,因此,增加了结构的刚度,反而使地震作用效应增强。在较大的地震力瞬间袭来时,极易造成局部受损,最后导致各个击破;而太柔的结构虽然有很好的延性,可以消减外力,但容易造成变形过大而无法使用,甚至整体倾覆。在抗震设计中,为了实现刚柔相济的原则,既满足变形要求,又能减小地震力,最主要的方法是进行隔震消能设计。隔震消能设计一般的做法是在基础和主体之间设置柔性隔震层、加设消能支撑(类似于阻尼器的装置) 等;另外,在抗震设计中“, 刚柔相济”可以通过合理控制设计总信息来实现。比如周期、位移、地震力应满足建筑抗震设计规范限值要求或者不超规范太多。

2) 多道设防原则。强烈地震后往往伴随多次余震,如果只有一道设防,在首次破坏后再遭余震,结构将会因损伤积累而导致倒塌。因此,一个抗震结构体系,应由若干个延生较好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接起来协同工作,如框架―剪力体系是由延性框架和抗震墙两个分体系组成。

3. 3 抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。

在“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震设计原则下,结构应设计成延性结构。当设计成延性结构时,由于塑性变形可以耗散地震能量,结构变形加大,但结构承受的地震作用不会直线上升,也就是说,结构是用它的变形能力在抵抗地震作用。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱杆件,强底层柱”原则,承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3. 4 应有意识地加强薄弱环节

1) 结构在强烈地震下不存在强度安全储备,构件的实际承载力分析(而不是承载力设计值的分析) 是判断薄弱层的基础。

2) 要使楼层(部位) 的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化,一旦楼层(部位) 的这个比例有突变时,会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

3) 要防止在局部上加强而忽视整个结构各位刚度、承载力的协调。

4) 在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位) ,使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移,这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

3. 5 应采用合理的建筑结构体系

建筑布局除考虑功能要求外,结构单元抗侧力结构的布置宜规则、对称,受力明确,传力合理,传力途径不间断,并应具有良好的整体性。

1) 抗侧力构件应布置合理。如在框架―剪力墙结构中,剪力墙宜均增布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位,剪力墙间距不宜过大;平面形状凹凸较大时,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙;纵、横剪力墙宜组成L型、T 型和[型等形式;剪力墙宜贯通建筑物的全高,避免刚度突变;剪力墙开洞口宜上下对齐;抗震设计时,剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。

2) 结构的整体性要好。高层建筑结构中,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的子结构,而且要使这些子结构能协同承受地震作用,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平面内刚度和抗力,并与竖向各子结构有效连接。所以房屋的顶层、结构转换层、平面复杂或开洞过大的楼层、作为上部结构嵌固部分的地下室楼层应采用现浇楼盖结构。一般楼层现浇楼板厚度不应小于80 mm , 顶层楼板厚度不宜小于120 mm ,普通地下室顶板厚不宜小于160 mm;作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构,楼板厚度不宜小于180 mm。

4 做好概念设计应注意的问题

1) 结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防来选择合理的结构类型。

2) 不同结构体系在竖向荷载、风荷载及地震力作用下的受力特点。

3) 风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。

4) 结构破坏的机制和过程,以加强结构的关键部位和薄弱环节。

5) 建筑结构的整体性、承载力和刚度在平面内及沿高度均匀分布,避免突变和应力集中。

6) 预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。

7) 地基变形对上部结构及其受温度变化的影响。

8) 各类结构材料的特性及其受温度变化的影响。

9) 非结构件对主体结构抗震产生的有利和不利影响,要协调布置,并保证与主体结构连接构造的可靠等。

要搞好抗震设计必须从方案开始。首先要求建筑方案设计人员必须一定的结构概念，尽量采用规整的结构体系，不一味追求外观而破坏了结构体系的合理性。

第14篇

【关键词】概念设计；抗震设计；结构设计；偶合作用

结构设计分为理论设计和概念设计两个步骤。理论设计是结构工程师根据计算理论和当时的规范，在对结构进行计算模型的假设及受力状态的假定的前提下，对结构进行计算分析，得出数据式的结果，然后利用计算分析结果进行设计。概念设计则是指不经数值计算，尤其在一些难以做出精确理性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。在建筑设计方案阶段，从总体出发，采用概念性近似计算方法，能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较和选择。这种方法虽有一定误差，但概念清楚、定性准确、采取经验总结汇总的手算简单快捷，能很快选择出最佳方案，具有较好的经济、可靠性能，同时也是施工图设计阶段判断计算机内力分析输出数据可与否的重要依据。

1.　概念设计的必要

概念设计应用范围较广泛，几乎组成包含了所有的结构设计。在不确定因素多、受力状态变化较大的抗震设计、基础设计、高层建筑设计中，概念设计的应用尤显重要和突出。概念设计的重要性，主要体现在三方面：

（1）因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性。为了弥补计算理论的缺陷，或实现对世界存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要用概念设计来满足结构设计的目的。

（2）由于在方案设计阶段，初步设计过程是不可能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念，选择效果最好、造价最低的结构方案。概念设计在设计人员中提得比较多，但往往被人们片面地理解，认为其主要是用于一些大的原则，如确定结构方案、结构布置等。其实，在设计中任何地方都离不开科学的概念作指导。

（3）由于计算机计算结果的高精度，容易给结构设计人员带来对结构工作性能出现的可能误解，过分地依赖于计算机和设计软件，进行习惯性、传统的结构设计，对计算结果明显不合理、甚至错误的地方不能及时发现，使许多的建筑结构留下安全隐患。因此，概念设计在结构设计中具有重要的地位。

2.　抗震概念设计要求

2.1　地震是一种随机难以掌握的振动，有复杂性和不确定性，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前尚难做到。在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、结构材料的非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，同时也存在着不准确性。因此，工程抗震问题不能完全依赖于“计算设计”　全部解决下了问题，而必须立足于“概念设计”。结构抗震概念时间的目标是使主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。地震能量的聚散，如果仅集中在少数薄弱部位，必会导致结构过早破坏，目前各种抗震设计方法的前提之一就是假定整个结构发挥耗散地震能量的作用，在此前提下才能以多遇地震即小震次数作用进行结构计算、构件截面时间并辅以相应的构造措施，必要时采用弹性时程分析法进行补充计算，试图达到罕遇地震（大震）作用下结构不倒塌给人员逃生时间的目标。

2.2　为了保证建筑物具有足够的抗震能力，通过概念设计从宏观上控制结构的抗震性能，应充分考虑以下环节：（1）选择对控制有利的场地及地基，避免地面变形的直接危害，采取措施保证地基的稳定性。（2）进行合理的基础设计，同一结构单元不宜设置在性质不同的地基土上，不宜采用不同的基础形式，设计时宜最大限度地发挥地基的潜力。（3）建筑物的体型应力求简单、规则、对称、质量和刚度变化均匀，以减少地震作用产生的变形、应力集中及扭转反应。（4）选择合理的结构体系，抗震构件力求均匀对称，设置多道抗震防线，避免局部出现薄弱部位，要求结构布置受力明确，传力简捷。（5）各类构件之间要有可靠的连接，并具有必要的强度和变形能力，从而获得整个结构良好的抗震性能。（6）强调结构空间整体性，平面加强连接，竖向确保足够整体刚度。（7）重视对非结构构件的处理，利用其对主体结构的有利影响，避免不合理设置导致对主体结构的有利影响。同时尽量减轻结构自重，减少地基土压力，从而降低向建筑物传输的地震力。

3.　结构概念设计的运用

（1）运用概念设计的思想方法，也使得结构设计的思路得到了拓宽。传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力R，以致使砼的强度等级越来越高，配筋量越来越大，造价也越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果是肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例，一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，结构刚度越大，地震作用效应也越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋，增加了结构的刚度，反而使地震作用效应增强。其实，为什么不考虑降低作用效应S呢？目前在抗震设计中，隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在基础与主体之间设柔性隔震层；加设消能支撑（类似于阻尼器的装置）；有的在建筑物顶部装一个“反摆”，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达60%，并提高屋内物品的安全性。这一研究在国内外正广泛地深入展开。在日本，研究成果已经广泛应用于实际工程中，取得良好的经济、适用效果。而我国由于经济、技术和人们认识的限制，在工程界还未被广泛地应用。

（2）同时，在目前建筑结构抗震鉴定及加固中，概念设计的思想也应得到延伸。在1976年唐山地震中，天津市加固的2万间民房无一倒塌，但天津第二毛纺厂3层的框架厂房，却因偏重于传统构部件的加固，忽视结构总体抗震性能的判断，造成不合理的加固，使抗震薄弱层转移，最终倒塌。抗震验算时不同的楼盖及布置（整体性）决定了采用刚性、刚柔、柔性理论计算。在建筑结构设计中，合理地确定建筑物的刚度是非常重要的。建筑物的刚度不宜太大，刚度大则结构自振周期就短，在地震时结构所承受的地震作用就大，相对后果较重，且造成材料的浪费；刚度也不宜过柔，过柔的建筑结构在地震时就会产生过大的变形，影响其强度、稳定性和正常使用。

（3）抗震验算时应特别注意场地土类别。8度设防建筑物超过5层有条件时，尽量采用剪力墙，可大大改善结构的抗震性能。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系，但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计，从震害分析，规范给出的垂直地震作用明显不足。

（4）雨蓬不允许从填充墙内挑出。采用的大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时，扭矩为梁中心线处板的负弯矩乘以跨度的一半。框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。由于某些原因造成梁或过梁等截面较大时，应验算构件的最小配筋率。出屋面的楼梯间不得采用砖混结构。考虑地震作用时必须充分领会和灵活运用抗震概念设计的优化准则和采取相应的构造措施。优化准则“强节弱杆”——防止节点破坏先于构件；“强柱弱梁”——防止杆系发生楼层倾移破坏机制，要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力；“强剪弱弯”——防止构件剪力破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力；“强压弱拉”——对杆件截面而言，为避免杆件在弯曲时发生受压区砼破裂的脆性破坏，使受拉区钢筋承载力低于受拉区砼受压承载力。

（5）保证措施有两个方面：一是调整或限制构件的荷载效应；二是强制规定必要的构造措施。这连个方面在《高层建筑物混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）有详细的规定，有的则是以强制性条文提出严格要求。如《高层建筑物混凝土结构技术规程》中第6.3.2条的第1点限制梁端截面砼受压区高度与有效高度之比，就是保证梁的变形能力，而它又决定于梁端塑性转动量，而塑性转动量又与截面混凝土受压区的相对高度密切相关；试验研究结果表明，要使钢筋混凝土梁的位移延性系数达到3～4，混凝土受压区相对高度必须控制在0.25～0.35。又如：对钢筋混凝土杆件而言，杆件截面的平均剪应力过高，都会降低箍筋的抗剪效果，平均剪应力较小时，可以避免出现剪切破坏。

在建筑结构设计中还应充分考虑地震的偶合作用；坚持“小震不坏，大震不倒”；多道设防的抗震设计原则，这也是从许多教训中总结的经验。

参考文献

第15篇

【关键词】房屋结构设计；建筑结构设计优化方法；重要性；应用

房屋建筑企业应该应用合理的建筑结构优化设计，实现公司利润的最大化，从而提高公司的综合竞争力。总而言之，房屋建筑设计师充分做好房屋建筑结构优化设计能够实现企业与客户的双赢。

1.房屋结构设计中建筑结构优化方法的重要性及其作用

1.1房屋结构设计中建筑结构优化方法的重要性

对房屋建筑的结构进行优化，施工人员应在确保房屋建筑质量安全的前提下，对设计方案进行细致分析，应用先进的设计观念及技术，从而对工程造价进行控制。根据相关数据分析，房屋的结构如果经过设计优化，同未经设计优化的房屋建筑相比可以缩减10%―20%的费用。但是，在现实的施工设计优化中，因为受到多方面条件的限制，实施起来十分困难，无法充分发挥其优越性。例如：一些施工企业过于追赶工程进度，从而导致对房屋的设计效果造成影响；很多年轻的项目设计人员因为缺少工作经验，无法进行设计优化；还有的设计人员因为对房屋建筑部分的过分关注，从而对整体房屋建筑的设计预案造成忽略，影响了整体造价。从中可以看出，房屋建筑项目的设计人员应把施工技术同经济收益紧密的联系起来，唯有规划出切实可行、效果良好的设计预案才可以保证企业获取最大收益。

1.2建筑结构设计优化方法的作用

（1）对房屋建筑的结构进行设计优化可以全面发挥机械设备及建材的性能，同以往的结构设计相比，更具优势。对房屋建筑的结构进行设计优化可以降低工程造价的资金投入，为企业赢取更高的收益。同时，还能够把房屋结构中的各个单元进行有机整合，提高房屋建筑的质量，保证人们的居住安全。所以，对房屋的结构进行设计优化是保证民用房屋经济性更好、适用性更强的重要方法之一。（2）提升房屋建筑的安全性。通过对房屋结构的优化设计，可以对原有设计方案中的不足和缺陷进行弥补，从而提升房屋结构的合理性和安全性，在保证房屋建筑整体质量的基础上，节省房屋建筑材料，提升房屋建筑的稳定性和相应的受力性能，确保房屋建筑的使用安全。（3）减低工程造价。据相关数据显示，运用建筑结构优化设计后，与原设计方案相比，房屋建筑工程的成本可以节约10%-30%左右，成本大大降低。同时，通过建筑结构优化设计，还可以充分发挥原材料的性能，确保房屋结构各个单元之间的紧密联系，提升房屋建筑工程的经济性。

2.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用分析

2.1结构同房屋建筑的协调优化

在进行设计时，应尽可能保证房屋建筑的结构同整体平面的配合紧密，从而实现造型美观、结构合理的效果。在进行房屋建筑柱及墙的布设时，应同房建平面的功能需求相一致，每个房间的进深、开间都应保持统一。房屋建筑系统尽可能简洁，墙与柱不可以出现错位情况，每一层的高度及截面面积应相同。进行楼体或电梯的设计时，其应力集中或受力方向较多的转角区域，承重构件应尽可能选取高强建材，从而降低自重，而非承重的构建应选用质量较轻的建材。整体房屋建筑在布局方面应保证重心、刚心及质心交叠，预防出现扭转情况。

2.2整体优化和局部优化

任一项目房屋建筑的设计都具备层次性及复杂性两方面的特点。以层次性看来，其一般包含房屋建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，每一个体系内又囊括了多个下属体系。进行房屋建筑设计时，设计人员应对各个下属系统进行优化，将各个布局间的横向关联冲破，叠加工程；以复杂性看来，其一般包含房屋建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。所以，对于任一房屋建筑来讲，就应从整体进行优化，方可真正实现设计优化。

2.3优化设计规范

在对房屋建筑工程进行建筑结构优化设计的过程中，设计人员严格遵循了相应的结构设计规范，不仅充分了解了结构设计规范中的相关条例，而且结合房屋结构设计的实际情况，对建筑结构优化设计的方案进行了合理应用。同时，针对结构设计规范中存在的不足，如安全性较差、要求过于宽松等，设计人员结合实际情况进行了适当的取舍，从而切实保证了设计成果的最优化。

2.4概念设计优化

技术与房屋结构设计对于同一房屋建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的房屋建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法；分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：房屋建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。此外，分析如何应付房屋建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，房屋建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使房屋建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。

2.5桩基础优化

桩基础可以划分为灌注桩及预制桩两种桩型。因为灌注桩在施工时质量较难控制，并且操作复杂，时间较长。所以，如果在沉降符合相关标准的基础上，应利用预制桩进行施工。另外，因为在普通状况下，伴随着桩基的不断深入，土壤对桩身的作用及摩擦也随之增大，所以，应尽量选取长度较大的预制桩。

2.6框架梁、柱箍筋间距的优化

对不同抗震等级的框架梁，柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了明确的规定。侧重点就是关于质量，比如抗震等级、人防等级、地基处理、承载能力、材料使用等一些相关因素，同时还包括对设计图纸的详细了解和掌握，在钢筋水泥的质量要求、地基基础设计等级、砌体结构施工质量控制等级，基本雪压和基本风压，地面粗糙度等等一些基本房屋结构的类型需要，如混凝土的含碱量不得超过3kg/m3、地下水类型及标高、防水设计水位和抗浮设计水位，地基液化，湿陷及其他不良地质作用，地基土冻结深度、设计活荷载值、混凝土结构的环境类别、材料等级、强度等级、材料性能、施工质量的特别要求等，是在房屋结构设计中要考虑的要素。

3.结束语

建筑结构优化设计技术在房屋结构设计中有着极其重要的作用，推动着城市化的建设与发展。房屋结构设计在确保安全性与合理性的基础之上，应该加强整个结构的设计美观性，以及对方案进行不断的优化，促进工作的改进。现代化的房屋建筑设计不仅需要确保其基本的使用价值和功能性，同时针对外观的设计还应当具有一定的美观性，以进一步的增强整个房屋结构和设计方案的价值。

参考文献：