概念设计在建筑结构抗震设计中重要性和应用分析

摘要：本文针对概念设计，首先分析了它的含义以及在抗震设计中的重要性，然后探讨了它在建筑结构抗震设计中的应用，以供参考。

关键词：概念设计，建筑结构，抗震设计，重要性

1. 前言

地震具有破坏性也具有突发性，目前我们虽然可以凭借一些技术和手段来加强预测地震的发生，然而地震发生时依旧很难做到有效及时的预测，因而地震会经常严重的破坏人们的生活。所以，在建筑设计过程中，有效强化抗震设计和增强建筑结构的抗震能力，是确保国家和人民生命财产安全的有效举措。建筑结构抗震设计中概念设计的提出，可以准确的把握结构抗震性能方向，因而在抗震设计中担任着很重要的角色。

2. 概念设计的含义

概念设计是一种立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念的抗震设计，也就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正确地解决建筑和结构的总体方案、结构布置、材料使用和细部构造等，以便达到合理抗震设计的目的。抗震概念设计是目前工程设计高度自动化的背景下唯一具有能动性和创造性的设计过程，它的思路如下：在工程设计一开始，把握好能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节；同时辅以必要的计算和构造措施，有可能使房屋建筑具有良好的抗震性能和足够的抗震可靠度。由于对地震作用及结构性能的了解还远远不够，在某种意义上，概念设计比计算设计更重要。

3. 概念设计在抗震设计中的重要性

概念设计是先进设计思想的重要体现，结构工程师的主要任务就是用整体的概念在特定的建筑空间中来设计结构总体方案，同时妥善的处理结构与结构、构件与结构的关系。目前的结构设计和计算理论存在不可计算性和一些缺陷，例如混凝土结构设计是基于弹性理论的计算方法来进行内力计算，而截面设计的极限状态设计方法是基于塑性理论，这个矛盾导致计算结果与实际的结构受力状态相差很大。因此，为了达到结构设计目，需要优秀概念设计与结构措施来弥补这类计算理论缺陷，并合理设计出大量无法计算却实际存在结构构件。此外，计算机结果高精度特征通常会引起结构设计人员误解结构工作性能，因而结构工程师需要强化结构概念意识才能对结构工作性能有比较客观真实理解。概念设计另一个重要之处在于：方案设计阶段，无法利用计算机来实现初步设计过程。

4. 概念设计在抗震设计中应用

4.1 场地选择

不同场地上建筑震害不同在建筑选址时，要尽量选择对建筑抗震有利地段，避开不利和危险地段。关于地基基础设计，抗震规范有如下规定：（1）避开危险地带（如断裂带等）；（2）同一结构单元基础不宜设置在性质截然不同的地基上，无法避开时，除考虑不同土层差异运动的影响外，还应采用局部深基础，使整个建筑物的基础落在同一上层上；（3）同一结构单元不宜部分采用天然地基部分采用桩基，可设沉降缝，成为两个单元；（4）地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀时，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，并采取相应措施，基础应加强其整体性和刚性。

4.2 建筑的平立面布置

一幢房屋的动力性能基本上取决于它的建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。

（1）建筑平面布置：建筑物的平、立面布置宜规则、对称，质量和刚度变化均匀，避免楼层错层；地震区的高层建筑，平面以方形、矩形、圆形为好；正六边形、正八边形、椭圆形、扇形也可以；有较长翼缘的L形、T形、十字形、U形、H形、Y形平面不宜采用。同时，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍；结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%。

（2）建筑立面布置：地震区高层建筑的立面应采用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状，尽量避免带有突然变化的阶梯形立面。因为立面形状的突然变化，会引起质量和抗侧移刚度突变，地震时容易因剧烈振动或塑性变形集中（薄弱层）而加重破坏。同时，建筑的该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%；抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%。

4.3 结构选型与结构布置

（1）结构选型：结构选型涉及的内容较多，应根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，通过技术、经济条件比较综合确定。单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具备下列性能：延性系数高；“强度/重力”比值大；匀质性好；正交各向同性；构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度。

（2）结构布置：平面布置力求对称，质量、刚度、强度均对称；竖向布置力求均匀，尽可能使其竖向刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。

4.4 多道抗震防线设计

多道抗震防线是指：一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作，即分体系间的连接部件应有适当强度、较好延性和稳定的滞回性能，比如：框架-抗震墙体系由延性框架和抗震墙两个系统组成；同时，抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度，有意识地建立起一系列分布的屈服区，以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量，一旦破坏也易于修复。多道抗震防线对抗震结构是必要的。强烈地震往往有一定的持续时间，并且往往伴随多次余震，当第一道防线的抗侧力构件遭到破坏后，后备的第二道至第三道防线的抗侧力构件立即接替抵挡住后续的地震动的冲击，从而确保建筑物最低限度的安全，免于倒塌。

多道抗震防线构件选择：（1）第一道防线，应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙，或选用轴压比值较小的抗震墙、实体筒体之类构件；一般情况，不宜采用轴压比很大的框架柱兼作第一道防线的抗侧力构件。（2）第二道第三道防线，应该利用赘余构件增多抗震防线。利用结构中增设的赘余杆件的屈服和变形，来耗散输入的地震能量；利用赘余杆件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过渡到另一种稳定体系，实现结构周期的变化，避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。

5. 结语

随着科学技术的不断进步，计算机虽然可以计算出各种复杂结构，却无法取代人脑的作用和角色。因此，建筑结构设计人员的设计研究需要紧密结合电子计算机计算的理论结果，同时也要加强对总体的宏观设计，从而真正地实现建筑物抗震设计的要求，确保建筑结构的安全性。

参考文献

[1]袁佳伟.概念设计在建筑结构抗震设计中重要性和应用的探讨.城市建设理论研究（电子版），2012（4）.

[2]程宝龙，魏强，钟亚军.概念设计在结构抗震设计中的应用.建筑技术，2012（5）.

[3]黄超.概念设计在结构抗震设计中的应用分析.新材料新装饰，2014（6）.

[4]梁斌，李宇飞.建筑结构抗震设计中的概念设计.城市建设理论研究（电子版），2013（13）.

[5]常兴邦.建筑结构抗震设计中的概念设计的探讨.城市建设理论研究（电子版），2013（21）.

[6]邵裕辉.浅议建筑结构抗震设计中的概念设计.城市建设理论研究（电子版），2011（36）.