[摘要]在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施至關(guān)重要，它在一定程度上反映了一個結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)水平。本文首先向讀者介紹了建筑概念設(shè)計(jì)的基本含義，在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了概念設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用。
　　[關(guān)鍵詞]建筑結(jié)構(gòu)，概念設(shè)計(jì)，抗震
　　引言
　　當(dāng)前科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展,計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序的全面應(yīng)用給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師帶來了極大方便,大大減輕了他們的勞動強(qiáng)度,提高了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。但同時(shí)也容易讓人產(chǎn)生錯誤認(rèn)識,認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很簡單,只需遵循規(guī)范、手冊、圖集,等待建筑師給出一個空間形成的方案（非結(jié)構(gòu)的）,然后就可使用計(jì)算機(jī)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了。因此,一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師不重視結(jié)構(gòu)的基本理論和基本概念的正確使用,不能有效地運(yùn)用他們的知識、精力和時(shí)間去考慮結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)、協(xié)同工作等一系列概念設(shè)計(jì)問題。而是一味地依賴計(jì)算機(jī),久而久之許多設(shè)計(jì)人員缺乏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念,對軟件技術(shù)條件認(rèn)識不清、對計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果無法判斷,對規(guī)范與軟件之間的差異不甚了解,對如何加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性、合理性、經(jīng)濟(jì)性沒有概念,甚至一些設(shè)計(jì)人員因?yàn)檫^多地相信計(jì)算機(jī)分析結(jié)果而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與實(shí)際建筑物存在較大差別,引起結(jié)構(gòu)施工圖中出現(xiàn)了大量的概念性錯誤和計(jì)算錯誤,且有些錯誤可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為保證建筑結(jié)構(gòu)的安全、適用、經(jīng)濟(jì)、可靠,對設(shè)計(jì)人員強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的重要性是非常必要的。
　　一、概念設(shè)計(jì)概述
　　1.1概念設(shè)計(jì)的定義
　　所謂的概念設(shè)計(jì)就是運(yùn)用清晰的結(jié)構(gòu)概念,不經(jīng)數(shù)值計(jì)算,依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想,對結(jié)構(gòu)及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行正確的分析,并考慮結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀況與計(jì)算假設(shè)間的差異,對結(jié)構(gòu)和構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì),使建筑物受力更合理、安全、協(xié)調(diào)。
　　1.2概念設(shè)計(jì)與建筑結(jié)構(gòu)
　　概念設(shè)計(jì)主要從兩個方面對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行宏觀控制：一是在方案設(shè)計(jì)滿足建筑要求的前提下從宏觀的角度考慮結(jié)構(gòu)整體性及主要分體的相互協(xié)調(diào)關(guān)系,確定總體設(shè)計(jì)方案；二是在理論設(shè)計(jì)過程中綜合考慮工程條件、計(jì)算理論、材料性能等各種因素對計(jì)算結(jié)果的影響,判斷理論設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性,并對一些工程中難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題,根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)采用一些結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施進(jìn)行處理。換句話說，概念設(shè)計(jì)是運(yùn)用人的判斷和思維能力從宏觀上解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題。
　　概念設(shè)計(jì)是一種思路,是一種定性的設(shè)計(jì),它不以精確的力學(xué)分析、生搬硬套的規(guī)范條文為依據(jù),而是對工程進(jìn)行概括性的分析,制定設(shè)計(jì)目標(biāo),采取相應(yīng)結(jié)構(gòu)措施。具體到設(shè)計(jì)過程,就是根據(jù)特定的建筑空間和地理?xiàng)l件,結(jié)合建筑的功能要求,考慮結(jié)構(gòu)安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀、施工方便等各種因素后,確定結(jié)構(gòu)的總體方案,按照結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理和破壞過程,靈活且能有意識地利用整體結(jié)構(gòu)體系與基本桿件間的力學(xué)特性與關(guān)系、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、工程現(xiàn)場實(shí)時(shí)的資源條件,全面合理地解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題。既要注意到總體布置上的大原則,又要顧及到關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié),從根本上提高結(jié)構(gòu)的可靠度。概念設(shè)計(jì)的目的是力求使設(shè)計(jì)方案安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理,是一個優(yōu)化的過程。概念設(shè)計(jì)運(yùn)用得好,能使結(jié)構(gòu)滿足建筑要求,并以最快的方式將荷載傳遞到基礎(chǔ)、地基中,創(chuàng)造更為安全、舒適的工作和生活環(huán)境,從而節(jié)約材料和資金,使工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、使用都能“又快、又好、又省”,這也是人們對工程建設(shè)的最基本要求。
　　二、建筑抗震與概念設(shè)計(jì)
　　建筑抗震設(shè)計(jì)分為抗震計(jì)算設(shè)計(jì)和抗震概念設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)指除了計(jì)算設(shè)計(jì)以外所有的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容。由于地震是個很復(fù)雜的自然現(xiàn)象，以現(xiàn)有科技水平，難以預(yù)估實(shí)際地震發(fā)生時(shí)間空間和強(qiáng)度，抗震設(shè)防依據(jù)是一個地區(qū)設(shè)防烈度，由于地震地質(zhì)背景不夠清楚，在一個地區(qū)發(fā)生超過設(shè)防烈度地震是完全可能的，地震及其影響有不確定性一面，在結(jié)構(gòu)分析方面由于不可能完全充分考慮結(jié)構(gòu)空間作用，結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)，特別是結(jié)構(gòu)進(jìn)人彈塑性以后材料非彈性性質(zhì)、阻尼變化等因素，結(jié)構(gòu)計(jì)算也有其不準(zhǔn)確性，因此結(jié)構(gòu)抗震不能完全依賴計(jì)算設(shè)計(jì)而必須強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)在抗震設(shè)計(jì)中地位是第一位的。
　　從結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)一開始，概念設(shè)計(jì)就運(yùn)用人們對建筑結(jié)構(gòu)抗震已有的正確知識去處理好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將遇到的問題，諸如：房屋體形、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性等等。從宏觀原則上進(jìn)行評價(jià)、鑒別、選擇等處理，再輔以必要的計(jì)算和構(gòu)造措施。從而消除建筑物抗震的薄弱環(huán)節(jié)，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。也就是說概念設(shè)計(jì)是工程師運(yùn)用思維和判斷力，根據(jù)從大量震害經(jīng)驗(yàn)得出的結(jié)構(gòu)抗震原則，從宏觀上確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本問題。因此，工程師必須從主體上了解結(jié)構(gòu)抗震特點(diǎn)，振動中結(jié)構(gòu)的受力特征，抓住要點(diǎn)，突出主要矛盾，用正確的概念來指導(dǎo)概念設(shè)計(jì)，才會獲得成功。由于概念設(shè)計(jì)包括的范圍極廣，因此不僅僅要分析總體方案確定的原則，還要顧及非材料的正確使用和關(guān)鍵部位的細(xì)部構(gòu)造。但是首先和最重要的還是結(jié)構(gòu)總體概念設(shè)計(jì)、材料選型和細(xì)部構(gòu)造等問題，這些設(shè)計(jì)原則和結(jié)構(gòu)概念中，較為重要的是結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)。
　　三、概念設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
　　3.1注意場地選擇
　　地震區(qū)的建筑物選擇有利地段，避開不利地段，不在危險(xiǎn)地段建設(shè)。有利地段指堅(jiān)硬土或開闊平坦密實(shí)均勻中硬土等；不利地段指軟弱土、液化土、條狀突出山嘴，高聳孤立的山丘，非巖質(zhì)的陡坡，河岸和山坡邊緣，平面分布上成因或狀態(tài)明顯不均勻的土層等。危險(xiǎn)地段指地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地震斷裂帶上可能發(fā)生地表位錯的部位。
　　同一建筑單元不宜建在性質(zhì)截然不同的地基上，同一建筑單元不宜設(shè)在不均類型的基礎(chǔ)上。
　　3.2平立面布置
　　建筑物平立面布置基本原則是對稱、規(guī)則、質(zhì)量與剛度均勻變化。結(jié)構(gòu)對稱，有利于減輕結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)反應(yīng)；而形狀規(guī)則建筑物在地震時(shí)結(jié)構(gòu)各部分的振動宜于協(xié)調(diào)一致，避免抗震薄弱環(huán)節(jié)存在；質(zhì)量與剛度均勻變化有兩方面含義：結(jié)構(gòu)平面方向，使結(jié)構(gòu)剛心和質(zhì)心重合；結(jié)構(gòu)立面方向，結(jié)構(gòu)質(zhì)量或剛度均不宜有懸殊變化。
　　3.3選擇技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上合理的結(jié)構(gòu)體系
　　（1）結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列各項(xiàng)要求
　　①應(yīng)具有明顯的計(jì)算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。
　　②宜有多道抗震防線，應(yīng)避免部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個體系喪失抗震能力，或?qū)χ亓�荷載的承載能力。
　　③具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量能力。
　　④宜具有合理的剛度和承載力分布，避免用局部形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中，對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。
　　（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)符合下列要求
　　①砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)定放置鋼筋砼圈梁和構(gòu)造柱或采用配筋砌體等。
　　②砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)合理選擇尺寸，配置縱向受力鋼筋和箍筋，避免剪切破壞先于彎曲破壞，砼的壓潰先于鋼筋屈服。鋼筋錨固粘結(jié)先于構(gòu)件破壞。
　　③鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)避免局部或總體失穩(wěn)。
　　（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接應(yīng)符合下列要求
　　①構(gòu)件粘結(jié)破壞不應(yīng)先于其連接的構(gòu)件。
　　②預(yù)埋件的錨固破壞不應(yīng)先于連接件。
　　③裝配式構(gòu)件連接應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)整體性。
　　3.4利用結(jié)構(gòu)的延性
　　延性結(jié)構(gòu)有很大變形能力，又有較大的強(qiáng)度，發(fā)生地震時(shí)，延性結(jié)構(gòu)吸收較多能量，從而結(jié)構(gòu)倒塌率會大大降低。脆性結(jié)構(gòu)盡管強(qiáng)度可以很高，但變形能力很低。因此吸收地震能量的能力較低，抵抗地震能力較低。這就要求我們選擇地震區(qū)結(jié)構(gòu)材料時(shí)，既要看重材料的強(qiáng)度高低，更要看材料變形能力大小，在地震區(qū)盲目采用高強(qiáng)材料是很不利于抗震的，因?yàn)橐话銇碚f材料的強(qiáng)度越高，則該材料的變形能力就會越低。
　　3.5處理好非結(jié)構(gòu)構(gòu)件
　　現(xiàn)代建筑裝修造價(jià)占很大比例，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞影響更大。附屬于樓、屋面結(jié)構(gòu)上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接或錨固，避免地震時(shí)倒塌傷人或砸壞重要設(shè)備。圍護(hù)墻和隔墻應(yīng)考慮對結(jié)構(gòu)抗震的不利影響和避免不合理設(shè)置而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)破壞，幕墻、裝飾貼面與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)可靠連接，避免脫落傷人。
　　結(jié)束語
　　當(dāng)前我國建筑的建筑設(shè)計(jì)由建筑師來做，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由結(jié)構(gòu)師來做。二者之間溝通較少，會導(dǎo)致建筑方案和結(jié)構(gòu)方案不能有機(jī)地融為一體，概念設(shè)計(jì)的質(zhì)量不能很好得到保證；設(shè)計(jì)人員和施工人員溝通也較少，有些設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出來的圖紙?jiān)谑┕ど喜灰鬃龅剑�或者施工人員對圖紙理解不透徹，都會導(dǎo)致建筑的抗震性能較差。我國是多地震國家，做好建筑抗震設(shè)計(jì)有極其重要意義，而慨念設(shè)計(jì)是其最重要的內(nèi)容，我們要加強(qiáng)溝通來保證建筑符合概念設(shè)計(jì)的基本思想，以免樓房在地震中倒塌。
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