概念設計中的應用7篇范文

本站小編為你精心準備了概念設計中的應用7篇參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

（一）

一、延性在構件中的體現

在同一地震作用下，不同結構體系及結構的不同部位都有不同的延性要求，重點部位往往是設計中理想首先屈服的部位，如梁端、柱腳、剪力墻根部、剪力墻連梁、消能支撐等構件。

1.梁柱的延性要求

在地震作用下，框架梁是框架結構的主要耗能構件，要實現結構整體屈服機制，梁特別是梁的塑性鉸區務必要保證有足夠的延性。結構設計中，“強柱弱梁”保證了塑性鉸出現在梁端而不在柱端，可以使結構在破壞前有較大的變形，吸收和耗散較多的地震能量。基于剪切破壞屬脆性破壞，延性小且耗能差，在梁的設計中“強剪弱彎”實現彎曲破壞，避免了剪切破壞。抗震規范6.2.2和6.2.4分別對梁端內力做了相應調整，控制梁的混凝土受壓區高度，旨在提高梁的延性，增強抗震能力。抗震規范中通過限制柱的軸壓比和內力調整，并配以構造措施以實現延性框架的目的。

2.剪力墻的延性要求

整體屈服機制使得延性抗震墻一般控制在其底部，即在計算嵌固端以上一定高度范圍內屈服、出現塑性鉸。工程師在結構設計時，常將剪力墻底部可能出現塑性鉸的高度范圍作為底部加強部位，提高其受剪承載力，加強其抗震構造措施，使其具有更大的彈塑性變現能力，從而提高整個結構的抗地震倒塌能力。對較長抗震墻，工程上為提高其的延性，將墻體進行分段，且分段后的各墻段總高度與墻寬之比不宜小于3。另外，在剪力墻的設計中采用以一定間隔沿豎向設置許多縫，這樣可以把普通剪力墻所具有的“強而脆”的性能變成“強度略低但能產生大變形，且有較大延性”的性能。在正常狀態下它的剛度大，而在地震時剛度迅速降低，大大減小了建筑物地震作用效應。

3.“短構件”的延性要求

在工程結構設計中,人們往往忌諱短構件,因為它容易形成剪切破壞即脆性破壞，但短構件作為一種受力構件,在實際工程中又常常出現。為此結構工程師提出了人為削弱抗彎強度的方法，可以在構件中利用開縫將短構件變為長構件。分體構件的各分肢獨立配筋，在之間設置一些連接鍵以增強初期剛度和后期耗能能力。

二、結語

結構設計的宗旨是在滿足建筑使用的需求前提下保證結構的安全，同時又要盡量達到經濟合理。要達到這些目的，除了把握結構中最基本要素“力”這一概念，還要探究結構設計中最內在的因素。抗震設計中“大震不倒”要求建筑具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規定的限值，也就是說加強結構延性是防止結構在大震下倒塌的性能設計。只有把作用在結構上的外因（“力”）和反應在結構上的內果（延性）綜合考慮、統籌結合，并在具體工程中加以靈活運用，才能使結構設計從必然王國進入自由王國。

作者：李靚單位：重慶交通大學土木建筑學院

（二）

一、概念設計在建筑結構設計中的重要性及應用

1．1概念設計在結構設計中的重要性

概念設計對建筑結構設計來說相當重要，它給結構設計師帶來了創造靈感，給結構設計帶來了新活力，提高了結構設計水平，下面我們就來具體了解一下它的重要性。

(1)概念設計改變了計算機設計中的不足之處。在建筑結構設計方案的設計過程中，計算機設計有一定的局限性，它不能夠完成方案的初步設計。在結構設計中，計算機技術得到了廣泛的應用，但是計算機設計容易給設計師一種錯覺，會使設計師感覺計算機程序的應用非常簡單，從而過分的依賴計算機軟件，減少了結構概念的學習，自身的設計能力逐漸下降。有些設計師就習慣將分析程序用到設計過程中，卻不知計算機設計是把雙刃劍，如果選擇正確的軟件會提高設計效率，一旦選擇了錯誤的軟件就會導致結構設計出現問題，這種潛在的問題會隨著時間的增加而突顯出來。為了彌補計算機設計的不足之處，就需要應用到概念設計，設計師需要加強結構概念的學習，做到清楚的掌握有關結構概念，并且根據所學的內容去選擇最佳結構方案。

(2)概念設計使結構設計更加完美。結構概念是設計師必須掌握的，它能夠帶給設計師清晰的思路和全新的靈感，在保證正確設計原則的前提下，避免了定性錯誤、概念混亂等問題。另外，在發現技術問題時，如果能夠將概念設計完全掌握，就可以對問題進行原因分析，從而及時的解決有關問題。在現行的《建筑結構設計統一標準》中，就提到了概念理論，制定了以它為基礎的結構極限狀態設計準則，相對比以往的設計方法，這種方法更具先進性，使結構設計方案更加科學、合理。總之，將概念設計應用到建筑結構設計中，提高了設計方案的可靠性，使設計成果更具創造性，結構設計方案更加完美。

1．2概念設計在結構設計中的具體應用

概念設計在建筑結構中的應用表現在很多方面，像抗震設計、方案選擇、電算分析等環節，下面分別來了解一下概念設計在相關環節的應用。

(1)概念設計在抗震設計中的應用。在進行抗震設計時，我們大多是通過初定的尺寸及砼等級，來進行結構剛度的計算，然后再根據剛度推出地震力，最后再依據地震力算出配筋的數量。眾所周知，地震力、配筋數量及結構剛度三者是成正比的，地震力越強大，配筋數量就越多，結構剛度也就越強。反之，配筋數量越多，結構剛度越強，地震力也會越強大。從這一關系中可以看出，用增加配筋數量的方法，反而起到了增強地震力的效果，不能算作一個好方法。而將概念設計思想運用到抗震設計中，就會是設計思路進一步拓展，它改變了傳統單一的思考模式，采用了降低作用效應的新思路，為進一步提高抗震設計做出了貢獻。例如隔震消能的方法，這種方法的研究就運用了概念設計思想，我們可以在基礎和主體間設隔震層，或者在建筑頂端放置“反擺”，通過這些有效的措施來降低了地震力。

(2)概念設計在方案選擇中的應用。在方案的選擇中，要將概念設計思想運用其中，從而保證方案選擇的合理性。在基礎方案的選擇中，我們應該綜合地質條件、結構類型、荷載分布情況、施工條件等多方面因素進行考慮，從而選擇出最佳基礎方案。在基礎設計過程中，也要用到概念設計思想，應依據地質勘察報告進行設計，倘若沒有報告，要自己調查有關資料，明確建筑場地的地質情況等，只有具備足夠的信息量才能使設計更準確，值得注意的是:在同一個結構單元中，不能夠運用其它結構體系。另外，在設計中，應該充分的發揮地基的潛力，有必要的話還要進行變形驗算。

(3)概念設計在電算分析中的應用。隨著信息化時代的到來，計算機技術得到了更廣泛的應用，建筑結構設計中也應用了計算機技術。雖說計算機設計給設計人員減輕了工作負擔，但是由于多方面因素，計算機軟件本身存在一定的問題，不同的軟件情況也不相同。因此，通過計算機軟件計算出來的結果會出現錯誤，倘若使用不同的軟件，其計算結果也存在差異。針對這種情況，就需要將概念設計應用到電算分析中，在通過計算機軟件得出結果后，結構設計師要憑借自身掌握的專業知識和多年的實踐經驗，來進行電算結果的判斷，從而保證計算結果的準確性。

二、結束語

現代科技在不斷進步，我國的建筑結構設計水平也需要不斷提高，針對目前的結構設計狀況，我們需要在結構設計中提高創新意識，使設計水平邁上一個新的臺階。為此，我們將概念設計應用到了建筑結構設計中，成就了結構概念設計，它是在實踐和理論相結合的基礎上形成的。概念設計在建筑結構設計發揮了重要的作用，提高了結構設計的可靠性、創新性，改變了計算機設計中的不足，使結構設計方案更加完美，使建筑結構設計水平進一步提高。

作者：謝寶單位：泗陽縣四維建筑設計有限公司

（三）

一、重要性分析

概念設計在當今飛速發展的建筑業中所起的作用日益明顯，無論在設計者的施工圖設計階段或者在方案設計階段，分析如下：

（1）施工圖設計階段，一個熟練掌握概念設計的設計者可以在結構設計中充分展現先進的抗震設計理念，既能使讓結構體系滿足抗震設防要求，又能使結構造價經濟合理，在二者之間取得很好的平衡。這樣的結構設計作品既滿足業主對建筑造型奇特、體型新穎的要求，又能取得較好的經濟性，具有很好的市場效應和社會效應。反過來說，如果設計者僅會死扣規范的數字指標，機械式采用計算機程序計算結果，從表面看其結構設計作品中多遇地震下的計算結果滿足規范的指標要求，但結構中的某些構件的應力水平明顯高于其他構件，在罕遇地震下，這些構件會首先屈服，嚴重時引起結構倒塌。所以需要概念設計與延性構造來彌補這些缺陷。

（2）方案設計階段由于結構設計者要不進行計算機電算的前提下，為建筑設計者提供結構抗側力構件的布置及配合建筑設計者進行建筑物平面尺寸、立面層高等參數確定，這樣必然要求結構設計者熟練運用基本原理和方法進行概念設計。如果不能具備概念設計能力，不僅耽誤了設計工期，而且由于方案設計階段很多未知條件的不確定性和建筑方案會經常修改，導致結構設計者不能有效進行結構體系的比較與選擇，容易給后期施工圖設計帶來大量的修改工作量。由此可見概念設計在方案設計階段的重要性。

二、多層及高層建筑設計中的應用與分析

（1）概念設計在多層建筑設計中有很多具體的應用，例如，《建筑抗震設計規范》GB50011－2010中的“強柱弱梁”就是概念設計的一部分內容，這個設計原則在實際工作中的體現如下例所示：某3層框架結構，使用功能為商場，建筑物平面尺寸為45x36m，層高均為4．5m，抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度0．10g，地震分組第三組，場地類別二類，修正后的基本風壓0．32kN／m2，地面粗糙程度C類，周期折減系數0．85，框架抗震等級三級，建筑物短向布置四排框架柱，長向短向柱距均為9m，框架梁、柱混凝土強度等級為C30。框架梁截面尺寸300x800mm、250x800mm。經驗算當底層框架柱截面尺寸為500x500mm時，底層中柱計算縱向鋼筋單邊最大配筋面積為900mm2，最大軸壓比為0．74滿足規范要求，上部結構的最大層間位移角、最大樓層位移比等數值滿足規范限值要求。但從“強柱弱梁”的概念設計出發，圖紙審查單位提出應將底層框架柱截面改為600x600mm，經驗算后，上部結構的最大層間位移角、最大樓層位移比數值同樣滿足規范限值要求，且底層中柱計算縱向鋼筋單邊最大配筋面積為900mm2，最大軸壓比為0．51，比第一次設計縱筋配筋面積基本不變，但最大軸壓比下降了32％。軸壓比下降意味著整個結構的抗震延性增強了，在罕遇地震作用下推遲了塑性鉸在框架柱端部的發生，使得塑性鉸首先出現在框架梁端部，這樣就推遲了整個結構的倒塌時間，為受災人群的逃離延長了寶貴的時間。

（2）高層建筑設計中概念設計的應用也很常見。在高層的初步方案設計時，剪力墻是主要的抗側力構件，如何有效的進行剪力墻平面布置是需要概念設計的。如果沒有概念設計的思路指引，只是一味的硬套規范條文或設計手冊，所做剪力墻布置的容易存在缺陷，會為下一步設計帶來很多麻煩。例如，某高層框架－剪力墻結構，平面呈一字型，第一次方案設計中剪力墻全部布置在中部的樓梯間，符合規范相應條文要求，后續進行的多遇地震下電算結果表明，結構的扭轉位移比滿足規范要求，但是扭轉位移比數值比較接近規范最大限值。為了優化設計方案，遵循概念設計的原理，設計者對該方案進行部分調整，將中部樓梯間較長的剪力墻改為較短剪力墻，在四角處增加一片L形較短剪力墻，將四角中兩角的框架柱去除，去除了該處房間中柱角，提高并完善了房間使用性。對第二個方案進行多遇地震下電算，結果表明：相對第一個方案，結構的各項指標依然滿足規范要求，且扭轉位移比數值下降了許多。這表明第二個方案的剪力墻平面布置更加合理，抗側力構件的分布更加均勻，整個結構中剪力墻的應力水平比較接近，不易出現應力水平較高的構件。第一個方案在罕遇地震下，剪力墻易出現應力水平明顯較高的構件，這些構件極容易屈服，第一道抗震防線剪力墻容易先退出工作，而后將會加大第二道抗震防線框架的負擔，嚴重時會引起結構的倒塌。這樣的方案就不能實現“大震不倒”的基本抗震設防要求。

三、結束語

結構概念設計不是反對進行大量高精度計算，而是要求在處理結構設計時：明確基本概念、選對結構體系、采用合理方案、對薄弱點采取加強措施、保證結構安全。結構設計應重概念輕精度，重視建筑與結構的總體布置，完善結構的細部構造。

作者：崔鵬翔單位：甘肅土木工程科學研究院

（四）

一、建筑結構設計中概念設計的應用

（一）合理選擇建筑場地

合理選擇建筑場地是進行工程施工設計時必須經歷和首先考慮的階段。一個合理的建筑施工場地對工程施工設計起到了基礎性和決定性的作用。選擇合理的建筑施工場地的過程中一般情況下都要考慮以下幾個主要因素：防護距離、建筑退界以及日照間距。與此同時，在工程結構建筑設計的過程中，要充分地考慮抗震能力的因素，降低在危險區域進行施工建設。假如沒有避免，應該結合一定的抗震預防措施，對抗震地點進行選址和分析，通常都是在初步設計中完成。

（二）按照工程施工現場具體情況選擇建筑基礎

合理選擇建筑工程施工場地之后，再按照建筑工程地形特點和結構形式，選擇合理的施工建筑基礎。同時在圖紙疏松荷載較大多層建筑結構中廣泛使用樁筏基礎。在天然地基中，樁筏基礎還可以按照建筑上部結構傳送到建筑下部持力層上，并且達到較為穩定和可靠的目的。箱型基礎整體具有較為良好剛度，建筑荷載從上部結構均勻地傳送到建筑工程下部結構中，進而確保建筑工程整體結構具有一定穩定性，降低箱型基礎結構不均勻沉降的程度，進一步提高了建筑工程結構抗震能力，并且被高層建筑施工廣泛應用。

（三）選擇建筑主體結構

選擇建筑主體結構按照合理和對稱的原則，由于建筑結構合理的不均勻，可以降低扭轉力，并使得非建筑結構構件維持穩定的工作狀態，同時減少建筑材料的消耗。通常情況下，建筑結構對稱性主要是以抗側力能力工程結構主體為對稱，如剪力墻結構。另外，建筑工程結構對稱性的實現是通過平面施工工程按照規定的要求進行布置。在此狀況下，實現建筑工程結構對稱性方法有：建筑物質心、調整結構測心以及平面形心的距離。通過這樣的方法的調整，實現建筑結構對稱性原則。

（四）選擇建筑結構剛度

建筑結構剛度是工程施工設計中最為重要的標準，因此必須在工程施工設計中合理地選擇結構剛度。建筑剛度合理選擇可以增長建筑結構自身抗震周期，進而減少由于發生地震災害造成的生命和財產損害。同時，采用合理的建筑結構剛度不僅可以降低建筑材料消耗，還可以減少建筑結構對空間的占用率，進一步提高整個工程施工建筑平面的使用率，不斷地達到合理設計的效果。

二、建筑結構設計中主要結構措施

（一）建筑結構體系和協同工作

協同工作概念在工業產品的制造和設計中廣泛的應用，主要的含義是針對任意一個工業產品，在沒有充分達到使用壽命規定的時間中，在生產過程中每一個結構構件倘若出現損害，都會造成機器的非正常運行。但是在工程建筑結構設計中，協同工作通常是指在工程建筑過程中每一個構件都可以發揮其自身作用，還會和工程建筑中其他結構構件相互配合。這不僅要求工程結構構件具有一定長的使用壽命，同時還需要構件所承受的荷載力保持一致，不能出現長期受力不均的現象。建筑工程結構協同工作中，應該正確處理上部結構和樁筏基礎之間的關系，并有機結合在一起。例如建筑工程磚混施工中，這就需要依靠構造柱和鋼圈之間形成一個統一的整體來預防自身剛度所帶來的不均勻沉降的現象。當建筑結構受力時，在工程施工中每一個部件都可以達到較高的應力水平，并能設計出較為理想的運行狀態。建筑工程進行多層結構設計時，盡量避免出現短柱現象，主要目的是為了提高在相同建筑平面中所承載的能力，在逐漸增加的高層建筑中，出現短柱現象日趨增多，為了降低這種狀況，需要使同層結構的抗側能力在相同的水平位置上發生位移現象。

（二）協同工作中建筑材料的利用率

在建筑結構設計中協同工作不但可以提高建筑結構的穩定性，同時還可以提高建筑材料利用率。通常可以理解為，建筑材料利用率越大，協同工作能力和結構穩定性越大。我國在建筑結構設計過程中，最根本的目標是要求用少量的投入獲得最大的收益。因此，針對建筑材料使用是建筑結構設計中最根本的要求。例如在建筑結構設計中矩形截面是普遍存在的受壓構件，矩形截面主要的構成材料在建筑結構設計中利用率過低，主要原因是：一是建筑工程施工中梁中軸周圍建筑材料應力水平較低，還有一個原因是由于工程中梁的彎矩程度隨著梁長的變化而不斷的變化。針對等截面梁而言，在工程結構中絕大部分區域中應力較低。基于這種受力情況下，在建筑結構設計中采用概念設計結構進行分析研究，調整梁截面中應變梯度的變化，使得構件保持一定的軸心受力，才可以提高建筑材料的利用率。同時，通過一段時間的研究和探索，產生了平面桁架結構，平面桁架結構是將工程中多余的建筑材料去除，不僅可以節約成本，還可以減少建筑材料的自重。最后，協同工作的原則也是整體工作的原則。在概念設計日益應用的今天，要求建筑設計師應具備深厚的專業性基本理論基礎，并可以不斷吸取他人先進的設計理念和思想。

三、結語

綜上所述，隨著我國國民經濟的發展和社會的不斷進步，對建筑行業的要求不斷提高。特別是在當今信息化社會發展的時代，要求建筑結構設計理念要有一定的創新性，確保建筑結構設計中概念設計的與時俱進，并進行深入的分析和研究，科學合理地應用現代化新型的建筑工程施工工藝和建筑材料，提高建筑結構設計的安全性、實用性以及經濟性。因此，作為工程結構設計人員應該充分地利用自身的專業技能和專業知識，通過現代化工程設計理念，設計出具有先進性和創新性的建筑工程施工設計，進一步強化建筑結構設計中概念設計以及建筑結構措施的廣泛推廣和應用。

作者：郭峰梁利生單位：三門峽市建筑設計院有限責任公司三門峽市規劃勘測設計院

（五）

一、概念設計在結構設計中的應用

1．1結構剛度的控制

結構概念設計的重要內容之一就是控制結構整體剛度和構件相對剛度的，結構剛度控制應貫穿于結構設計的全過程，結構中力的平衡、變形的協調以及由此產生的構件內力都是通過構件自身的線剛度，以及連接構件之間的相對剛度的大小來體現的；所以說在結構設計中對剛度理論的理解和科學運用，將直接關系到結構的安全和經濟指標。為了使結構豎向剛度均勻變化，工程實踐中往往沿豎向分段變化截面尺寸或者混凝土強度等級，若改變的次數過多，則不利于施工，若改變的次數太少，則容易產生較大的剛度突變，所以在實際工程中，沿豎向的剛度變化一般不超過4次，每次梁柱尺寸該變量為100～150mm，剪力墻厚度該變量為50mm，混凝土強度等級改變量為一個等級為宜；另外，構件截面尺寸的改變和混凝土強度等級的改變最好錯層進行，盡量避免同層同時改變，最終確保豎向剛度均勻變化。為較精確的計算各抗側力構件的內力，通常將樓面設計為剛度無窮大，從而保證結構的安全性；為抑制扭轉效應，通常將結構兩個主軸方向的側向剛度協調均衡，使結構兩向甚至多向的動力特性相近，最終使結構變形簡單，較好地保證結構的安全；在平面剛度發生突變、產生薄弱部位的地方，在采用精確計算和多種構造措施都難于滿足抗震、變形要求時，可通過合理地設置結構縫，從而解決平面剛度突變的問題。在剪力墻結構的設計過程中一般要設置連梁來連接剪力墻并在地震過程中耗能，其剛度不宜太大，否則難以實現強剪弱彎的要求。對于跨高比小的連梁，提高其延性可采取交叉配筋和菱形配筋等措施，設計成延性耗能連梁。混凝土結構中常用到填充墻，它的布置與否，布置的方式及位置，關系到結構的剪力分布甚至整個房屋的安全；填充墻的設置影響結構剛度，應合理布設填充墻，并考慮其對整體結構剛度的影響；《抗規》和《高規》闡明了關于填充墻的剛度貢獻計算方法及構造措施。

1．2結構設計中的“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點弱桿件”

無數震害證明，框架結構的柱破壞了，其整個建筑物可能會傾覆倒塌，而梁破壞則僅是某個區域失效，因此在結構中柱比梁更加重要；“強柱弱梁”是指使框架結構塑性鉸出現在梁端的設計理念，屬于延性框架結構體系，其特點是框架梁先于框架柱屈服和破壞，梁作為第一道抗震防線而屈服和破壞來耗能，從而保護了第二道抗震防線—框架柱。同理，在框—剪結構和剪力墻結構中設計連梁，使連梁具有較好的延性，在地震過程中，連梁優先破壞和屈服，消耗吸收了地震能量，保護了主體結構。混凝土結構構件常見的破壞形式有彎曲破壞和剪切破壞，彎曲破壞是有前期預兆延性破壞，而剪切破壞是瞬時發生的，沒有任何前兆，一旦發生，將是突然的，屬于脆性的破壞。研究證明，脆性結構往往發生剪切破壞，抗力雖大，而耗能的能力不強；而延性結構往往發生彎曲破壞，卻因可以吸收更多地震能量而有利于抵抗結構發生倒塌。“強剪弱彎”的實現就是通過增大剪力設計值等提高抗剪能力，使結構構件在地震作用下，優先發生彎曲破壞。大量震害表明，混凝土結構梁柱節點在地震中破壞的主要形式是節點核芯區剪切破壞和鋼筋錨固破壞，嚴重的會引起整個框架倒塌；梁柱的交匯部分是節點，節點的失效表示與之相連的梁與柱同時失效。同時，混凝土構件中鋼筋有可靠的錨固是鋼筋屈服的先決條件，而且梁柱縱筋在節點區有可靠的錨固也是塑性鉸形成的先決條件；因此，“強節點弱桿件”就是在結構設計過程中采取恰當的措施來提高節點的承載力，一般高于其連接構件的承載力，縱筋在梁柱節點區的錨固要可靠。

二、結語

在現代計算機技術快速發展的背景下，軟件計算分析是現代結構設計的潮流趨勢，提高了設計效率，然而“概念設計”是“計算設計”的基礎，只有正確地理解和運用了概念設計，才能使結構工程師思路開闊，設計合理并富有創造性，更好地適應現代城市建設快速發展的要求。

作者：盧海林陳興旺張偉朱松波乾超邦單位：武漢工程大學環境與城市建設學院

（六）

一、概念設計在建筑結構設計中的意義

（1）彌補設計理論和計算理論的缺陷

當前空間結構體系的設計理論和計算理論過于理想化和數據化，導致計算結果和實際數據之間存在很大的誤差。運用概率極限狀態理論可以有效避免誤差的發生，從而對設計方案有了更多的選擇和優化。概念意識高于規則和公式，它能夠在計算分析的基礎上，結合實際情況，得出較為精確的數據值。同時，概念設計的出現也促使結構設計師依賴于自己的思維和經驗，而不是盲目遵從計算機的處理結果。概念設計的高度是把計算機處理當做工作，在計算機較為生硬、死板計算時較為靈活處理計算結果。

（2）概念設計的抗震作用

概念設計糾正了設計中的計算誤區，通過思維判斷結構的規則性和整體性能。運用傳統的結構計算方式很難保證建筑的抗震、抗風性能。特別是現代建筑層數越來越高，構造越來越復雜，因此對結構抗震性能越來越強。而人們對地震結構的認知具有一定的局限性和模糊性，通過計算分析出來的數據也是具有偏差的，甚至隨著材料不同、施工不同產生變異性，發生不可預想的后果。概念設計可以使整個建筑結構發揮耗散地震能量的作用，避免結構出現薄弱部位，因此在抗震結構中有著重要意義。

（3）發揮創造性思維

概念設計畢竟是思維的碰撞。現代建筑結構的分工也來越細、工藝越來越新，傳統的結構設計工藝已經不能滿足現在的要求。如果結構設計師還停留在依賴規范手冊、計算機公式理論等做方案設計，只能在現代結構設計潮流中逐漸被淘汰。概念設計能夠讓結構設計師在各種實踐中拓寬思路，發散思維，創造新的結構設計理念或設計方案。

二、結構概念的運用

在傳統的結構計算過程中為了保證結構的承載能力，用加強混凝土的強度來增加結構的強度。混凝土的等級、配筋率成為保證結構抗力的主要方法，這種方式導致的主要后果是結構中的梁、柱等體積過于肥大、臃腫。反過來說可以降低地震作用，比如采用隔震消能的方式，在基礎和主體之間設置消能裝置，降低振動速度，減少建筑位移，能夠有效阻止地震對于建筑的作用。結構概念設計拓寬了設計者們的眼界和思路，用科學的方法減小地震中的作用效應。建筑物的體型應該簡單、規則、對稱，并且確保剛度和質量上的分布均勻，最大限度預防局部出現剛性過大的問題，減少地震作用產生的變形、應力集中和扭轉反應。簡單對稱的結構形式是抗震應力分析中容易做到的，而且其一致性使抗震效果得到最大的發揮。

三、結構概念設計的原則

（1）優化結構方案

不同的結構要求和建筑環境應該有不同的結構體系。一個合理的結構方案不僅使結構體系受力明確、傳力簡捷，還能降低結構費用。比如屋蓋樓、墻柱結構是高層建筑結構的重要組成部分，在滿足使用要求和建筑設計理念的前提下優化屋蓋水平系統、墻柱豎向支承系統。在結構設計之前就該對工程的設計要求、地理環境、施工條件等因素做綜合分析，根據環境、使用、荷載的實際情況選擇合理的基本構建和承載結構。概念設計結合這些條件對結構體系進行清晰的定性，避免后期設計不必要的繁瑣運算。

（2）抗側力體系的有機結合

水平荷載和豎向荷載是結構的主要荷載形式。水平構件用于承擔豎向荷載并傳給豎向構件，直到傳給基礎水平與豎向構件一起承擔水平荷載，從而形成抗側力體系再傳遞給基礎，且豎向構件的不同，其形成的抗側力體系也不相同。在高層建筑結構中抗側力問題突出。

（3）細部構造設計

概念設計中的非結構構件設置可能導致整個結構的抗震效果下降，在細部結構設計中防止非結構構件直接進入到抗震體系。概念設計大多在把握宏觀設計的同時，還需要注重細部構造設計，比如在塑性都相同的情況下選擇I級鋼或者冷軋帶肋鋼時，因為冷軋帶肋鋼的極限抗拉力較大，可以選擇冷軋帶肋鋼作為現澆板受力鋼筋。

（4）設計多道抗震防線

概念設計在很大程度上決定了抗震設計的合理性和安全性。而抗震防線是概念設計中的抗震防線能夠避免在部分結構或者構件在地震作用下使整個結構體系喪失抗震能力或中立荷載的承載能力。抗震防線使結構構件有較高的延性和剛度。在概念設計中常常設置多道抗震防線使建筑吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能。第二、三道防線能夠在抗側移構件在強烈地震襲擊下遭到破壞后立即接應第一道防線，抵擋地震的沖擊，保證建筑的安全。當建筑結構受到強烈震動時，可以利用贅余桿件的變形和屈服來耗散地震能量，同時還可以利用贅余桿件的退出工作使整個建筑結構過渡到另一種穩定體系，以避開共振效應。這種通過適當控制結構動力來減輕建筑物受震動時的破壞程度的方法是對付高烈度地震有效方法。

四、總結

概念設計在結構設計中發揮著重大作用，建筑結構設計師們應注重概念設計的運用，發現自己的創造性思維能力。在提升自身技術水平的同時，為我國建筑結構概念設計做出一份貢獻。

作者：沈虹波單位：中國瑞林工程技術有限公司

（七）

一、概念設計在結構體系選擇中的體現

高層建筑常用的結構體系有框架結構、剪力墻結構、框剪結構、筒體結構和帶轉換層的高層建筑結構。每種結構體系都各有其優缺點。我們結構設計人員應根據建筑使用功能、房屋高度和高寬比、抗震設防類別、抗震設防烈度、場地類別、地基情況、結構材料和施工技術條件等因素綜合分析比較，選擇適合的結構體系。比如，對于7度區一個八九層的商場或醫院，可以采用框剪結構和框架結構。但如果在不影響建筑功能的前提下，采用框剪結構就比框架結構更合理。首先，框剪結構有兩道抗震防線，可以提高建筑物的抗震性能，同時又可以減小框架柱斷面，更方便使用。再比如，對于一個高層底商住宅樓，可以選擇框剪結構和帶轉換層的高層結構，采用哪種結構形式，就需要設計人員根據甲方要求定奪，如果甲方以住宅使用功能為主，則選擇帶轉換層結構比較合理，住宅內部無凸出墻面的梁柱，但是商場部分柱子的斷面會較大。如果甲方以商場功能為主，則采用框剪結構比較合理，但住宅部分的使用功能就會受到一些影響。

二、概念設計在結構剛度布置中的體現

一個合理的工程應是剛度布置均勻，豎向抗側力構件截面尺寸及材料強度自下而上均勻變化，逐漸減小。剛度布置分為平面剛度布置和豎向剛度布置。平面剛度布置不均勻時，結構的剛度中心與質量中心間距較大，在水平地震作用下容易產生扭轉，因此在結構方案平面布置時應使結構抗側力體系對稱布置。比如對于鋼筋混凝土樓梯電梯間墻體偏置于建筑物一側時，應在其相對的另一側布置剪力墻，使抗側力構件均衡布置。同時由于建筑物的質量分布很難做到均勻，即使結構是對稱的，地震時結構也可能出現扭轉震動，因此，側移剛度大的抗震墻應布置在建筑物周邊，以提高結構的抗扭剛度。而豎向剛度不均勻時，在剛度突變的樓層處形成薄弱層，造成結構局部變形集中，從而加速結構的破壞，甚至倒塌。并且當結構上部剛度減小較快時，會形成地震反應的“鞭梢效應”，對抗震極為不利。

三、概念設計在結構延性中的體現

結構延性是指結構承受變形的能力。延性好的結構變形能力強，吸收與耗散地震力的能力大，同時結構還保持著相當的承載能力以承受豎向重力荷載，以保持結構不倒塌。提高結構延性最有效的辦法是，有選擇地重點提高結構中的重要構件以及某些構件中關鍵部位的延性。在設計時有意識地設置一系列有利的屈服區，使這些并不危險的部位首先形成塑性鉸，將塑性鉸控制在一些有利部位從而保護主要承重體系。同時結構中所形成的塑性鉸越多，塑性變形發展的過程就越長。結構的塑性變形量越大，結構的延性就越好。提高結構的延性首先要提高結構中關鍵構件的延性，關鍵構件是指多道抗震防線的抗側力體系中作為第一道防線的構件，比如框架—核心筒結構中的框架柱，框架—抗震墻結構中的抗震墻，筒中筒結構中的內筒。其次要提高結構中薄弱部位的延性，如帶大底盤高層結構的主樓與裙房頂面相銜接的樓層構件，豎向不規則結構體型突變處的樓層構件。提高結構延性的措施有:減小豎向構件的軸壓比;減小梁受壓區高度;提高構件的受剪承載力，避免剪切破壞先于彎曲破壞;加強箍筋，避免混凝土的壓潰先于縱筋的屈服等。

四、結語

總之，概念設計貫穿于結構設計的全過程，它不僅在結構設計初期、方案定案階段起著重要的作用，同時也體現在結構計算過程中，在普遍用計算機進行輔助設計的今天，只有頭腦中有概念設計的正確理念后，才能在計算機輸入模型時，正確地填寫各項參數，使計算假定與實際工程相符，才能對計算結果的合理性進行判斷，同時概念設計也體現在結構的構造設計中，如構件尺寸的確定，軸壓比，縱筋配筋率，箍筋配筋率，鋼筋的直徑間距等。一個合理的工程必然是強度、剛度和延性的均衡組合。這些都要從概念設計上考慮。在此基礎上再結合準確的計算和構造措施，才能得到一個滿意的工程。如果不重視概念設計而過分強調計算的準確性，對結構抗震不僅沒有必要，而且還可能在概念設計中出現不當，甚至錯誤。

作者：劉小紅單位：運城市建筑設計研究院