浅析建筑结构概念设计的重要性

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摘要：在建筑结构设计中，概念设计与采取的相应结构措施至关重要。本文重点阐述了建筑抗震概念设计的重要性，对比2001和2010新老抗震规范，阐述概念设计受到国内外工程界的重视程度越来越高。

关键词：概念设计；结构体系；抗震

中图分类号：TU318 文献标识码：A

１引言

随着城市化进程的加速，人们对建筑物的功能性需要正逐步提升，目前已不仅仅局限于建筑物的安全可靠性上，适用、美观和经济等需求在建筑结构设计中正逐步提高。令业主满意通常是建筑结构设计的主要目的，为此，合理的概念设计就会起到关键作用。

建筑结构概念设计是以工程实际情况和概念设计的基本理论为依据,作出判断并采取相应措施。概念设计是对结构抗震性能方向性的把握，起主导作用。结构计算是以概念设计为前提，是对概念的补充和完善。我们要有明确的设计思路，活学活用抗震设计原理，从多方面综合考虑，从整体角度出发，确定出建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制，设计出合理的结构抗震作品。

２概念设计的主要内容

2.1场地和地基的选择

地震造成的建筑破坏，除地震动直接引起结构破坏外，还有场地的原因。对不同场地条件下的房屋震害研究表明：地质构造差异、场地条件差异对房屋震害影响明显。

当场地的卓越周期与房屋的自振频率、地震的振动传播频率相近时，就会引起一定的共振效应，造成房屋震害的加剧。此外地震也会进一步引发山体滑坡、堰塞湖、泥石流、地基液化、震陷、崩塌等灾害，造成山区部分房屋的倒塌加剧。在滑坡地带或断裂带附近修建的房屋在地震中破坏尤为严重。减轻场地引起的地震灾害的第一道工序就是要选择有利于抗震的建筑场地。选择建筑场地时，抗震设防区的建筑工程宜选择有利的地段，避开不利的地段，严禁在危险地段建造甲、乙类建筑，不应建造丙类的建筑。

在结构地基与场地的选择上，新旧《抗规》都做出了明确的规定，例如：对于同一的结构的基础不宜设置在性质不同的场地上，同一结构单元不宜采用不同的基础类型。基于累积的工程经验及相关震害分析，2010年《抗规》对不同基础类型的要求，提出了较为明确的对策，指出须根据地震时两部分的沉降差异，对基础及上部结构采取相应措施。

2.2选择合理的抗震结构体系

在结构选型和布置结构抗侧力体系时，首先考虑的因素之一就是要选择合理抗震结构体系。我们应尽量选择结构体系受力明确、传力途经合理，具有多道抗震防线，合理的刚度和承载力分布的结构体系，例如框架结构、框架剪力墙结构等多道抗震防线的结构类型。在结构设置中应避免因部分结构或构件受到破坏而导致结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力；对可能出现的薄弱部位，应采取相对应的措施提高其抗震能力。

从汶川地震震害的分析中得出，砌体－木屋架结构、砖混结构、框架－砌体混合结构的破坏程度尤为严重。这些结构体系是一种半刚性结构体系，结构相对简单，体系单薄，无任何有利于增强结构系统整体性的相互作用，构件之间仅仅是简单的传力作用。如果某一构件遭到破坏，尤其是承重墙受到破坏，特别容易导致其他构件（楼面梁和预制空心板）失去支撑，发生连续性破坏，甚至瞬间倒塌。这些结构系统的抗震延性很差，基本强度储备不够，不足以形成第二道防线。

经过科学的分析计算可知，只要构件组织合理，能够形成有序的受力层次与破坏序列，完全实现高鲁棒性的结构系统。我们可以通过增加结构的冗余度，采用多道抗震防线结构体系来实现这一目标。选择多道抗震防线的结构体系，是大震不倒的关键。对比新旧《抗规》，2010年《抗规》在不规则平面的外墙对应转角、楼梯斜段上下端对应墙体处等位置增加了构造柱的设置，对抗震设防提出了更为严格的要求。

2.3设计合理的建筑体型

经济在发展，社会在进步，人们对建筑功能的要求正在上升，对建筑美学的审美观也正在改变。为此，我国出现了越来越多型体复杂、结构不对称的建筑，将逐渐成为建筑发展的一种新趋势。我们在建筑设计的时候，要重视建筑结构的规则性，建筑结构平面及立面的布置应力要求简单、规则、对称，并具有良好的整体性和协调性。不规则的建筑方案应按规范规定采取加强措施，对特别不规则的建筑方案应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施，不应采用严重不规则的建筑方案。

对比2001年《抗规》，2010年《抗规》对不规则、特别不规则和严重不规则进行量化标准，针对相应不规则建筑结构提出了具体的抗震措施。对于体型复杂、平立面不规则的建筑，应根据其具体情况，确定是否设置防震缝。当可设缝也可不设缝时，一般不设缝。如果必须设置防震缝时，则其最小缝宽应满足规范的要求。震害表明，按照2001《抗规》规定的防震缝宽度最小值，在强烈地震下相邻结构仍可能局部碰撞而损坏，因此2010《抗规》将最小缝宽增加到100mm。鉴于地震下单跨校舍的严重震害，还增加了控制单跨框架结构的适用范围，明确甲、乙类建筑及高度大于24m的丙类建筑不应采用单跨框架结构。

2.4提高构件的整体性能

在地震区，钢筋混凝土框架房屋倒塌的情况并不常见，但由于其他原因致使这类结构破坏的事时常发生。破坏的原因之一是结构各构件之间的连接不满足规范要求。为此，结构各构件之间的连接，必须安全可靠：(1)构件节点（主要是梁、柱节点）的承载力不应低于其连接构件的承载力，构件节点的破坏，不应先于其连接构件。(2)预埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。(3)装配式结构构件的连接，应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的连接，装配式单层厂房的各种抗震支撑系统，应保证地震时结构的稳定性。对于装配式结构，加强构件间的连接构造措施特别重要，如预制楼板之间，应采取措施将板端钢筋拉结，使楼板形成整体。针对预制混凝土板在强烈地震中容易脱落导致人员伤亡的震害，2010年《抗规》增加了推荐采用现浇楼、屋盖，特别强调装配式楼、屋盖需加强整体性的基本要求的相关条文。(4)预应力混凝土构件的预应力钢筋应在节点核芯区以外锚固。(5)结构应具有连续性，注重施工质量，避免因施工不当造成结构的连续性削弱甚至破坏。

从震害倒塌的房屋可以看出，很多构件明显不符合抗震设计的要求，受力纵向钢筋明显偏少，而且构造措施严重不足，没有足够的箍筋，更有甚者，在断开的明显需要加密箍筋的梁柱节点处，也很难发现有效合理的箍筋布置。构件之间的相互作用是建筑结构系统成立的前提条件。若建筑结构系统在地震中可轻易地解体为单个构件，则谈不上结构系统的整体性。即使是简单、对称的规则结构，再合理的抗震体系也无从保证。在设计的时候，我们要充分考虑构件要有必要的强度和变形能力（或延性），并具有可靠的连接及支撑系统的稳定。一般可通过可靠的连接或增强连接构造措施来增强结构的整体牢固性，如将铰接连接改为刚接连接等。

２.5重视非结构构件的影响

非结构构件对主体结构也起着一定程度的影响。非结构构件主要包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备，自身及其与结构主体的连接。在抗震设计中，我们要充分考虑非结构构件对结构抗震的有利或不利影响，避免出现不合理设置引起主体结构的破坏。玉树地震中出现某多层住宅框架结构因填充墙布置不合理导致端柱破坏的现象；汶川地震中出现填充墙与结构构件连接不足导致大片甩落伤人的现象；在历次地震中都会出现一些建筑设备如灯、装饰品掉落伤人的情况。

因此非结构构件的地震破坏会影响主体构件的安全和使用功能，需要引起我们的高度重视。2010年《抗规》更加强调围护墙、隔墙等非结构构件是否合理设置对主体结构的影响，提出应加强围护墙、隔墙等建筑非结构构件的抗震安全性设计，加强对生命的保护。在允许非结构构件的破坏大于结构构件的同时，要保证非结构构件具有一定的承载力，与主体结构具有可靠连接。

３结束语

综上所述，随着地震工程科研的深入，地震灾害损害的经验累积，以及居民生活水平的提高，人们对建筑安全性能的要求不断上升，国家对建筑、结构设计的要求将越来越严格，《抗震规范》对概念设计的把握表现得会更为具体，更为成熟。建筑设计人员应熟练运用抗震概念设计，贯穿于整个建筑设计过程，严格把握好大原则，系统考虑各方因素，更好的体现设计的严谨性和科学性，让设计作品更好的服务于社会。结构设计人员应逐渐培养自己的结构概念设计观念，善于吸取专家、资深设计师的先进设计思想，总结已有工程实践经验，开拓结构的创新理念，从整体上和细节上去把握结构设计和概念设计，提高结构的抗震性能，设计出严谨科学的更多更好的作品。

参考文献

[1]GB50011-2010．建筑抗震设计规范[S]．

[2]“5.12”汶川地震房屋震害研究专家组．“5.12”汶川地震房屋建筑震害分析与对策研究报告[J]．建设科技，2009(9)．

[3]李宏男，肖诗云，霍林生．汶川地震震害调查与启示[J]．，29(4)：10-19．

[4]王亚勇 汶川地震建筑震害启示-----抗震概念设计[J]．建筑结构学报，2008