淺談結構抗震設計中的概念設計

孫懷春

0 引言

建筑結構抗震概念設計具有基礎性功能，且是結構抗震設計的核心，更統領結構抗震設計的全過程。現如今，結構抗震概念設計的思想也被愈來愈多的工程師所接受，并在結構抗震設計中發揮著愈來愈大的作用。

1 結構抗震概念設計的重要性

首先，由于近幾年經濟迅速發展，科技知識水平也不斷提升。在越來越細的社會分工下的企業工作狀態下，人們將紛繁復雜的數據精確運算和整體系統的運作都逐漸定義為計算機的固定功能，而往往忽略非規范性質的手工和思維應用方式。因此，概念設計在建筑結構抗震設計中的重要性被重新提取出來，更受愈來愈多建筑行業學者的強烈關注。另外，由于高層建筑結構的復雜性，以及發生地震時動力的不確定性，使得計算結果和實際相差很大。因此，應當重視結構抗震設計中的概念設計。

其次，概念設計存在實際性和合理性。建筑物作為一個立體性的實物，僅僅依靠桌面上計算的一些資料與數據是遠遠不夠的，而概念設計恰好彌補了這方面的缺失。概念設計主要是經過對結構理念的整體架構，向人們呈現出一份比較真實的、適用的客觀實體，從而優化建筑結構抗震設計。另外，地震時人們對結構認識上有很大的局限，又由于一些其他的因素，比如:施工安裝時的變易性等等，也使得計算結果和實際相差非常大。

然而，如今僅僅依賴數值計算得出的結果遠遠不能充分解決現實中的抗震問題。尤其是地質特征的差異性等原因，使得很多國家所制定的抗震規范存在很大程度上的差異。比如，結構平面或者豎向出現嚴重不規則或整體性差，那么僅僅按現有的結構設計計算水平，很難保證結構的抗震性能。因而，結構工程師在高層建筑抗震設計中應特別重視結構規范及規程中有關結構抗震概念設計的各款規定，在具體工程設計中更不能只重視計算結果。只有在運用結構抗震概念設計的基礎上，從整體上把握結構的各項性能，才能對計算分析結果進行科學的判斷，進而對其合理的采用。

再次，概念設計能夠全面呈現建筑結構的工作性能，破解隱患。人性化的思維方式經過對現實環境的探討，不失為一種理性解決問題的途徑，相反，過度的精密運算結果并非對建筑結構抗震有多大好處。可見，建筑結構抗震設計始終無法忽視概念設計的重要作用。

現如今，建筑結構抗震設計中的概念設計，不僅依賴數值的計算，還在其中加入了實際經驗元素，讓這一設計理念即使在區域差異情況下，也能滿足從事建筑結構的設計需求，可以說結構抗震的概念設計在很大程度上比分析計算更重要。

2 抗震概念設計的原則

強烈地震是一種破壞作用很大的自然災害。特別是近幾年，由于地震災害不斷發生，建筑結構抗震概念設計的研究也提升到一個新水平，更為建筑設計者帶來了新的問題。因此，應當針對地震形態，制定結構抗震概念設計的原則，并保證其靈活的運用，使建筑物具有可靠的抗震性能。

1)形狀要簡單。首先，簡單的設計形狀能使建筑結構明了，并且在對各構件進行受力情況分析上也容易把握，在很大程度上保證了受力數據的精準度。其次，簡單的建筑構造還減輕了地震對建筑物的破壞，減少了工程整體的薄弱環節，提高了建筑物的整體抗震能力。

2)豎向要均勻。在設計上要優先考慮豎向均勻，在建筑橫隔層的上下結構比例上要嚴格控制豎向收進尺寸，進行具體的豎向受力分析，避免因分隔層導致的承重不均、超標。而洞口開設應保持規則整齊，增強整體結構的剛度和強度，避免外力突發下的剛度突變，導致結構扭曲。另外，要保證剛度以及延性，就要同一層面支柱和其他連接結構剛性一致，剛度趨于均衡，增加結構延性，使構件更能吸收和發散地震能量。設置填充墻時將墻與柱分開，在不影響整體結構的受力狀態下，根據需要設置防震縫，進而保證其質量。

3)整體要合理。基礎要符合建筑要求，保證基礎的承載能力完全達到剛度強度指標，與上部構件連接可靠。柱體與基礎和隔板到樓蓋的連接上有足夠的剛度和抗力，各部件牢固連接緊密協同，增強豎向和水平的抗震能力。

4)結構要規則。結構規則能保證建筑結構有一個對稱的整體布局，包括立體剛度對稱和外形對稱，提高建筑抗側力。并且保證質量對稱，能使建筑物均衡抵御外力，很好的避免重心偏離，從而增強結構的抗震性能。

3 提高結構抗震能力的措施

建筑抗震概念設計是專家們通過對大量建筑地震震害實例進行分析，歸納總結出來的實踐經驗。抗震概念設計在地震區的建筑抗震設計中是非常重要的，因而，應當引起高度重視。

首先，要合理的布局地震外力能量的傳遞吸收途徑，保證支柱、墻和梁的軸線處于同一平面，從而形成構件雙向抗側力體系。使其在地震作用下呈彎剪破壞，并且塑性屈服盡量產生在墻的底部。而連梁宜在梁端塑性屈服，還有足夠的變形能力。在墻段充分發揮抗震作用前，按照“強墻弱梁”的原則加強墻肢的承載力，避免墻肢的剪切破壞，提高建筑結構的抗震能力。

其次，要按照抗震等級對梁、柱以及墻的節點采取相應的抗震構造措施，確保建筑結構在地震作用下達到三個水準的設防標準。為了保證鋼筋混凝土結構在地震作用下具有足夠的延性和承載力，應按照“強剪弱彎”“強柱弱梁”“強節點弱構件”的原則進行設計，合理地選擇柱截面尺寸，控制柱的軸壓比，注意構造配筋要求，尤其是要加強節點的構造措施。

最后，要設置多道抗震防線，在某一構件損壞吸收部分地震能量后，其他構件還能再起到防線作用。另外，要增強建筑的延性，保證構件能夠有效吸收地震能量，合理布局構件的剛度和強度。框架結構設計要使節點基本不破壞，那么同一層中各柱兩端的屈服歷程越長越好。底層柱底的塑性鉸宜晚形成，應當使梁、柱端的塑性鉸出現得盡可能分散，充分發揮整體結構的抗震能力。

4 結語

概念設計貫穿于抗震設計的各個環節，目前，“概念設計”也愈來愈受到國內外工程界的普遍重視。要保證抗震概念設計的完成，應當在遵循抗震概念設計的原則上，對其進行合理的抗震設計，使建筑物具有可靠的抗震性能。達到建筑物小震不壞，中震可修，大震不倒的要求。

正確的概念設計能使結構更加有效，更加安全可靠，更加經濟合理。相信隨著設計師概念設計水平的提高，我國的工程抗震技術也將邁上更高的臺階。

[1] 梁 健.高層建筑結構的概念設計[J].工程建設與檔案，2003(2):25-26.

[2] 劉程彥.建筑結構的抗震設計探討[J].四川建材，2010(1): 3-4.

[3] 劉光紳，吳建奇.建筑結構抗震設防設計中的若干問題探討[J].山西建筑，2010，36(3):76-77.