浅谈结构抗震设计中的概念设计

孙怀春

0 引言

建筑结构抗震概念设计具有基础性功能，且是结构抗震设计的核心，更统领结构抗震设计的全过程。现如今，结构抗震概念设计的思想也被愈来愈多的工程师所接受，并在结构抗震设计中发挥着愈来愈大的作用。

1 结构抗震概念设计的重要性

首先，由于近几年经济迅速发展，科技知识水平也不断提升。在越来越细的社会分工下的企业工作状态下，人们将纷繁复杂的数据精确运算和整体系统的运作都逐渐定义为计算机的固定功能，而往往忽略非规范性质的手工和思维应用方式。因此，概念设计在建筑结构抗震设计中的重要性被重新提取出来，更受愈来愈多建筑行业学者的强烈关注。另外，由于高层建筑结构的复杂性，以及发生地震时动力的不确定性，使得计算结果和实际相差很大。因此，应当重视结构抗震设计中的概念设计。

其次，概念设计存在实际性和合理性。建筑物作为一个立体性的实物，仅仅依靠桌面上计算的一些资料与数据是远远不够的，而概念设计恰好弥补了这方面的缺失。概念设计主要是经过对结构理念的整体架构，向人们呈现出一份比较真实的、适用的客观实体，从而优化建筑结构抗震设计。另外，地震时人们对结构认识上有很大的局限，又由于一些其他的因素，比如:施工安装时的变易性等等，也使得计算结果和实际相差非常大。

然而，如今仅仅依赖数值计算得出的结果远远不能充分解决现实中的抗震问题。尤其是地质特征的差异性等原因，使得很多国家所制定的抗震规范存在很大程度上的差异。比如，结构平面或者竖向出现严重不规则或整体性差，那么仅仅按现有的结构设计计算水平，很难保证结构的抗震性能。因而，结构工程师在高层建筑抗震设计中应特别重视结构规范及规程中有关结构抗震概念设计的各款规定，在具体工程设计中更不能只重视计算结果。只有在运用结构抗震概念设计的基础上，从整体上把握结构的各项性能，才能对计算分析结果进行科学的判断，进而对其合理的采用。

再次，概念设计能够全面呈现建筑结构的工作性能，破解隐患。人性化的思维方式经过对现实环境的探讨，不失为一种理性解决问题的途径，相反，过度的精密运算结果并非对建筑结构抗震有多大好处。可见，建筑结构抗震设计始终无法忽视概念设计的重要作用。

现如今，建筑结构抗震设计中的概念设计，不仅依赖数值的计算，还在其中加入了实际经验元素，让这一设计理念即使在区域差异情况下，也能满足从事建筑结构的设计需求，可以说结构抗震的概念设计在很大程度上比分析计算更重要。

2 抗震概念设计的原则

强烈地震是一种破坏作用很大的自然灾害。特别是近几年，由于地震灾害不断发生，建筑结构抗震概念设计的研究也提升到一个新水平，更为建筑设计者带来了新的问题。因此，应当针对地震形态，制定结构抗震概念设计的原则，并保证其灵活的运用，使建筑物具有可靠的抗震性能。

1)形状要简单。首先，简单的设计形状能使建筑结构明了，并且在对各构件进行受力情况分析上也容易把握，在很大程度上保证了受力数据的精准度。其次，简单的建筑构造还减轻了地震对建筑物的破坏，减少了工程整体的薄弱环节，提高了建筑物的整体抗震能力。

2)竖向要均匀。在设计上要优先考虑竖向均匀，在建筑横隔层的上下结构比例上要严格控制竖向收进尺寸，进行具体的竖向受力分析，避免因分隔层导致的承重不均、超标。而洞口开设应保持规则整齐，增强整体结构的刚度和强度，避免外力突发下的刚度突变，导致结构扭曲。另外，要保证刚度以及延性，就要同一层面支柱和其他连接结构刚性一致，刚度趋于均衡，增加结构延性，使构件更能吸收和发散地震能量。设置填充墙时将墙与柱分开，在不影响整体结构的受力状态下，根据需要设置防震缝，进而保证其质量。

3)整体要合理。基础要符合建筑要求，保证基础的承载能力完全达到刚度强度指标，与上部构件连接可靠。柱体与基础和隔板到楼盖的连接上有足够的刚度和抗力，各部件牢固连接紧密协同，增强竖向和水平的抗震能力。

4)结构要规则。结构规则能保证建筑结构有一个对称的整体布局，包括立体刚度对称和外形对称，提高建筑抗侧力。并且保证质量对称，能使建筑物均衡抵御外力，很好的避免重心偏离，从而增强结构的抗震性能。

3 提高结构抗震能力的措施

建筑抗震概念设计是专家们通过对大量建筑地震震害实例进行分析，归纳总结出来的实践经验。抗震概念设计在地震区的建筑抗震设计中是非常重要的，因而，应当引起高度重视。

首先，要合理的布局地震外力能量的传递吸收途径，保证支柱、墙和梁的轴线处于同一平面，从而形成构件双向抗侧力体系。使其在地震作用下呈弯剪破坏，并且塑性屈服尽量产生在墙的底部。而连梁宜在梁端塑性屈服，还有足够的变形能力。在墙段充分发挥抗震作用前，按照“强墙弱梁”的原则加强墙肢的承载力，避免墙肢的剪切破坏，提高建筑结构的抗震能力。

其次，要按照抗震等级对梁、柱以及墙的节点采取相应的抗震构造措施，确保建筑结构在地震作用下达到三个水准的设防标准。为了保证钢筋混凝土结构在地震作用下具有足够的延性和承载力，应按照“强剪弱弯”“强柱弱梁”“强节点弱构件”的原则进行设计，合理地选择柱截面尺寸，控制柱的轴压比，注意构造配筋要求，尤其是要加强节点的构造措施。

最后，要设置多道抗震防线，在某一构件损坏吸收部分地震能量后，其他构件还能再起到防线作用。另外，要增强建筑的延性，保证构件能够有效吸收地震能量，合理布局构件的刚度和强度。框架结构设计要使节点基本不破坏，那么同一层中各柱两端的屈服历程越长越好。底层柱底的塑性铰宜晚形成，应当使梁、柱端的塑性铰出现得尽可能分散，充分发挥整体结构的抗震能力。

4 结语

概念设计贯穿于抗震设计的各个环节，目前，“概念设计”也愈来愈受到国内外工程界的普遍重视。要保证抗震概念设计的完成，应当在遵循抗震概念设计的原则上，对其进行合理的抗震设计，使建筑物具有可靠的抗震性能。达到建筑物小震不坏，中震可修，大震不倒的要求。

正确的概念设计能使结构更加有效，更加安全可靠，更加经济合理。相信随着设计师概念设计水平的提高，我国的工程抗震技术也将迈上更高的台阶。

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