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摘要：概念设计是指对于工程中一些难以做出精确力学分析或规范中难以做出明确规定的问题，不经过数值计算，根据整体结构体系与分部结构体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计理念，从整体角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施。
关键词：概念设计; 结构设计; 应用
Abstract: the concept design for engineering is to point to some hard to make precise mechanics analysis or specification hard to make specific provision problem, not through numerical calculation, the whole structure according to the system and division structure between the system of mechanics relation between the damage mechanism, structure, earthquake, experimental phenomena and engineering experience obtained by the basic design principle and design idea, from the overall Angle to determine the structure of the overall layout and seismic detail measures.
Keywords: concept design; Structure design; application
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：
随着我国经济的快速发展，中国的建筑领域也有了很大发展，建筑物不仅仅是为了满足使用功能，更多的是建筑能具有更美观的立面效果，造型越来越多元化，这就给结构设计提出了更高要求。在满足安全的前提下，更经济，更美观，更合理。尤其是经历 5.12 汶川大地震之后，更要求结构设计人员从安全与经济之间找到一个平衡点，把有限的资源应用到有效的地方，设计出更科学更合理的结构。为达到这一目的，人们越来越注重以概念设计来控制结构设计。
1. 概念设计的重要性
2010 新版《抗震规范》、2011 高规更多的是对概念设计的控制，而且规范的指导思想就是概念设计而并非单纯的理论计算。比如结构体系的选择，结构规则程度的判断，结构延性的控制，对结构高宽比的限值要求以及许多条文中与计算结果无关的构造要求，都是由概念设计而来。规范要求设计过程中贯穿着结构概念，对结构以一种定性分析，从整体上控制各个部分设计方案，各分体系之间的受力模式，为建筑物安全性及经济性提供了保障，概念设计对整个建筑的安全，可靠性的提高，不是单纯增加配筋就可以达到的结构。
概念设计是展现先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。一般认为，概念设计做得好的结构工程师，随着他的不懈追求，其结构概念将随他的年龄与实践的增长而越来越丰富，设计成果也越来越创新、完善。遗憾的是，随着社会分工的细化，大部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计，缺乏创新，更不愿（不敢）创新，有的甚至拒绝对新技术、新工艺的采纳（害怕承担创新的责任）。大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天，对计算机结果明显不合理、甚至错误而不能及时发现。随着年龄的增长 ，导致他们在大学学的那些孤立的概念都被逐渐忘却，更谈不上设计成果的不断创新。强调概念设计的重要，主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性，比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点，往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，结构工程师只有加强结构概念的培养，才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。
2. 概念设计在建筑结构设计中的应用
2.1 平面设计
在水平荷载作用下结构侧移已成为高层建筑设计中的关键控制因素，如何在满足相关要求的前提下选择更好的抗侧力体系成了结构工程师追求的重大目标。建筑平面的形状宜选用风压较小的形式，并应考虑邻近高层建筑对其风压分布的影响，还必须考虑有利于抵抗能力和竖向荷载，在地震作用下，建筑平面要力求简单规则。风荷载作用下则可适当放宽，因为结构整体弯曲变形所引起的侧移与结构体系抵抗倾覆力矩的有效宽度的三次方成反比例关系，所以不宜建筑宽度很小的建筑物。
2.2 剖面设计
2.2.1 竖向传力体系设计
（1）应注意控制建筑的高度比。
（2）高层建筑的抗侧力结构刚度，应注意由基础向顶层逐渐过渡，要尽量避免出现在竖向上刚度发生突变的现象，以免由于刚度的较大突变而削弱其抵抗水平荷载的能力。
（3）由于使用上的要求造成刚度变化特别大，或结构布置发生变化时必须设置结构转换层。
（4）高层建筑必须有相应的锚固深度，此锚固深度可结合布置设备用房和地下停车库的需要，作为一层或多层地下空间，这对降低高层建筑的重心有利，可提高建筑抗震能力及抗倾覆能力。
2.2.2 竖向形体设计。
（1）截锥形。采用由下而上分段逐渐减小楼层面积阶梯状体型，能使房屋刚度大大增加，由于房屋顶部的楼面尺寸比底部小，除了在建筑使用功能方面存在优点外，在抗风和抗震方面也具有一定的优越性。
（2）上窄下宽形。高层建筑随着高度的增加在符合竖向结构的要求下，楼身向上不断收进与变细，这样可减轻承受的风力，降低楼体的重心，加强结构的稳定性，这种形体主要包括上削楔形体和退缩体，上削楔形体利于抗风，抗震，并呈现稳固坚韧的特性，退缩体的形式比较多样，有收进式，截切式，台阶式。
（3）新月形。新月形房屋就像一个竖向的悬臂壳体一样，能有效地增加它低抗侧向力的刚度，它的作用就像波形的屋面壳体能有效地抵抗重力荷载一样，重力荷载由柱—壳—框架承受，侧向荷载由竖向的壳体抵抗，该壳体由于楼面结构的加劲作用而得以加强，新月形的壳体形式能有效地抵抗对称作用与它的侧向力。
2.3 基础设计概念
（1）基础与上部结构协同作用。基础除了与地基相互作用外，与上部结构作用的关系也很复杂，除非在建筑的边缘部位荷载很大的情况以外，一般建筑基础的变形总是成锅底开肿部沉降多，外级沉降小，在建造下部几层时，基础钢筋应力不断增长，建筑到四五层时钢筋应力达到最高值，以后随层数和荷载的增加应力又逐渐减小，这种现象是基础和上部结构协同作用的结果，当上部结构高低层数差别很大，但地下室有直通要求时，应做成整体基础，高低层不分开是有条件的，首先地基地质要好，或采用桩基。要求地基沉降量不能过大，重要的是控制高低层的沉降差，天然地基的建筑，高层部分一般采用满堂红基础，低层部分采用双向条形或单独基础，高层建筑常设有通往地下车库的通道，通道紧贴高层的外壁，并平行于外壁，作为车道的底板，便于铺防水层，也保证了高层建筑的整体连接。
（2）基础选型及特点。根据不同建筑的地理位置结构形式可选择桩基础，箱形基础和筏形基础。桩基础，当地基土质较软弱，建筑物层数较多，荷载较大的情况下，天然地基不能满足地基承载力的要求可以采用桩基将上部结构荷载直接传到下部坚实的持力层，高层建筑的桩基础可采用预制钢筋混凝土桩，混凝土灌注桩和钢管桩。箱形基础，箱开基础在高层建筑中广泛应用，它整体刚度好，能将上部结构的荷载均匀地传给基础，对上部结构能良好地嵌固，箱基有效地抵抗不均匀沉降，并与周围土体协同工作，提高建筑物的抗震和抗风能力。筏形基础，筏形基础适用于上部结构荷载较大，地基承载力较低的工程，筏形基础整体较好，刚度大，能有效地分散上部結构的荷载，调整基底的压力和不均匀沉降。
3. 结束语
作为一名结构设计人员，概念设计应该是自始至终贯穿其结构设计过程中，应用概念设计进行设计，能制定出合理的结构体系，控制结构的计算过程以及多计算结果正确性进行判断。在满足安全、合理的结构设计之后，还可以依靠概念设计对结构进行优化。只有熟练应用概念设计方法进行设计，才能满足规范提出的安全、可靠、经济合理的结构设计要求。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：概念设计; 结构设计; 应用
Abstract: the concept design for engineering is to point to some hard to make precise mechanics analysis or specification hard to make specific provision problem, not through numerical calculation, the whole structure according to the system and division structure between the system of mechanics relation between the damage mechanism, structure, earthquake, experimental phenomena and engineering experience obtained by the basic design principle and design idea, from the overall Angle to determine the structure of the overall layout and seismic detail measures.
Keywords: concept design; Structure design; application
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：
随着我国经济的快速发展，中国的建筑领域也有了很大发展，建筑物不仅仅是为了满足使用功能，更多的是建筑能具有更美观的立面效果，造型越来越多元化，这就给结构设计提出了更高要求。在满足安全的前提下，更经济，更美观，更合理。尤其是经历 5.12 汶川大地震之后，更要求结构设计人员从安全与经济之间找到一个平衡点，把有限的资源应用到有效的地方，设计出更科学更合理的结构。为达到这一目的，人们越来越注重以概念设计来控制结构设计。
1. 概念设计的重要性
2010 新版《抗震规范》、2011 高规更多的是对概念设计的控制，而且规范的指导思想就是概念设计而并非单纯的理论计算。比如结构体系的选择，结构规则程度的判断，结构延性的控制，对结构高宽比的限值要求以及许多条文中与计算结果无关的构造要求，都是由概念设计而来。规范要求设计过程中贯穿着结构概念，对结构以一种定性分析，从整体上控制各个部分设计方案，各分体系之间的受力模式，为建筑物安全性及经济性提供了保障，概念设计对整个建筑的安全，可靠性的提高，不是单纯增加配筋就可以达到的结构。
概念设计是展现先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。一般认为，概念设计做得好的结构工程师，随着他的不懈追求，其结构概念将随他的年龄与实践的增长而越来越丰富，设计成果也越来越创新、完善。遗憾的是，随着社会分工的细化，大部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计，缺乏创新，更不愿（不敢）创新，有的甚至拒绝对新技术、新工艺的采纳（害怕承担创新的责任）。大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天，对计算机结果明显不合理、甚至错误而不能及时发现。随着年龄的增长 ，导致他们在大学学的那些孤立的概念都被逐渐忘却，更谈不上设计成果的不断创新。强调概念设计的重要，主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性，比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点，往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，结构工程师只有加强结构概念的培养，才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。
2. 概念设计在建筑结构设计中的应用
2.1 平面设计
在水平荷载作用下结构侧移已成为高层建筑设计中的关键控制因素，如何在满足相关要求的前提下选择更好的抗侧力体系成了结构工程师追求的重大目标。建筑平面的形状宜选用风压较小的形式，并应考虑邻近高层建筑对其风压分布的影响，还必须考虑有利于抵抗能力和竖向荷载，在地震作用下，建筑平面要力求简单规则。风荷载作用下则可适当放宽，因为结构整体弯曲变形所引起的侧移与结构体系抵抗倾覆力矩的有效宽度的三次方成反比例关系，所以不宜建筑宽度很小的建筑物。
2.2 剖面设计
2.2.1 竖向传力体系设计
（1）应注意控制建筑的高度比。
（2）高层建筑的抗侧力结构刚度，应注意由基础向顶层逐渐过渡，要尽量避免出现在竖向上刚度发生突变的现象，以免由于刚度的较大突变而削弱其抵抗水平荷载的能力。
（3）由于使用上的要求造成刚度变化特别大，或结构布置发生变化时必须设置结构转换层。
（4）高层建筑必须有相应的锚固深度，此锚固深度可结合布置设备用房和地下停车库的需要，作为一层或多层地下空间，这对降低高层建筑的重心有利，可提高建筑抗震能力及抗倾覆能力。
2.2.2 竖向形体设计。
（1）截锥形。采用由下而上分段逐渐减小楼层面积阶梯状体型，能使房屋刚度大大增加，由于房屋顶部的楼面尺寸比底部小，除了在建筑使用功能方面存在优点外，在抗风和抗震方面也具有一定的优越性。
（2）上窄下宽形。高层建筑随着高度的增加在符合竖向结构的要求下，楼身向上不断收进与变细，这样可减轻承受的风力，降低楼体的重心，加强结构的稳定性，这种形体主要包括上削楔形体和退缩体，上削楔形体利于抗风，抗震，并呈现稳固坚韧的特性，退缩体的形式比较多样，有收进式，截切式，台阶式。
（3）新月形。新月形房屋就像一个竖向的悬臂壳体一样，能有效地增加它低抗侧向力的刚度，它的作用就像波形的屋面壳体能有效地抵抗重力荷载一样，重力荷载由柱—壳—框架承受，侧向荷载由竖向的壳体抵抗，该壳体由于楼面结构的加劲作用而得以加强，新月形的壳体形式能有效地抵抗对称作用与它的侧向力。
2.3 基础设计概念
（1）基础与上部结构协同作用。基础除了与地基相互作用外，与上部结构作用的关系也很复杂，除非在建筑的边缘部位荷载很大的情况以外，一般建筑基础的变形总是成锅底开肿部沉降多，外级沉降小，在建造下部几层时，基础钢筋应力不断增长，建筑到四五层时钢筋应力达到最高值，以后随层数和荷载的增加应力又逐渐减小，这种现象是基础和上部结构协同作用的结果，当上部结构高低层数差别很大，但地下室有直通要求时，应做成整体基础，高低层不分开是有条件的，首先地基地质要好，或采用桩基。要求地基沉降量不能过大，重要的是控制高低层的沉降差，天然地基的建筑，高层部分一般采用满堂红基础，低层部分采用双向条形或单独基础，高层建筑常设有通往地下车库的通道，通道紧贴高层的外壁，并平行于外壁，作为车道的底板，便于铺防水层，也保证了高层建筑的整体连接。
（2）基础选型及特点。根据不同建筑的地理位置结构形式可选择桩基础，箱形基础和筏形基础。桩基础，当地基土质较软弱，建筑物层数较多，荷载较大的情况下，天然地基不能满足地基承载力的要求可以采用桩基将上部结构荷载直接传到下部坚实的持力层，高层建筑的桩基础可采用预制钢筋混凝土桩，混凝土灌注桩和钢管桩。箱形基础，箱开基础在高层建筑中广泛应用，它整体刚度好，能将上部结构的荷载均匀地传给基础，对上部结构能良好地嵌固，箱基有效地抵抗不均匀沉降，并与周围土体协同工作，提高建筑物的抗震和抗风能力。筏形基础，筏形基础适用于上部结构荷载较大，地基承载力较低的工程，筏形基础整体较好，刚度大，能有效地分散上部結构的荷载，调整基底的压力和不均匀沉降。
3. 结束语
作为一名结构设计人员，概念设计应该是自始至终贯穿其结构设计过程中，应用概念设计进行设计，能制定出合理的结构体系，控制结构的计算过程以及多计算结果正确性进行判断。在满足安全、合理的结构设计之后，还可以依靠概念设计对结构进行优化。只有熟练应用概念设计方法进行设计，才能满足规范提出的安全、可靠、经济合理的结构设计要求。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。