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金 宇
贵州省建筑设计研究院 贵州 贵阳 550001
【摘 要】基于概念设计，结合实例，从场地条件与基础选型、结构体系选取、结构平面、立面的布置与尺寸等诸多方面详细介绍了概念设计在建筑结构设计中的具体应用。
【关键词】概念设计；建筑结构设计；应用
概念指的是在大脑中产生的可以对事物本质进行反映的思维模式，它主要由感知到的本质特点通过抽象和概括而成。概念设计指的是不通过数学计算，特别是在一些很难进行准确分析的问题当中，结合整体和分体间的相互关系获取基本的设计理念，进而从整体的角度进行结构布置以及各项细部措施的有效调控。这一设计理念提出要在设计的全过程当中始终运用结构概念，属于定性分析的一种，也是集整体调控、细部构造、设计原理以及实际经验为一体的设计理念，其在建筑结构设计当中的应用有着十分重要的作用和意义。
1、工程概况
某公寓共13层，其中地上有12层，地下1层，公寓顶端两层是复式结构与坡形屋顶，公寓建筑面积超过9000m2，立面形式如图1所示。公寓主体结构选用剪力墙，场区内抗震设防基本烈度6度，地震加速度设计值为0.05g，基本分组属1组，50年一遇条件下的风压数值为0.3kN/m2。
2、概念设计的具体应用
2.1 场地条件与基础选型
尽可能选取利于抗震的场地，避免在具有一定危险性的场地上建造高等级建筑，如果无法完全规避，则需采取相应措施降低不利影响，通常情况下，需要在初期设计开展之前对场地进行勘探。本工程经勘探得知，场地条件相对较好，可设置地下室，对建筑抗震较为有利，在此基础上，为进一步提高建筑的稳定性和质量，工程选用高强混凝土预应力管桩。
2.2 结构体系选取
对于高层砼结构而言，较为常见的结构体系主要有五种，分别为：框架体系、剪力墙体系、框架结合剪力墙体系、筒体体系以及巨型结构体系。建筑施工规范中明确提出了高度与高度比等具体要求，建筑设计者应充分考虑这一适用范围与优势缺点，并结合建筑的基本功能做出正确的选择。本工程统筹兼顾灵活性的平面布置与优良的抗侧力能力，选取带有异型柱的剪力墙结合框架体系。
2.3 结构平面、立面的布置与尺寸
结构的平面布置必须满足简单、规则等要求，尽可能使刚度中心和质量中心完全重合，以此有效降低扭转；而竖向布置要求均匀性与连续性，防止刚度突变等问题的发生。在抗震要求较高的情况下，结构承载能力以及刚度需要由下至上逐层降低，此外，若结构布置出现变动，则需根据实际变动情况设置相应的转换层。对于规范中提出的不规则结构，需要对其实施深入的抗震测算，同时对较为薄弱的结构施以加固处理，尽量不使用严重不规则的设计方案。本工程的平面主要呈现出单轴对称形式，但较不规则，为满足尽量不使用严重不规则设计方案的要求，工程决定在角柱上设置拉梁，通过这样的方式更好的符合“平面凹面侧实际尺寸始终小于对应投影尺寸30%”与“开洞总面积始终小于楼层面积30%”的基本规则需求，工程立面刚度未发现突变迹象和趋势。
2.4 抗震设防类别与等级确定
建筑的抗震设防类别与其抗震等级和烈度息息相关，而且对工程安全也会造成一定影响，在设计过程中应严格按照相应分类标准进行确定，确保分类具有足够的合理性，然后结合建筑高度、功能确定具体的抗震等级。本工程按照丙类类别进行抗震设防，其结构体系当中的框架是三级抗震，而剪力墙则是三级抗震。
2.5 三缝与后浇带设置
建筑三缝指的是沉降缝、伸缩缝与防震缝，结构设计过程中应尽可能避免设缝，以防止为后续的施工与防水等造成不必要的麻烦，还能减少工程造价。如果必须要进行设缝，则需按照相应的规范确保缝宽合理，而且伸缩缝大多使用后浇带取代。本工程的平面长度没有超过相应规范的要求，故无需设缝。
2.6 计算原则及结构分析程序选取
在对建筑结构的内力与位移进行计算的过程中，建模、基本假定等要与建筑实情相符或接近。内力与位移的计算采取弹性方法，截面设计可根据要求采取塑性方法。楼板刚度接近无限大，所以无需考虑楼板平面以外的刚度。此外，如果楼板上存在面积较大的开洞，则需对楼板形变进行考虑，在选取对应的分析程序时应格外注意，否则会对计算分析结果的真实性造成严重影响。本工程通过对比，选取CAD与SSW分析程序。
2.7 系数调整
（1）周期折算系数
考虑建筑结构体系中填充墙刚度造成的影响，随填充墙增加，周期折算系数变小，反之变大，通常保持在0.6-1.0以内，本工程为0.8。
（2）框架地震力承担系数
指剪力墙承担绝大多数地震力，导致框架处于不安全状态而设置的系数。由于本工程结构体系中的框架承担约20%的地震力，所以无需设置该系数。
（3）地震作用系数
主要为提升结构安全性设定，一般条件下保持在0.85-1.50范围内。由于本工程剪力重量比低于规范值，所以需要对地震作用进行放大，因此地震作用系数取1.15。
（4）振型数
高层建筑最少需要选取9个，如考虑扭转耦联则需选不少于15个，多塔结构形式需选不少于多塔数N×9，计算时应注意振型的实际参与质量不能低于总量90%。通过多次运算，本工程振型数选定为36个。
（5）梁端弯矩系数
考虑竖向荷载条件下梁内塑性内力的重分布，采取有效的调幅措施降低梁端负弯矩，并提高跨中弯矩，确保配筋的均匀性，这一系数通常在0.7-0.9范围内。本工程为0.85。
（6）梁跨中弯矩放大系数
在不考虑活载布置条件下，可借助该参数对跨中弯矩进行调整，该参数通常在1.0-1.3范围内，如果建筑的层数较少或实际活载较多，则应取高值。本工程在综合分析安全性与经济性的基础上，选取1.05。
（7）刚度折减系数
由于连梁两侧变位相对较差，会使剪力增大而发生超筋现象，因此在计算的过程中需要折减刚度，具体的折减系数大多为0.5，如果结构的位移会受到风荷载的影响，这一系数不得低于0.8。本工程为0.5。
（8）梁增大系数
楼板与梁构成整体按照T型截面进行工作，但计算过程中截面大多取矩形，所以应设置1以上的增大系数，普通边框梁增大系数为1.5，中间框架梁增大系数为2.0。本工程为1.5。
（9）梁扭矩折减系数
如果对结构进行计算时没有考虑到楼板带来的扭矩约束，所以扭矩计算值较大，应选取0.4左右的扭矩折减系数，本工程亦是如此。
2.8 计算结果分析
（1）位移：测点位移曲线需按上下形式渐变，不得出现较大突变，位移量应满足规范要求。
（2）平衡性：内外力及节点力的平衡性是判断计算准确性的主要准则之一。
（3）对称性：结构体系在受到对称荷载时，其对称点的内力位移应保持对称关系，相关计算程序在使用时如果出现异常，则可能是荷载数据出现较大错误。本工程测点位移曲线平滑，内外力、节点力均具有良好平衡性，对称点梁柱受力均匀，满足规范要求。
结束语
合理运用概念设计，能在方案中及时有效的构思、比对建筑结构体系，使设计方案更具清晰性，避免了后期工作出现的繁琐计算过程，经济性、可靠性特点突出，也可为相关计算程序应用给出的数据结果判断提供可靠依据。此外，对于现实中无法通过运算进行的构件设计，同样可以使用此设计理念来实现设计目标，并弥补现行理论和计算理论间切实存在的不可计算等缺陷。
参考文献：
[1]谢宝.浅谈概念设计在建筑结构设计中的应用[J].江西建材，2013，03：37-38.
[2]汤兰.试论概念设计在建筑结构设计中的应用分析[J].科技创新与应用，2014，29：229.
[3]许燕禄.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].广东土木与建筑，2005，02：24-26.
贵州省建筑设计研究院 贵州 贵阳 550001
【摘 要】基于概念设计，结合实例，从场地条件与基础选型、结构体系选取、结构平面、立面的布置与尺寸等诸多方面详细介绍了概念设计在建筑结构设计中的具体应用。
【关键词】概念设计；建筑结构设计；应用
概念指的是在大脑中产生的可以对事物本质进行反映的思维模式，它主要由感知到的本质特点通过抽象和概括而成。概念设计指的是不通过数学计算，特别是在一些很难进行准确分析的问题当中，结合整体和分体间的相互关系获取基本的设计理念，进而从整体的角度进行结构布置以及各项细部措施的有效调控。这一设计理念提出要在设计的全过程当中始终运用结构概念，属于定性分析的一种，也是集整体调控、细部构造、设计原理以及实际经验为一体的设计理念，其在建筑结构设计当中的应用有着十分重要的作用和意义。
1、工程概况
某公寓共13层，其中地上有12层，地下1层，公寓顶端两层是复式结构与坡形屋顶，公寓建筑面积超过9000m2，立面形式如图1所示。公寓主体结构选用剪力墙，场区内抗震设防基本烈度6度，地震加速度设计值为0.05g，基本分组属1组，50年一遇条件下的风压数值为0.3kN/m2。
2、概念设计的具体应用
2.1 场地条件与基础选型
尽可能选取利于抗震的场地，避免在具有一定危险性的场地上建造高等级建筑，如果无法完全规避，则需采取相应措施降低不利影响，通常情况下，需要在初期设计开展之前对场地进行勘探。本工程经勘探得知，场地条件相对较好，可设置地下室，对建筑抗震较为有利，在此基础上，为进一步提高建筑的稳定性和质量，工程选用高强混凝土预应力管桩。
2.2 结构体系选取
对于高层砼结构而言，较为常见的结构体系主要有五种，分别为：框架体系、剪力墙体系、框架结合剪力墙体系、筒体体系以及巨型结构体系。建筑施工规范中明确提出了高度与高度比等具体要求，建筑设计者应充分考虑这一适用范围与优势缺点，并结合建筑的基本功能做出正确的选择。本工程统筹兼顾灵活性的平面布置与优良的抗侧力能力，选取带有异型柱的剪力墙结合框架体系。
2.3 结构平面、立面的布置与尺寸
结构的平面布置必须满足简单、规则等要求，尽可能使刚度中心和质量中心完全重合，以此有效降低扭转；而竖向布置要求均匀性与连续性，防止刚度突变等问题的发生。在抗震要求较高的情况下，结构承载能力以及刚度需要由下至上逐层降低，此外，若结构布置出现变动，则需根据实际变动情况设置相应的转换层。对于规范中提出的不规则结构，需要对其实施深入的抗震测算，同时对较为薄弱的结构施以加固处理，尽量不使用严重不规则的设计方案。本工程的平面主要呈现出单轴对称形式，但较不规则，为满足尽量不使用严重不规则设计方案的要求，工程决定在角柱上设置拉梁，通过这样的方式更好的符合“平面凹面侧实际尺寸始终小于对应投影尺寸30%”与“开洞总面积始终小于楼层面积30%”的基本规则需求，工程立面刚度未发现突变迹象和趋势。
2.4 抗震设防类别与等级确定
建筑的抗震设防类别与其抗震等级和烈度息息相关，而且对工程安全也会造成一定影响，在设计过程中应严格按照相应分类标准进行确定，确保分类具有足够的合理性，然后结合建筑高度、功能确定具体的抗震等级。本工程按照丙类类别进行抗震设防，其结构体系当中的框架是三级抗震，而剪力墙则是三级抗震。
2.5 三缝与后浇带设置
建筑三缝指的是沉降缝、伸缩缝与防震缝，结构设计过程中应尽可能避免设缝，以防止为后续的施工与防水等造成不必要的麻烦，还能减少工程造价。如果必须要进行设缝，则需按照相应的规范确保缝宽合理，而且伸缩缝大多使用后浇带取代。本工程的平面长度没有超过相应规范的要求，故无需设缝。
2.6 计算原则及结构分析程序选取
在对建筑结构的内力与位移进行计算的过程中，建模、基本假定等要与建筑实情相符或接近。内力与位移的计算采取弹性方法，截面设计可根据要求采取塑性方法。楼板刚度接近无限大，所以无需考虑楼板平面以外的刚度。此外，如果楼板上存在面积较大的开洞，则需对楼板形变进行考虑，在选取对应的分析程序时应格外注意，否则会对计算分析结果的真实性造成严重影响。本工程通过对比，选取CAD与SSW分析程序。
2.7 系数调整
（1）周期折算系数
考虑建筑结构体系中填充墙刚度造成的影响，随填充墙增加，周期折算系数变小，反之变大，通常保持在0.6-1.0以内，本工程为0.8。
（2）框架地震力承担系数
指剪力墙承担绝大多数地震力，导致框架处于不安全状态而设置的系数。由于本工程结构体系中的框架承担约20%的地震力，所以无需设置该系数。
（3）地震作用系数
主要为提升结构安全性设定，一般条件下保持在0.85-1.50范围内。由于本工程剪力重量比低于规范值，所以需要对地震作用进行放大，因此地震作用系数取1.15。
（4）振型数
高层建筑最少需要选取9个，如考虑扭转耦联则需选不少于15个，多塔结构形式需选不少于多塔数N×9，计算时应注意振型的实际参与质量不能低于总量90%。通过多次运算，本工程振型数选定为36个。
（5）梁端弯矩系数
考虑竖向荷载条件下梁内塑性内力的重分布，采取有效的调幅措施降低梁端负弯矩，并提高跨中弯矩，确保配筋的均匀性，这一系数通常在0.7-0.9范围内。本工程为0.85。
（6）梁跨中弯矩放大系数
在不考虑活载布置条件下，可借助该参数对跨中弯矩进行调整，该参数通常在1.0-1.3范围内，如果建筑的层数较少或实际活载较多，则应取高值。本工程在综合分析安全性与经济性的基础上，选取1.05。
（7）刚度折减系数
由于连梁两侧变位相对较差，会使剪力增大而发生超筋现象，因此在计算的过程中需要折减刚度，具体的折减系数大多为0.5，如果结构的位移会受到风荷载的影响，这一系数不得低于0.8。本工程为0.5。
（8）梁增大系数
楼板与梁构成整体按照T型截面进行工作，但计算过程中截面大多取矩形，所以应设置1以上的增大系数，普通边框梁增大系数为1.5，中间框架梁增大系数为2.0。本工程为1.5。
（9）梁扭矩折减系数
如果对结构进行计算时没有考虑到楼板带来的扭矩约束，所以扭矩计算值较大，应选取0.4左右的扭矩折减系数，本工程亦是如此。
2.8 计算结果分析
（1）位移：测点位移曲线需按上下形式渐变，不得出现较大突变，位移量应满足规范要求。
（2）平衡性：内外力及节点力的平衡性是判断计算准确性的主要准则之一。
（3）对称性：结构体系在受到对称荷载时，其对称点的内力位移应保持对称关系，相关计算程序在使用时如果出现异常，则可能是荷载数据出现较大错误。本工程测点位移曲线平滑，内外力、节点力均具有良好平衡性，对称点梁柱受力均匀，满足规范要求。
结束语
合理运用概念设计，能在方案中及时有效的构思、比对建筑结构体系，使设计方案更具清晰性，避免了后期工作出现的繁琐计算过程，经济性、可靠性特点突出，也可为相关计算程序应用给出的数据结果判断提供可靠依据。此外，对于现实中无法通过运算进行的构件设计，同样可以使用此设计理念来实现设计目标，并弥补现行理论和计算理论间切实存在的不可计算等缺陷。
参考文献：
[1]谢宝.浅谈概念设计在建筑结构设计中的应用[J].江西建材，2013，03：37-38.
[2]汤兰.试论概念设计在建筑结构设计中的应用分析[J].科技创新与应用，2014，29：229.
[3]许燕禄.概念设计在建筑结构设计中的应用[J].广东土木与建筑，2005，02：24-26.