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摘要：针对目前建筑结构设计当中墨守成规的现象，提倡采用概念设计思想来促进结构工程师的创造性，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制，本文通过工程实例从建筑、结构设计的简单性、整体性、规则性和均匀性、结构的刚度和抗震能力等方面加以阐述抗震概念设计的具体运用。工程技术人员在建筑、结构设计过程中必须充分运用抗震概念设计的优化准则及其相应的构造措施，确保工程质量。
关键词：高层建筑：结构分析：结构布置；概念设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
引言
所谓概念设计是指依据地震震害和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，不经数值计算而确定建筑结构的总体布置和抗震措施的宏观控制，是一种区别于“数值设计”的设计
过程。概念设计能力主要来自工程师本人所具有的设计经验，包括力学知识、专业知识、对结构地震破坏机理的认识，对地震震害经验教训和试验破坏现象认识的积累等。由于结构抗震设计中存在着许多不确定或不确知因素，加之抗震设计的复杂性，目前还不能完全依靠计算设计来确保结构安全可靠，很大程度上还要依赖概念设计，因此安全、合理而经济的结构设计必须注重概念设计，运用“概念”(而不是只依赖计算)进行分析，作出判断，采取相应措施。
不论是建筑抗震设计规范(GB50011—2010)，还是高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)在通读其全部条文后深感对各种建筑结构的抗震设计尤其是高层建筑混凝土结构，抗震概念设计对结构的抗震性能起决定性作用，因此新规范(规程)均在相关条文中强调了建
筑与结构概念设计的重要性，要求建筑师和结构工程师在高层建筑设计中应特别重视有关概念设计的条文规定。抗震规范中还将其列为强制性条文：即建筑结构设计应符合抗震概念设计的要求。
1、抗震概念设计的一般原则
需要强调的是设计不能陷入只凭计算的误区，若结构严重不规则，整体性差，仅按目前的结构设计计算水平，是难以保证结构的抗震、抗风性能，尤其是抗震性能。因此，要求建筑师与结构工程师要共把好初步设计这一环节。关于高层建筑混凝土结构概念设计的一般原则和具体内容，高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)有关章节作了规定。
(1)结构的简单性，结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径。建筑抗震设计规范(GB50011—2010)第3．5．2条终为强制性条文要求，“结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。”只有结构简单，才能够对结构的计算模型、内力与位移分析，限制薄弱部位的出现易于把握，因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。
(2)结构的规则性和均匀，性建筑抗震设计规范(GB50011—2010)第3．4．2条要求，“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面布置宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。”建筑平面比较规则，不应采用严重不规则的平面布置，对A级高度建筑宜平面简单、规则、对称、减小偏心；而对B
级高度建筑则应简单、规则、减小偏心。平面置均匀规则，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。结构布置均匀、建筑平面规则，有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌，使地震作用能在各子结构之间重分布，增加结构的赘余度数量，发挥整个结构耗散地震能量的用。沿建筑物竖向，建筑造型和结构布置比较均匀，避免刚度、承载力和传力途径的突变，以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位。
(3)结构的刚度和抗震能力水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常，可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力，结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映。结构刚度的选择既要减少地震作用效应又要注意控制结构变形的增大，过大的变形会产生重力二阶效应，导致结构破坏、失稳。结构应其有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力，现有的抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量，在抗震概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。
(4)结构的整体性在高层建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用，楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构，而且要求这些子结构能协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作。楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和内力，并与竖向子结构有效连接，当结构空旷、平面狭长、平面凹凸不规则，楼盖开大洞口时更应特别注意，设计中不能错误认为，在多遇地震作用
计算中考虑了楼板平面内弹性变形影响后，就可以削弱楼盖体系。
例1地震区的底框房屋设计时应注意到上下是两类受力性质截然不同的结构，极限变形能力相差悬殊。在小震作用下是上部砖房起控制作用，当处于弹性阶段时，验算的重点是砖墙部分；当砖墙开裂时，验算的重点是框架部分。另一方面还要注意底框房屋其侧向变形协调是靠楼板有足够的水平刚度来实现的。因此，底层楼板不仅需要现浇来达到其应有的水平刚度，且还需要有一定的厚度。
例2 某地区地震，一幢15层的中央银行大厦其平面布置图见图l，结构严重破坏。分析其结构体系，存在许多概念设计的错误。平面、立面布置严重不均匀、不连续等，地震时产生较大的偏心转效应，最终导致柱子严重开裂，钢筋被压曲，电梯井、楼梯间也遭到严重
破坏。
图l 某银行大厦其平面布置图
例3 一个典型的例子是著名结构设计大师林同炎于1963年在尼加拉瓜首都玛那瓜市设计的美洲银行大厦其平面布置图见图2。这幢楼的设计是林同样运用概念设计思想的早期代表之作，堪称概念设计之典范。在1972年南美洲尼加拉瓜首都马那瓜市发生的强烈地震，多座楼房倒塌，而美洲银行大厦虽位于震中，承受了比设计地震作用0．06 g大六倍的地震作用而未倒塌，墙体仅有很小裂缝。该建筑由四个柔性筒组成，对称地由连梁连接起来，在风荷载和多遇地震作用下，结构表现为刚性体系，在大震作用下，通过连梁的屈服，四个柔性筒相对独立，成为具有延性的结构体系，结构的地震作用明显减小，由于结构对称布置，防止了明显的扭转效应。
图2美洲银行大厦其平面布置图
2优化准则其保证措施
考虑地震作用时必须充分领会和灵活运用抗震概念设计的优化准则和采取相应的构造措施。
(1)优化准则“强节弱杆”——防止节点破坏先于构件；“强柱弱梁”—防止杆系发生楼层倾移破坏机制，要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力；“强剪弱弯”—防止构件剪力破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力；“强压弱拉”——对杆件截面而言，为避免杆件在弯曲时发生受压区混凝土破裂的脆性破坏，使受拉区钢筋承载力低于受压区混凝土受压承载力。
(2)保证措施 保证措施有两个方面：一是调整或限制构件的荷载效应，二是强制规定必要的构造措施。这两个方面在高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)有详细的规定，有的则是以强制性条文提出严格要求。如：高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)中第6．3．2条的第l点限制梁端截面混凝土受压区高度与有效高度之比，就是保证梁的变形能力，而它又决定于梁端塑性转动量，而塑性转动量又与截面混凝土受压区的相对高度密切相关；试验研究结果表明要使钢筋混凝土梁的位移延性系数达到3～4，混凝土受压区相对高度必须控制在0．25～0．35。又如：对钢筋混凝土杆件而言，杆件截面的平均剪应力过高，都会降低箍筋的抗剪效果，平均剪应力较小时，可以避免出现剪切破坏，所以建筑抗震设计规范(GB50011．2010)中第6．2．9条规定钢筋混凝土结构的梁、柱、抗震墙和连梁的
截面组合剪力设计值应符合下式要求：
总之，高层建筑混凝土結构技术规程(JGJ3—2010)中许多条文以及强制性条文都是与这
“四强四弱”密切相关，因此，必须在充分理解规范、规程中的具体条文的基础上加以运用相应的构造措施。
3 结论
本文仅对高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)和建筑抗震设计规范(GB50011—2010)中有关加强概念设计的部分内容加以理解和研究。作为土木工程技术人员在高层建
筑的研究和工程设计中，应从整体宏观的观点出发，在设计的整个过程中更好地运用概念设计，综合处理好建筑功能、技术、艺术、安全可靠性和经济合理等几方面内容，从而创造出更加安全、适用、经济美观的高层建筑。
参考文献
【1】中华人民共和国建设部（JGJ3—2010）高层建筑混凝土结构技术规程【s】．北京：中国建筑工业出版社
【2】中华人民共和国建设部（GB500ll—2010）建筑抗震设计规范【s】．北京中国建筑工业出版社
关键词：高层建筑：结构分析：结构布置；概念设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
引言
所谓概念设计是指依据地震震害和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，不经数值计算而确定建筑结构的总体布置和抗震措施的宏观控制，是一种区别于“数值设计”的设计
过程。概念设计能力主要来自工程师本人所具有的设计经验，包括力学知识、专业知识、对结构地震破坏机理的认识，对地震震害经验教训和试验破坏现象认识的积累等。由于结构抗震设计中存在着许多不确定或不确知因素，加之抗震设计的复杂性，目前还不能完全依靠计算设计来确保结构安全可靠，很大程度上还要依赖概念设计，因此安全、合理而经济的结构设计必须注重概念设计，运用“概念”(而不是只依赖计算)进行分析，作出判断，采取相应措施。
不论是建筑抗震设计规范(GB50011—2010)，还是高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)在通读其全部条文后深感对各种建筑结构的抗震设计尤其是高层建筑混凝土结构，抗震概念设计对结构的抗震性能起决定性作用，因此新规范(规程)均在相关条文中强调了建
筑与结构概念设计的重要性，要求建筑师和结构工程师在高层建筑设计中应特别重视有关概念设计的条文规定。抗震规范中还将其列为强制性条文：即建筑结构设计应符合抗震概念设计的要求。
1、抗震概念设计的一般原则
需要强调的是设计不能陷入只凭计算的误区，若结构严重不规则，整体性差，仅按目前的结构设计计算水平，是难以保证结构的抗震、抗风性能，尤其是抗震性能。因此，要求建筑师与结构工程师要共把好初步设计这一环节。关于高层建筑混凝土结构概念设计的一般原则和具体内容，高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)有关章节作了规定。
(1)结构的简单性，结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径。建筑抗震设计规范(GB50011—2010)第3．5．2条终为强制性条文要求，“结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。”只有结构简单，才能够对结构的计算模型、内力与位移分析，限制薄弱部位的出现易于把握，因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。
(2)结构的规则性和均匀，性建筑抗震设计规范(GB50011—2010)第3．4．2条要求，“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面布置宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。”建筑平面比较规则，不应采用严重不规则的平面布置，对A级高度建筑宜平面简单、规则、对称、减小偏心；而对B
级高度建筑则应简单、规则、减小偏心。平面置均匀规则，使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递，并使质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。结构布置均匀、建筑平面规则，有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌，使地震作用能在各子结构之间重分布，增加结构的赘余度数量，发挥整个结构耗散地震能量的用。沿建筑物竖向，建筑造型和结构布置比较均匀，避免刚度、承载力和传力途径的突变，以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位。
(3)结构的刚度和抗震能力水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常，可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力，结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映。结构刚度的选择既要减少地震作用效应又要注意控制结构变形的增大，过大的变形会产生重力二阶效应，导致结构破坏、失稳。结构应其有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力，现有的抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量，在抗震概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力。
(4)结构的整体性在高层建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用，楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构，而且要求这些子结构能协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作。楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和内力，并与竖向子结构有效连接，当结构空旷、平面狭长、平面凹凸不规则，楼盖开大洞口时更应特别注意，设计中不能错误认为，在多遇地震作用
计算中考虑了楼板平面内弹性变形影响后，就可以削弱楼盖体系。
例1地震区的底框房屋设计时应注意到上下是两类受力性质截然不同的结构，极限变形能力相差悬殊。在小震作用下是上部砖房起控制作用，当处于弹性阶段时，验算的重点是砖墙部分；当砖墙开裂时，验算的重点是框架部分。另一方面还要注意底框房屋其侧向变形协调是靠楼板有足够的水平刚度来实现的。因此，底层楼板不仅需要现浇来达到其应有的水平刚度，且还需要有一定的厚度。
例2 某地区地震，一幢15层的中央银行大厦其平面布置图见图l，结构严重破坏。分析其结构体系，存在许多概念设计的错误。平面、立面布置严重不均匀、不连续等，地震时产生较大的偏心转效应，最终导致柱子严重开裂，钢筋被压曲，电梯井、楼梯间也遭到严重
破坏。
图l 某银行大厦其平面布置图
例3 一个典型的例子是著名结构设计大师林同炎于1963年在尼加拉瓜首都玛那瓜市设计的美洲银行大厦其平面布置图见图2。这幢楼的设计是林同样运用概念设计思想的早期代表之作，堪称概念设计之典范。在1972年南美洲尼加拉瓜首都马那瓜市发生的强烈地震，多座楼房倒塌，而美洲银行大厦虽位于震中，承受了比设计地震作用0．06 g大六倍的地震作用而未倒塌，墙体仅有很小裂缝。该建筑由四个柔性筒组成，对称地由连梁连接起来，在风荷载和多遇地震作用下，结构表现为刚性体系，在大震作用下，通过连梁的屈服，四个柔性筒相对独立，成为具有延性的结构体系，结构的地震作用明显减小，由于结构对称布置，防止了明显的扭转效应。
图2美洲银行大厦其平面布置图
2优化准则其保证措施
考虑地震作用时必须充分领会和灵活运用抗震概念设计的优化准则和采取相应的构造措施。
(1)优化准则“强节弱杆”——防止节点破坏先于构件；“强柱弱梁”—防止杆系发生楼层倾移破坏机制，要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力；“强剪弱弯”—防止构件剪力破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力；“强压弱拉”——对杆件截面而言，为避免杆件在弯曲时发生受压区混凝土破裂的脆性破坏，使受拉区钢筋承载力低于受压区混凝土受压承载力。
(2)保证措施 保证措施有两个方面：一是调整或限制构件的荷载效应，二是强制规定必要的构造措施。这两个方面在高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)有详细的规定，有的则是以强制性条文提出严格要求。如：高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)中第6．3．2条的第l点限制梁端截面混凝土受压区高度与有效高度之比，就是保证梁的变形能力，而它又决定于梁端塑性转动量，而塑性转动量又与截面混凝土受压区的相对高度密切相关；试验研究结果表明要使钢筋混凝土梁的位移延性系数达到3～4，混凝土受压区相对高度必须控制在0．25～0．35。又如：对钢筋混凝土杆件而言，杆件截面的平均剪应力过高，都会降低箍筋的抗剪效果，平均剪应力较小时，可以避免出现剪切破坏，所以建筑抗震设计规范(GB50011．2010)中第6．2．9条规定钢筋混凝土结构的梁、柱、抗震墙和连梁的
截面组合剪力设计值应符合下式要求：
总之，高层建筑混凝土結构技术规程(JGJ3—2010)中许多条文以及强制性条文都是与这
“四强四弱”密切相关，因此，必须在充分理解规范、规程中的具体条文的基础上加以运用相应的构造措施。
3 结论
本文仅对高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)和建筑抗震设计规范(GB50011—2010)中有关加强概念设计的部分内容加以理解和研究。作为土木工程技术人员在高层建
筑的研究和工程设计中，应从整体宏观的观点出发，在设计的整个过程中更好地运用概念设计，综合处理好建筑功能、技术、艺术、安全可靠性和经济合理等几方面内容，从而创造出更加安全、适用、经济美观的高层建筑。
参考文献
【1】中华人民共和国建设部（JGJ3—2010）高层建筑混凝土结构技术规程【s】．北京：中国建筑工业出版社
【2】中华人民共和国建设部（GB500ll—2010）建筑抗震设计规范【s】．北京中国建筑工业出版社