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【摘要】：本文介绍了概念设计的定义及基本原则，强调概念设计在建筑结构设计中的意义和重要地位。提出合理确定建筑结构的总体布置，使建筑结构设计更加安全、适用、经济、可靠。
【关键词】：概念设计；建筑结构；基本原则；总体布置
中图分类号： TU3文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
The discussion of seismic concept design for buildings
【Abstract】：This article describes the definitions and basic principles of the concept design, emphasis on concept design foe building structure design significance and important. Proposed reasonable to determine the general arrangement of the building structure to make the structural design safer, more suitable, economical and reliable.
【Keyword】：Concept design; Building structure; Basic principles; General arrangement
1 前言
建筑抗震概念设计指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程[1]。为保证建筑在强烈地震下的安全，工程界许多院士、设计大师特别强调：“建筑应按抗震规范概念设计的要求，采用体系合理、具有多道抗震防线、楼屋盖整体性强的结构”。
2 抗震概念设计的基本原则
结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位[2]。作为一个结构工程师，首先应根据建筑功能要求、地理环境条件及所构思的结构总体系，心中有一个多道防线、刚柔结合的理想刚度目标，即应具有一定大的刚度和承载力来抵御风荷载和小震，在风和规范设防烈度水准的地震作用下，能保证结构完全处于弹性工作状态。并且还应在第一道防线的有意识屈服后，在结构变柔的同时仍具有足够大的弹塑性变形能力和延性耗能能力来抵御未来可能遭遇的罕遇大地震。下面重点阐述结构抗震概念设计的基本原则：
2.1 结构的简单性
结构的简单性可以保证地震力具有明确而直接的传力途径，使结构的抗震分析更符合结构在地震时的实际表现，所得分析结果具有更好地可靠性，据此设计出来的结构的抗震性能更有安全可靠保证。为了保证结构的简单性，建筑体型应力求简单。
2.2 建筑形体及构件布置的规则性
规则的建筑结构体现在体型简单，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀、平面布置基本对称，没有明显的、实质的突变。避免侧向刚度和承载力突变，使荷载合力作用线通过结构刚度中心，以减少扭转的影响。
规整平面中，如果结构刚度不对称，在地震作用下仍然会产生扭转。例如：在1972年的马那瓜大地震中，国际大师林同炎设计的尼加拉瓜马那瓜市18层美洲银行采用对称布置的剪力墙核心筒结构，只有8～17层核心筒体的连系梁上有轻微的斜裂缝，其它都完好，而相距很近的15层中央银行采用双柱框架（框架梁跨度达12.50m）结构并将两个电梯井筒偏置在一端，抗侧力刚度中心和质量中心之间的偏心距太大而遭受严重破坏，甚至部分倒塌，修复费用高达房屋造价的80％，这充分证明结构概念设计的重要性。
2.3 结构的抗侧力刚度和抗震能力
结构布置应使结构能抵抗任何方向的地震作用，通常将结构构件组成正交面内的结构网格，以保证在两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。层数较多的高层建筑，不宜采用刚度较小的框架体系，而应采用刚度较大的剪力墙、框架-剪力墙、筒体和板柱-剪力墙等抗侧力体系。
为保证建筑结构具有必要的刚度，目前世界各国的抗震设计规范都对结构的抗侧刚度提出了明确要求，具体的做法是，依据不同结构体系和设计地震水准，给出相应结构变形限值要求。
除抗侧力刚度外，结构必须有足够的抗扭转刚度，以防止在不同结构构件中产生不均匀的扭转。为此，主要的结构抗震受力构件应靠近结构周边布置，可以有效提高结构的抗扭转能力和刚度。
2.4 结构的整体性
结构抗震的整体性，涉及体系的空间整体性能、合理地传力途径、各部分动力特性的协调和分道防线等。结构的整体性是保证结构各部件在地震作用下协调工作的必要条件。结构应具有连续性，施工质量好的现浇钢筋混凝土结构具有较好的连续性和抗震整体性。构件间应有可靠连接、保证各个构件充分发挥承载力，使之能满足传递地震力时的强调要求和适应地震时大变形的延性要求[3]。
多、高层建筑结构中，宜设置多道抗震防线。所谓多道防线，通长指的是：第一，整个抗震结构体系由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。第二，抗震结构体系具有最大可能数量的内部、外部赘余度。建筑的倒塌往往都是结构构件破坏后致使体系变为机动体系的结果，因此，结构的赘余度越多，进入倒塌的过程就越长。在地震作用下，结构上每出现一个塑性铰，即可吸收和耗散一定数量的地震能量。在整个结构变成机动体系之前，能够出现的塑性铰越多，耗散的地震输入能量就越多，就更能经受住较强地震而不倒塌。
楼盖对于结构的整体抗震性能起着非常重要的作用。实际上，楼盖在水平地震作用下相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构，而且要使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。
3 建筑结构的布置
概念设计所涉及内容很多，要考虑各个方面的影响。具体包括分析所选定结构体系的受力特点，了解地震力和竖向荷载的传递途径及内力重分布的趋向，有效的布置结构构件。预计结构的破坏过程和破坏机制，以加强结构的关键部位和薄弱环节。注意建筑结构的连接整体性，做到小震不坏，大震不倒。尽量使结构的强度和刚度在平面内沿高度均匀分布，避免应力过度集中。估计和控制塑性铰区出现的部位和范围，有针对性的进行构造布置。多布置高延性的耗能构件，使结构具有多道抗震防线。考虑非结构构件对主体结构抗震产生的有利影响和不利影响，保护和防止这类部件的破坏和坠落[4]。此外，还要與其他各专业密切配合，提高建筑的使用功能，满足造型的多样化。
2008年汶川地震灾区破坏的房屋有一定比例是由于抗震概念设计方面存在缺陷造成的。例如：平面布局不规则、抗侧力构件竖向不连续、强梁弱柱、结构整体没有二道防线、填充墙与主体结构拉接不足、抗震缝处置不合理等。因此，一定要重视概念设计，提高结构的整体抗震能力。
4 结语
随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，对建筑结构设计提出了更高的要求。在结构设计中应从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震构造措施，使建筑结构设计更加安全、适用、经济、可靠。
参考文献
[1] GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2] 李国胜.混凝土结构设计禁忌及实例[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2007.
[3] 金波、张敏政、郭迅.等. 抗震建筑的结构整体性分析和构造措施[J]. 世界地震工程，2009,25（2）：68-71
[4] 郁彦.高层建筑结构概念设计[M]. 北京：中国铁道出版社，1999.
【关键词】：概念设计；建筑结构；基本原则；总体布置
中图分类号： TU3文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
The discussion of seismic concept design for buildings
【Abstract】：This article describes the definitions and basic principles of the concept design, emphasis on concept design foe building structure design significance and important. Proposed reasonable to determine the general arrangement of the building structure to make the structural design safer, more suitable, economical and reliable.
【Keyword】：Concept design; Building structure; Basic principles; General arrangement
1 前言
建筑抗震概念设计指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程[1]。为保证建筑在强烈地震下的安全，工程界许多院士、设计大师特别强调：“建筑应按抗震规范概念设计的要求，采用体系合理、具有多道抗震防线、楼屋盖整体性强的结构”。
2 抗震概念设计的基本原则
结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位[2]。作为一个结构工程师，首先应根据建筑功能要求、地理环境条件及所构思的结构总体系，心中有一个多道防线、刚柔结合的理想刚度目标，即应具有一定大的刚度和承载力来抵御风荷载和小震，在风和规范设防烈度水准的地震作用下，能保证结构完全处于弹性工作状态。并且还应在第一道防线的有意识屈服后，在结构变柔的同时仍具有足够大的弹塑性变形能力和延性耗能能力来抵御未来可能遭遇的罕遇大地震。下面重点阐述结构抗震概念设计的基本原则：
2.1 结构的简单性
结构的简单性可以保证地震力具有明确而直接的传力途径，使结构的抗震分析更符合结构在地震时的实际表现，所得分析结果具有更好地可靠性，据此设计出来的结构的抗震性能更有安全可靠保证。为了保证结构的简单性，建筑体型应力求简单。
2.2 建筑形体及构件布置的规则性
规则的建筑结构体现在体型简单，抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀、平面布置基本对称，没有明显的、实质的突变。避免侧向刚度和承载力突变，使荷载合力作用线通过结构刚度中心，以减少扭转的影响。
规整平面中，如果结构刚度不对称，在地震作用下仍然会产生扭转。例如：在1972年的马那瓜大地震中，国际大师林同炎设计的尼加拉瓜马那瓜市18层美洲银行采用对称布置的剪力墙核心筒结构，只有8～17层核心筒体的连系梁上有轻微的斜裂缝，其它都完好，而相距很近的15层中央银行采用双柱框架（框架梁跨度达12.50m）结构并将两个电梯井筒偏置在一端，抗侧力刚度中心和质量中心之间的偏心距太大而遭受严重破坏，甚至部分倒塌，修复费用高达房屋造价的80％，这充分证明结构概念设计的重要性。
2.3 结构的抗侧力刚度和抗震能力
结构布置应使结构能抵抗任何方向的地震作用，通常将结构构件组成正交面内的结构网格，以保证在两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力。层数较多的高层建筑，不宜采用刚度较小的框架体系，而应采用刚度较大的剪力墙、框架-剪力墙、筒体和板柱-剪力墙等抗侧力体系。
为保证建筑结构具有必要的刚度，目前世界各国的抗震设计规范都对结构的抗侧刚度提出了明确要求，具体的做法是，依据不同结构体系和设计地震水准，给出相应结构变形限值要求。
除抗侧力刚度外，结构必须有足够的抗扭转刚度，以防止在不同结构构件中产生不均匀的扭转。为此，主要的结构抗震受力构件应靠近结构周边布置，可以有效提高结构的抗扭转能力和刚度。
2.4 结构的整体性
结构抗震的整体性，涉及体系的空间整体性能、合理地传力途径、各部分动力特性的协调和分道防线等。结构的整体性是保证结构各部件在地震作用下协调工作的必要条件。结构应具有连续性，施工质量好的现浇钢筋混凝土结构具有较好的连续性和抗震整体性。构件间应有可靠连接、保证各个构件充分发挥承载力，使之能满足传递地震力时的强调要求和适应地震时大变形的延性要求[3]。
多、高层建筑结构中，宜设置多道抗震防线。所谓多道防线，通长指的是：第一，整个抗震结构体系由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。第二，抗震结构体系具有最大可能数量的内部、外部赘余度。建筑的倒塌往往都是结构构件破坏后致使体系变为机动体系的结果，因此，结构的赘余度越多，进入倒塌的过程就越长。在地震作用下，结构上每出现一个塑性铰，即可吸收和耗散一定数量的地震能量。在整个结构变成机动体系之前，能够出现的塑性铰越多，耗散的地震输入能量就越多，就更能经受住较强地震而不倒塌。
楼盖对于结构的整体抗震性能起着非常重要的作用。实际上，楼盖在水平地震作用下相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构，而且要使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。
3 建筑结构的布置
概念设计所涉及内容很多，要考虑各个方面的影响。具体包括分析所选定结构体系的受力特点，了解地震力和竖向荷载的传递途径及内力重分布的趋向，有效的布置结构构件。预计结构的破坏过程和破坏机制，以加强结构的关键部位和薄弱环节。注意建筑结构的连接整体性，做到小震不坏，大震不倒。尽量使结构的强度和刚度在平面内沿高度均匀分布，避免应力过度集中。估计和控制塑性铰区出现的部位和范围，有针对性的进行构造布置。多布置高延性的耗能构件，使结构具有多道抗震防线。考虑非结构构件对主体结构抗震产生的有利影响和不利影响，保护和防止这类部件的破坏和坠落[4]。此外，还要與其他各专业密切配合，提高建筑的使用功能，满足造型的多样化。
2008年汶川地震灾区破坏的房屋有一定比例是由于抗震概念设计方面存在缺陷造成的。例如：平面布局不规则、抗侧力构件竖向不连续、强梁弱柱、结构整体没有二道防线、填充墙与主体结构拉接不足、抗震缝处置不合理等。因此，一定要重视概念设计，提高结构的整体抗震能力。
4 结语
随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，对建筑结构设计提出了更高的要求。在结构设计中应从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震构造措施，使建筑结构设计更加安全、适用、经济、可靠。
参考文献
[1] GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2] 李国胜.混凝土结构设计禁忌及实例[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2007.
[3] 金波、张敏政、郭迅.等. 抗震建筑的结构整体性分析和构造措施[J]. 世界地震工程，2009,25（2）：68-71
[4] 郁彦.高层建筑结构概念设计[M]. 北京：中国铁道出版社，1999.