抗震概念设计在结构设计中的应用

　　摘要：介绍了概念设计在整个房屋抗震设计中的重要性和主要思想及其和结构计算之间的关系，对它们在结构设计中的应作做简单探讨。
　　关键词：概念设计
　　
　　1概念设计概述
　　概念是在头脑中形成的反映对象本质属性的思维形式，它是将所感知事物的共同本质特点抽象出来加以概括而形成。其实概念设计是伴随设计的产生而产生的。我们知道框架结构的荷载是由板传到梁，由梁传到柱，再由柱传到基础,最后由基础传到地基。有了这个基本概念，我们才可能进行设计。如果仅仅按照规范和一般的抗震程序来进行设计，要使建筑结构的抗震设计得以符合“技术先进、经济合理、安全使用”的原则是困难的。因此，我们必须把重点放在如何针对不同的建筑空间及环境要求，优化选择结构的整体方案上。这就是我们所要说的建筑结构抗震方案设计中的“概念设计”
　　所谓的概念设计一般是指不经过计算，尤其在难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构关系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、实验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从总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。运用概念设计的近似估算方法，可以在建筑抗震设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择。这种方法虽有一定误差，但它概念清楚、定性准确、手算简单快捷，能很快选择出最佳方案和确定主要构件的基本尺寸大小。同时，也判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。在建筑结构方案抗震设计中运用“概念设计”的思想，要求结构工程师不仅仅能精确地计算分析一个已经给定的分体系或构件，更重要的是要能够对结构总体系的承载能力和性能，以及总体系与各基本分体系（或构件）之间的力学关系有透彻的认识，从而运用整体概念去考虑总体结构的关系。
　　2民用建筑结构抗震概念设计的主要思想
　　概括地说，一个有利于抗震的建筑，首先必须有一个有利于抗震的建筑场地，它的建筑结构应该具有尽可能规则的平立面；结构体系具有合理而不间断的传力途径；同时应确保结构的整体性，受到地震作用的时候构件能够共同工作，按我们设计的要求达到极限状态；构件的破坏具有一定的先后顺序，必要的时候牺牲次要的结构来消耗地震能量，以保护主要结构，使人的生命和财产的损失降低到最小的程度。我们都知道，万丈高楼从地起。建筑物能否有效的抵抗地震破坏，首先需要有一个坚实的地基基础，因此，我们在选择建筑场地的时候，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效措施；不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。地震除了直接造成结构破坏以外，还可能引起地表的错动与地裂，地基土的不均匀沉降，滑坡和粉、砂土液化等，造成建筑物的间接破坏。一个好的建筑场地，不仅能使建筑物有效地抵抗地震的破坏，而且还能减少投资，降低成本。
　　抗震概念设计不是结构设计人员所能完全包办的，建筑设计师应具备一定的抗震知识。但由于专业分工不同，结构工程师往往会比建筑师更注重分析地震作用，所以，结构工程师应利用自己所掌握的知识，协助建筑方案设计人员对建筑物平立面进行合理的调整，使之既功能齐全，美观大方，符合建筑设计的要求，又能使结构尽量规则，符合抗震设计的要求。具体的说，就是要求建筑及其抗侧力结构的平面宜规则、对称，并具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，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。
　　建筑结构确定以后，还应该合理的选择结构体系。结构人员应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定结构体系。新的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）要求结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途经，使设计人员更容易掌握和控制结构所受的地震作用，更容易发现计算结果的错误；在抗震设计的过程中应正确分析力的传递途径，合理的分配调整内力，加强容易遭受地震破坏的结构或构件的抗震能力，避免部分结构（构件）破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力；应具备必要的抗震承载能力，良好的变形能力和消耗抗震能量的能力，这样利用结构的变形消耗掉部分地震的能量，可以大大减轻地震作用对结构的破坏；宜有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。薄弱部位是抗震能力最弱的地方，在设计过程中，应使该部位的实际承载力和设计计算的弹性承载力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，避免由于内力重分布导致塑性变形的集中，同时还要防止加强局部而忽视整个结构的刚度和强度的协调，使它有足够的变形能力又不发生薄弱部位的转移；宜有多道抗震防线。在很多情况下，由于地震作用的不确定性和反复性，地震破坏是不可避免的，适当处理构件的强弱关系,使其形成多道防线,是增加结构抗震能力的重要措施。
　　概念设计不同于简单的结构计算，不可能死套规范，但它对整个建筑物的抗震性能起着决定性的作用，进而会影响工程的造价和施工的难易程度，因此我们必须重视它。当然，强调概念设计的重要并不是结构计算就不重要，计算结果的满足是结构安全的保证。我们强调概念设计，是为了让建筑物能更合理、更有效地抵抗地震作用，用最低的成本，设计出更为安全的建筑。
　　3概念设计与结构计算关系
　　新修订的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）开始强调概念设计。因为随着社会的进步，经济的发展，建筑物随着人口的增加越做越密集，物资财富的积累也越来越多。而且，我们的房子越做越大，结构越来越复杂，如果发生地震灾害，对我们所造成的损失也会越来越大。然而随着计算机在设计中越来越广泛地应用，很多设计人员越来越迷信计算机的计算结果，而不注重结构的整体分析，好象计算结果满足要求了，这个建筑物就安全了，如果不满足，就拼命加大配筋和断面（如钢筋混凝土结构），结果梁越做越大，柱越做越肥，这样做的结果，不仅造成很大的浪费，而且简单地加大单个构件往往改变了结构构件的内力分配，不能确保结构安全。这种教训是很多的，比如在1976年唐山地震中，天津第二毛纺厂三层的框架厂房因偏重于局部构部件的加固，没有重视对结构总体抗震性能的分析，造成不合理的加固使抗震薄弱层发生转移而倒塌。因此，一个只会计算而不会分析的结构工程师不是一个称职的结构工程师,只迷信计算结果而不注重概念设计，甚至有可能把能够避免或能减少损失的自然灾害变成成实际人为的灾害。地震灾害是比较常见的自然灾害，也是破坏力很大的自然灾害，设计什么样的结构最利于抗震，作为一个结构设计人员，应该有一个清醒的概念。
　　5总结
　　随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对建筑结构抗震设计和抗震技术也提出了更高的要求。发展先进计算理论,加强计算机的应用,加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用,使建筑结构抗震设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。运用概念设计方法，可以在建筑抗震设计的方案阶段就迅速有效地对结构体系进行构思、比较与选择，从而使方案概念清晰和定性正确，避免在后期设计阶段出现一些不必要的繁琐运算，具有良好的经济性和可靠性。
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