简述建筑结构概念模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇简述建筑结构概念，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

中图分类号：TU208文献标识码： A

地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。结构的抗震设计应该是综合概念设计、计算和结构措施等完整的一系列设计。

1 建筑的抗震概念设计

所谓“建筑抗震概念设计”是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，依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。掌握了抗震概念设计，有助于明确抗震设计思想，灵活、恰当地运用抗震设计原则，使设计人员不至于陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理地进行抗震设计。

2 高层混凝土建筑结构设计更应重视概念设计

在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，因此必须非常重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果( 尤其是经过实用简化后的计算结果) 与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

3 高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容

3. 1 首先应重视高层建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称，因为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多因素的综合要求。“规则建筑”体现在体形( 平面和立面的形状) 简单; 抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀; 平面布置基本对称。

3. 2 结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低; 反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之间寻找一种较好的匹配关系。

3. 3 设计多道设防结构

3. 3. 1 超静定结构

静定结构是只有一个自由度的结构，在地震中只要有一个节点破坏或一个塑性铰出现，结构就会倒塌。抗震结构必须做成超静定结构，因为超静定结构允许有多个屈服点或破坏点。将这个概念引申，抗震结构不仅是要设计成超静定结构，还应该做成具有多道设防的结构。第一道设防结构中的某一部分屈服或破坏只会使结构减少一些超静定次数。同时要注意分析并控制结构的屈曲或破坏部位，控制出铰次序及破坏过程。有些部位允许屈服或允许破坏，而有些部位则只允许屈服，不允许破坏，甚至有些部位不允许屈服。例如，带连梁的剪力墙中，连梁应当作为第一道设防，连梁先屈曲或破坏都不会影响墙肢独立抵抗地震力。

3. 3. 2 双重抗侧力结构体系

双重抗侧力结构体系是可能实现多道设防结构的一种类型，而且双重抗侧力结构的抗震性能较好。这里提出的双重抗侧力体系的特点是，由两种变形和受力性能不同的抗侧力结构组成，每个抗侧力体系都有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接协同工作，共同抵抗外力。特别是在地震作用下，当其中一部分结构有所损伤时，另一部分应有足够的刚度和承载力能够共同抵抗后期地震作用力。在抗震结构中设计双重抗侧力体系实现多重设防，才是安全可靠的结构体系。

3. 3. 3 总结构体系与基本分结构体系

1972 年 12 月 23 日尼加拉瓜首都发生强烈地震，1 万多栋楼房倒塌。林同炎公司 1963 年设计的美州银行大楼，虽位于震中，承受比设计地震作用 0. 06g 大 6 倍的地震 0. 35g而未倒塌，引起世界同行的高度重视。众所周知，建筑物在地震作用下的运动与由风引起的位移是不同的，在强烈地震作用下，结构会在任意方向变形。在高层建筑中，这种变形更为复杂。当然主要是第一振型，同时也包括具有鞭梢效应的第二、第三振型，变形量很大。所以设计者主要考虑的是如何避免就其结构固有特征会引起倒塌的过大变形。再则，设计高层结构所考虑抗风与抗地震要求的出发点往往是矛盾的。刚度大的结构对抗风荷载有利，动力效应小; 反之，较柔的结构有利于抗震。所以要设计一个抗风及抗震性能都很好的高层结构不很容易。林同炎教授的设计思想是设计一个由 4 个柔性筒组成的，具有很大抗弯刚度的结构总体系。在抗风荷载及设防烈度的地震作用下表现为刚性体系。当遇到罕见的强烈地震时，通过控制各分体系( 柔性筒) 之间的联接构件( 钢筋混凝土连梁) 的屈服、破坏，而变成具有延性的结构体系，即各分体系独立工作，则结构的自振周期变长，阻尼增加，即使超出弹性极限，仍持有塑性强度，可做到摇摆而不倒塌。地震后的实地观察，证明其设计思想是正确的，正如预料的那样，联梁的混凝土剥落，梁中有明显裂缝。但四个柔性筒的本身均无裂缝，筒壁仍处于弹性阶段。

3. 4 抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件

延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。在“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构应设计成延性结构。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形加大，但结构承受的地震作用不会直线上升，也就是说，结构是用它的变形能力在抵抗地震作用。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件，强底层柱”原则，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3. 5 应有意识地加强薄弱环节

( 1) 结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析( 而不是承载力设计值的分析) 是判断薄弱层的基础。

( 2) 要使楼层( 部位) 的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层( 部位) 的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

( 3) 要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、承载力的协调。

( 4) 在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层( 部

位) ，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

4 做好高层建筑结构概念设计还应注意的问题

( 1) 结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防来选择合理的结构类型。

( 2) 不同结构体系在竖向荷载、风荷载及地震力作用下的受力特点。

( 3) 风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。

( 4) 结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部位和薄弱环节。

( 5) 预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。

( 6) 场地选择、地基基础设计及地基变形对上部结构的影响。

( 7) 各类结构材料的特性及其受温度变化的影响。

( 8) 非结构构件对主体结构抗震产生的有利和不利影响，要协调布置，并保证与主体结构连接构造的可靠等。

参 考 文 献

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中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：

1 绪论

结构是建筑物中很重要的一个概念，当人们在议论一个建筑物时可能会用词“这个结构怎么怎么样”，而不是“这个建筑物”，从专业的角度来说，这里“结构”的用法是不恰当的，这个词在用于建筑方面时，具有其特殊的含义。

2 建筑结构发展史

回顾人类历程漫漫几千年的历史，从原始部落到现代文明社会，建筑结构的发展也是突飞猛进的，由低等的原生态的逐渐演变到高等的体系化完善化的。提及建筑结构，让人想到原始的“变形虫”，先进的鱼类结构，更先进的结构如壳类、膜类、充气结构以及张力结构。

2.1原始“变形虫”

原始结构像变形虫，它们是朴素的、自我承重的结构，一旦受外力支配时，它们就会倒塌，这个力量可以是时间或者某个地震。当一个变形虫无力抵抗外力攻击时，它分裂成两个或者三个部分。一个变形虫的每个部分对于它的完整性都是必需的，一旦其中一部分由于外力的原因被移走或毁坏，这个变形虫就会分裂。在一个变形虫结构的例子中，可以将“结构”和“建筑物”同义使用，因为此类建筑所有部分对支撑这个建筑物并将载荷传到地面都是至关重要的。

2.2鱼类结构

一条鱼是以肉和骨的混合物的形式存在的。将肉拿走骨头会留下，肉不能支撑鱼，只有骨头可以。在鱼骨中，有一个中央脊椎，在骨头与脊椎结合的地方变得相当粗壮，因为脊椎处是支撑鱼的核心，是枢纽结构。鱼类的结构直接启示了设计师的创作灵感，如弗兰克·劳埃德·赖特设计的威斯康星州拉辛（Racine）的约翰逊制蜡公司的办公楼。每一个鱼骨架结构中的关键点是基础和结合点。为了简化悬挑结构中基础和接合点的问题，柱和梁得到了发展。在此建筑中，梁和柱都支撑重量，并且在受到载荷时产生“弯曲”、“扭转”和“弯折”状况，这些以工程力学中的例题加以描述。

图2- 1轴受扭图

图2- 2横截面应力图

如图2-1中轴受扭，根据剪切胡克定律[2], 当切应力不超过材料的剪切比例极限时：

（公式2- 1）

式中——剪切强度，MPa；

——剪变模量，GPa；

——到轴心的距离，m；

——切应变，rad；

——扭转角，rad。

圆轴的强度校核公式：

（公式2- 2）

，，

式中——最大剪切强度，MPa；

T ——扭转矩，N·m；

——到轴心的距离，m；

——极惯性矩；

——抗扭截面系数；

——许用切应力，MPa；

n——安全系数

图2-2为轴中应力的方向。

图2-3 梁受弯曲应力图

图2- 4梁横截面上应力分布

（公式2- 3）

，

式中——最大拉压强度，MPa；

M ——力矩，N·m；

——y轴距离最大值，m；

——惯性矩；

——惯性矩图形对坐标原点O的极惯性矩；

——抗弯截面系数；

——许用拉压应力，MPa；

弯曲最大切应力：

（公式2- 4）

式中——中性轴一边的截面面积对中性轴的静矩，N·m；

下面介绍一条工程力学中的实例：

水平直角折杆受铅直集中力的作用。圆轴直径，在截面顶点处，测得轴向线应变。

试求该折杆危险点的相当应力。

解：点，，又则

危险截面在固定端处

3 建筑结构选型

建筑设计中的结构技术问题，是构成空间与体形的骨架和基础。结构部分不仅在耗材及投资上占据着相当大的比重，而且对建筑空间形体的制约也是很大的，因此在建筑设计过程中，需要给予足够的重视[4]。

纵观建筑历史的发展，19世纪末以来，由于社会生活和科学技术的发展，特别是钢筋混凝土和钢材的广泛应用，建筑技术和建筑造型发生了巨大的变革。例如，建于1851年的伦敦“水晶宫”——世界博览会展览馆（如图3-1）

图3- 1伦敦“水晶宫”——世界博览会展览馆

当时的这些建筑技术成就，远不是古典建筑可以比拟的。而且，轻质高强度的建筑材料的出现，使得高层与大跨度的建筑有了突飞猛进的发展。新结构的广泛应用，使得承重与非承重体系有了新的观念，因而使建筑造型具有更大的灵活性与机动性[5]。

当前在建筑设计中，常用的结构形式可以概括为三种主要类型，即混合结构、框架结构和空间结构。结合我国的具体情况，在新型建筑材料不太发达的地区，对于一般标准的中小型建筑。在中大型城市，因高新技术比较发达，在高层建筑中，而对于大跨度的建筑，如剧院、体育馆、超级市场等多选择空间结构体系。

3.1混合结构体系

我国在一般建筑中所采用的混合结构形式，多以砖或石墙承重及钢筋混凝土梁板系统最为普遍。这种结构类型，因受梁板经济跨度的制约，在平面布置上，常形成矩形网格承重墙的特点。所以对于结构不大、层数不高，且为一般标准的某些建筑如学校、住宅建筑、医院等是比较适宜的。

3.2框架结构体系

承重系统与非承重系统有明确的分工，是框架结构体系中最明显的特点，即支承建筑空间的骨架是承重系统，而分割室内外空间的围护结构和轻质隔断，是不承受载荷的。因此柱与柱之间可根据需要做成填充墙或全部窗户，也可部分填充，部分开窗，或做成空廊，使室内外空间灵活通透。

3.3空间结构体系

随着科技的进步和发展，高新建筑材料如轻质的高强的钢材、混凝土、塑钢板和铝合金等材料的涌现，促使轻型高效的空间结构有了迅速的发展，这对于经济有效地解决大跨度建筑空间的问题有着重要意义。其中空间结构体系主要分为三类：悬索结构、空间薄壁结构和网架结构与建筑设计的关系。悬索结构能充分利用高强度材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省和易施工等特点。薄壁结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物线壳等，材料大部分都是钢筋和混凝土。网架结构是国内大型体育场、工业厂房。影剧院、候车厅等常用的屋盖形式。

4 结论

一个建造方法可以被总结和归结为一条原则：对于各种材料规则而巧妙的组合，设若它们是方形的石料、砂石、木材，或是别的什么东西，以形成一个坚固的，并且尽可能是完整的一体的结构[10]。一个结构，只有当它所包含的各个部分是不可被分离或者移动的时候，才可以说是一体的。因此，建筑师需要考虑什么是结构的基本部分，它们的秩序是什么，它们被组合在一起的先后顺序是什么。要发现造成结构的各个部分并不困难：很显然它们是顶和底，是左和右，是前和后，以及位于所有其间的东西。再根据不同的结构体系选择其安全、经济等因素。

参考文献

[1] (希腊) 安东尼·C·安东尼亚德斯著．建筑学及相关学科（原著第三版）[M].崔昕,汪丽君,舒平译.北京:中国建筑工业出版社,2009,198-214

[2] 单辉祖,谢传峰.工程力学（静力学与材料力学）[M].北京:高等教育出版社,2004,174-183

[3] 张营营,倪佳女,张其林.涂层织物类建筑膜材料的设计强度研究[J].湖南大学学报（自然科学版）,2011,38(12)

[4] 高明,董莪,程龙飞.建筑概论[M].西安:西安交通大学出版社,2012,113-124

GAO Ming,DONG E,CHENG Long-fei. Introduction to construction [M]. Xi 'an: xi 'an JiaoTong University Press,2012,113-124. (In Chinese)

[5] 魏兴涛.建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J].科技与企业.2013,(8):174

[6] 王卓.浅谈提高建筑结构设计质量的方法和途径[J].科技创新与应用.2013,(9):169

[7] 赵彦革.民用钢结构结构体系及节点形式的选型[D].北京:中国建筑科学研究院,2002:3

篇3

概念设计的宗旨是在特定的建筑空间及环境条件下, 用整体概念来考虑结构的总体方案, 并能有意识地发挥和利用结构总体系和各基本分体系之间的力学特性与关系。建筑物是一个整体空间结构, 各种构件以相当复杂的方式共同工作, 并不是脱离总的结构体系的单独构件。作为结构工程师, 不应过度依赖计算机和盲目照搬规范, 应把概念设计应用到实际工作中去。

1概念设计的定义

结构设计分为理论和概念设计。理论设计是结构工程师根据计算理论和规范, 在对结构进行计算模型的假设及受力状态的假定的前提下, 对结构进行计算分析, 得出数据式的结果, 然后利用结果进行设计。概念设计是指不经数值计算, 尤其在一些难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中, 依据整体结构体系与分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思想, 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。

在建筑设计的方案阶段, 从总体出发, 采用概念性近似计算方法, 能迅速、有效地对结构体系进行构思、比较和选择。这种方法虽有一定误差, 但概念清楚、定性准确、手算简单快捷, 能很快选择出最佳方案, 具有较好的经济、可靠性能, 同时也是施工图设计阶段判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

2概念设计的意义

概念设计的应用面非常广泛,几乎蕴含了所有的结构设计。在不确定因素多、受力状况变化较大的抗震设计、高层建筑设计、基础设计中, 概念设计的应用尤显重要和突出。

概念设计的重要性, 主要体现在三方面：一是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。为了弥补计算理论的缺陷, 或实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计, 都需要用概念设计来满足结构设计的目的。二是由于在方案设计阶段, 初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念, 选择效果最好、造价最低的结构方案。概念设计在设计人员中提得比较多, 但往往被人们片面地理解, 认为其主要是用于一些大的原则, 如确定结构方案、结构布置等。其实, 在设计中任何地方都离不开科学的概念作指导。三是由于计算机计算结果的高精度, 容易给结构设计人员带来对结构工作性能的误解, 过分地依赖于计算机和设计软件, 进行习惯性、传统的结构设计, 对计算结果明显不合理、甚至错误的地方不能及时发现, 使许多的建筑结构留下安全隐患因此, 概念设计在结构设计中具有重要的地位。

3 概念设计的一般原则

3.1合理选择结构方案, 形成良好结构体系

一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案,即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析, 并与建筑、水、电等专业充分比商, 在此基础上进行结构选型, 确定结构方案, 必要时还应进行多方案比较,择优选用。

要形成良好的结构体系, 要求结构构件在承载能力极限状态下能共同受力、共同变形、协同工作, 有相同的耐久性, 同时达到极限状态。还要正确处理基础与上部结构之间的关系, 必须把基础与上部结构视为一个有机的整体, 不能把二者割裂开来。

3.2恰当选用计算简图, 正确分析计算结果

结构计算是在计算简图的基础上进行的, 计算简图选用不当而导致结构安全事故屡有发生, 因此选择恰当的计算简图是确保结构安全的重要条件。计算简图应有相应的构造措施来保证。

由于软件种类繁多, 不同软件往往会导致不同的计算结果, 加之由于程序与结构某处实际情况不相符合、或人工输入有误、或软件本身有缺陷均会导致错误的计算结果, 因此工程师的知识、经验是不可缺少的, 工程师应全面了解程序的适用范围、技术条件等, 认真分析计算结果, 慎重校核, 做出合理判断, 不可迷信电脑。

4概念设计的应用

4.1抗震概念设计

地震具有难以把握的复杂性和动态变化的特点, 要准确地预见建筑物所遭遇的地震特性及详细参数, 是难以做到的。只有辅以准确的概念设计, 在宏观上对抗震结构进行控制，正确分析计算结果, 合理地对薄弱环节采取构造加强措施,才能在经济合理的前提下, 设计出抗震性能优良的建筑。为了保证建筑具有足够的抗震能力, 通过概念设计从宏观上控制结构的抗震性能应充分考虑以下环节：①选择对抗震有利的场地及地基, 避免地面变形的直接危害, 采取措施保证地基的稳定性。②进行合理的基础设计, 同一结构单元不宜设置在性质不同的地基土上, 不宜采用不同的基础形式, 设计时宜最大限度地发挥地基的潜力。③建筑物的体型应力求简单、规则、对称, 质量和刚度变化均匀, 以减少地震作用产生的变形、应力集中及扭转反应。④选择合理的结构体系, 抗侧力构件力求均匀对称, 设多道抗震防线, 避免局部出现薄弱部位, 要求结构布置受力明确, 传力简捷。⑤各类构件之间要有可靠的连接, 并具有必要的强度和变形能力, 从而获得整个结构良好的抗震性能。⑥强调结构空间整体性, 平面加强连接, 竖向确保足够的整体刚度。⑦重视对非结构构件的处理, 利用其对主体结构的有利影响, 避免不合理设置导致对主体结构的不利影响。⑧尽量减轻结构自重,减少地基土压力, 从而降低向建筑物传输的地震力。

4.2高层建筑结构概念设计

高层建筑结构概念设计中以下几个问题值得重视：①正确认识高层建筑的受力特点, 选择合理的结构类型。高层建筑的受力特点不同于低层建筑。高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构, 水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响, 水平荷载是结构设计的控制因素。结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度和足够的刚度, 使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。由于高层建筑的受力特点, 选择切实可行的结构类型是非常必要的。②正确选择合理的结构体系。由于高层建筑中抗水平力成为设计的主要矛盾, 因此采用何种抗侧力结构是结构设计的关键性问题。选择高层建筑结构抗侧力体系通常需要考虑的两个主要原因是建筑物的高度和用途。③选择合理的结构布置。结构布置的合理与否很大程度影响着建筑的使用、结构的经济性和施工的合理性。结构布置不当,常常造成薄弱环节, 引起震害。在结构布置时, 应加强结构的整体性及刚度, 加强构件的连接, 加强结构的薄弱部位和应力复杂部位的强度。④提高结构的抗震性能。由于高层建筑的受力特点不同于低层建筑, 因此在地震区进行高层建筑结构设计时, 除应保证结构具有足够的强度和刚度外, 还应具有良好的抗震性能, 结构必须具有一定的塑性变形能力来吸收地震所产生的能量, 减弱地震破坏的影响。

4.3基础中的概念设计

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Abstract: below the author connecting with the work practice, from several aspects, tall building structural design concept to pay attention to the issue.

Keywords:; Structure design; ;Design method; Structure system

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

对一个超高层建筑来说，与建筑相适应的结构体系、结构布置等概念设计不是绝对的，但合理的结构设计应该是惟一的。我们所要做的工作就是把一些互相制约的因素统一协调，以满足建筑物的安全性、适用性和耐久性的要求。

1结构设计特点

1.1重力荷载迅速增大

随着建筑物高度的不断增加重力荷载呈直线上升，作用在竖向构件柱、墙上的轴压力增加，对基础承载力的要求也更加提高。

1.2控制建筑物的水平位移成为主要矛盾

1.3效应成为不可忽视的问题

超高层建筑高宽比较大，侧向刚度相对较弱，水平位移量大（图2），重力与水平位移所产生的附加弯矩常常大于初始弯矩的10％，必须考虑重力二阶效应。

图1风荷载高度变化示意图2水平位移沿高度变化示意

1.4竖向构件产生的缩短变形差对结构内力的影响增大

竖向构件的总压缩量主要由受力变形、干缩变形和徐变变形三部分组成，对于全钢结构仅需考虑受力变形产生的缩短影响，对于钢混结构、钢组合结构、混凝土结构必须考虑干缩缩短和徐变缩短的影响。一般受力变形瞬时完成，其变形量可用胡克定律作近似计算；干缩变形完成的时间较长，据资料统计约为总压缩量的30％；徐变变形完成的时间更长，线性徐变可由公式简单计算；构件的总压缩量随着构件的高度H平均压应力的增加而加大。

超高层建筑的竖向构件不但H和较大，而且构件之间的压应力差也较大，因此设计中除了通过控制轴压比使竖向构件之间的压应力较接近外，对钢筋混凝土结构采取逐步将各层柱顶找平后再进行下一道工序的施工办法来减小变形差；对钢结构采取预留柱、墙压缩量的方法来减小变形差；总体结构分析时采取模拟施工方法，减小变形差对内力计算的影响。

1.5倾覆力矩增大，整体稳定性要求提高

建筑物高度的增加使得侧向力引起的倾覆力矩增大，抗倾覆要求提高。实际工程中常常采取增加基础埋深、加大基础宽度或采用抗拔桩基等措施来满足整体稳定性要求。

1.6防火、防灾的重要性凸现

超高层建筑多采用钢混结构和钢结构，而钢材耐热不耐火的特性更易加重某些次生灾害的发生，例如美国世贸中心的倒塌。一般紧急情况下高楼所需要的疏散时间较长，从顶层飞机救援的行动也常会受到各方面因素的制约，使得实施比较困难，因此防火、防灾的设计更为重要，目前关于防灾方面的具体要求我国还没有相应的规程可循。

1.7建筑物的重要性等级提高

超高层建筑常作为当地的标志性建筑，资金投入大，在政治、经济、文化中所起的作用重大，破坏影响较大、波及范围较广，不论其建筑类别均属于重要建筑，因此结构设计的可靠度要提高，一般情况下重要性系数取1.1，特殊情况下也可取1.2。

2结构设计方法

2.1减轻自重，减小地震作用

采用高强轻质材料（如全钢结构、幕墙围护、轻质隔断等），减轻结构自重，减小地震作用。

2.2降低风作用水平力

2.2.1减小迎风面积

正方形平面形式，横向迎风面最小；如计算对角线方向的迎风面宽，则圆形平面最小；在立面上适当位置开洞泄风（如上海环球金融中心大厦，风力降低更直接。

2.2.2降低风力形心

采用下大上小的立面体型，既减小高风压在高处的迎风面积，又降低风作用重心，使建筑物底部的倾覆总弯矩减小。同时下大上小的立面体型对建筑底部来说增大了抵抗矩，提高了稳定性，如巴黎的埃菲尔铁塔。

2.2.3选用体型系数较小的建筑平面形状

体型系数从小到大可选用下列平面顺序：圆形平面!正多边形平面!正方形平面，采用流线光滑的外形，避免凹凸多变的建筑形式，减小整体和局部风压的体型系数。

2.3减少振动，耗散输入能量

采用阻尼装置或加大阻尼比，减少振动影响，如台北国际金融中心大厦%$&。

选用耗能、减振的结构体系，如采用偏心支撑的钢结构具有耗能的水平段，采用橡胶支座可以减振等。

2.4加强抗震措施

2.4.1选用规则结构使建筑物具有明确的计算简图，合理的地震作用传递途径。

如采用圆形、正多边形、正方形等平面形状，可以使整体结构具有多向同性，避免强弱轴的抗力不同和变形差异。功能复杂的建筑常常是多种结构体系的综合，具体设计时应注意以下问题。

（1）结构平面形状尽可能对称。由于地震作用的方向具有随机性，风作用虽有主导方向，但最大值也具有随机性，因此选用具有对称性、多向同性布置的抗侧力结构体系，有利于形心和刚心的重合。

（2）竖向构件尽可能连续，避免抗侧力构件的间断，从而形成薄弱层、薄弱部位，对抗震不利。

（3）设置多道抗震防线，满足“大震不倒”的抗震设防要求。

（4）增加超静定次数，增加重要构件的传力线路，提高结构的抗震能力。赘余度的增多，可以使结构有更多的部位有机会形成塑性铰，吸收更多的地震能量。

（5）在满足强度、刚度要求的前提下，选择具有较好延性的结构材料，增加总体变形能力，增加结构耗能。

（6）建立整体屈服机制，避免失稳破坏，并做到强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强埋件弱连接设计；对容易失稳的结构，做到强支撑；对受弯构件，做到强压弱拉等。

2.4.2采用多个权威程序（如SATWE、TAT、SAP2000等）进行计算比较，通过动力时程分析，验证薄弱部位；对重要构件补充有限元分析计算，从而使计算的结论更为完整，结果更为可靠。

2.4.3进行小模型风洞试验，获取有关风载作用参数；通过振动台试验，获取有关地震作用参数。

2.4.4采用智能化设计，提高结构的可控性。应用传感器、质量驱动装置、可调刚度体系等和计算机共同组成主动控制体系，提供可变侧向刚度，控制结构的地震反应等。

2.4.5提高节点连接的可靠度，如钢结构节点的焊接处理，钢混结构中型钢、钢板与混凝土的连接等。

3结构材料选用

更轻、更强、更具有延性的材料是超高层建筑结构材料的首选。钢筋混凝土、型钢混凝土、钢管混凝土和纯钢材料都可作为结构构件的主要材料；而外墙围护多采用玻璃幕墙、铝合金幕墙、钢塑复合板材等；内部隔墙多为轻质隔断；楼屋面常选用压型钢板加混凝土面层，并在的钢承重构件表面加防火涂料。

4结构体系选用

更具整体性、更具多道抗震防线、更具延性的结构体系是超高层建筑结构体系的首选，工程中常用的结构体系有：

内筒外框或内筒外框并带角部小筒体（或角形墙）的结构体系，如深圳彭年广场（酒店部分），H=222m

内束筒外框架（巨型柱）并带多个加强层的结构体系，如台北国际金融中心大厦，H=508m（含塔尖部分）；

筒中筒结构体系，一般外筒为密柱筒，如前纽约世贸中心，H=412；

内筒外巨型框架加外斜撑结构体系，如上海环球金融中心大厦H=492；

束筒结构体系，如美国西尔斯大厦，H=443；

巨型框架、巨型桁架结构体系，如新加坡华侨银行，45层；

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我国结构计算理论从最早的经验估算发展到今天的概率极限状态理论，使得建筑结构的设计更加地经济适用、更加的科学合理以及符合先进的技术。但是该方法在运算的过程中只能视作近似概率法，因为它很难在实际中来正确估算建筑物的真正承载力。现在，人们在探究具体的空间结构体系上还存在着一定程度的局限性，在设计过程中大量采用的是假设和简化。作为一个优秀的结构工程师，不能毫无目的地把规范进行照搬照套，而应该是把它作为一种为实际项目设计中作出正确选择的参考。那么这就要求结构工程师把建筑物整体结构体系和各基本分体系之间的力学关系进行充分的认知，在实际项目设计中更好地运用概念设计的基本原理。

一、简述概念设计的含义

对于概念设计的定义，不同的人有不同的定义。劳毅（2008）认为概念设计主要是指不需要通过复杂的数据计算，运用简练清晰的文字建立一个结构模型，结合力学、结构破坏的原理、地震灾害等方面的知识，依据一些实验中经常出现的现象和工程实施中所获得的基本设计原则和思想，认真分析结构模型及计算结果，同时应该把结构实际能承受的受力状况和最初假设间的差异，设计模型的具体构造，从而使建筑物受力比较安全，均匀。然而郭志奇对于概念设计却有自己的独特理解，他认为概念设计就是先要从结构的总体方案出发，以人们对建筑结构的抗震能力方面的知识为依据，去解决在结构设计中可能会遇到建筑体型、结构体系和刚度分布等问题。为了达到抗震设计合理化的目的，我们应该从整体上进行评价、挑选等处理，通过一些必要的构造和计算措施来强化建筑物在抗震方面的薄弱环节。换而言之，概念设计需要在特定的空间和地理条件下，用全局的观点去看结构的总体方案，依据结构总体系和分体系的关系、结构破坏机制、地震等方面的知识，依据一些实验中经常出现的现象和工程实施中所获得的基本设计原则和思想，从而对建筑结构的总体布置和具体构造进行宏观控制。

二、概念设计在结构设计上应注意的几点事项

1. 把握好建筑物的刚度在建筑结构设计过程中起着至关重要的作用。在设计建筑结构时要合理的确定建筑物的刚度。如果建筑物的刚度太大，就会导致刚结构自振周期缩短，在遇到地震时建筑物所受的破坏后果就比较严重，同时也浪费了大量的材料。相反地，如果建筑物的刚度太柔的话，建筑物在遭受地震时会很容易发生扭曲变形，从而影响建筑物的正常使用周期。

2. 实现合理建筑结构的整体破坏机制。建筑结构的破坏主要表现为楼层破坏和整体破坏。因此，工作人员在设计中应该尽量去避免结构楼层发生破坏，因为这说明结构不够完善，还存在一定的薄弱环节。也就是说整个结构在其他构件还没来得及发挥他们的承载能力之前就已经被破坏。为了实现理想的建筑结构的设计，这就要求工作人员必须正确掌握塑性铰出现的顺序和位置。

3. 在抗震结构总体设计的过程中，必须要严格遵循等强度与耗能设计的原则。等强度和耗能设计原则是抗震结构设计要认真考虑的设计原则。在工作中一定要避免出现那些由于设计不全面或施工问题而造成在水平受力时主要承重结构被破坏的局面。在规划整体结构设计方案时，要尽量强化薄弱地方，尽量做到等强度。同时还要注意等强度设计的同时保证建筑结构具有一个良好的耗能系统。结构构造时应该多选择那些屈服应力具有局部性的，有较好延性的构件，这对于建筑物的抗震能力有很大的促进作用，不能选用主要承受竖向荷载的构件。

三、例谈概念设计在建筑结构设计中的实际应用

武汉市江夏区要完成这样一项项目：地上30层共105米，地下共2层，其中第2层为4级人防。该结构设计为超高层结构，框架―剪力墙结构体系。其中地上第二层有局部框架转换。结构的框架轴线尺寸有建筑本身确定，竖向荷载及粗估的水平地震作用效果确定梁柱截面尺寸，关键问题是剪力墙的数量和布置方法。这不仅是结构安全和技术经济合理性的重要指标，还体现出体系优越性的重要环节。因此，在设计方案阶段，结构工程师会以合适的刚度计算出剪力墙的面积，依据建筑本身要求在经济允许范围内设计出合理的方案。

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中图分类号：TU2文献标识码：A

随着我国经济的快速发展，中国的建筑领域也有了很大的发展，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的要求。

一、 概念设计的定义及其在建筑结构设计中的重要意义

随着社会的不断发展,人们生活水平逐渐提高,城市发展的需要,现代建筑向大规模和复杂化发展。结构分析计算软件在工程设计时应用较为广泛,结构工程师的当前的首要任务是如何解决计算模型的合理性和计算结果的可靠性,而概念设计是解决这类问题的关键。“概念”指的是“反映对象的本质属性的思维方式”是“人们通过实践,从对象属性,以其独特的属性概括而成”。在建筑结构中的设计概念是建筑结构各种情况下的一般规律。设计师应以概念设计理念贯穿结构的选型、计算、布置到细节处理的全过程，根据实际情况，总结实践经验，对遇到的问题，制定详细的措施，合理分析、及时的处理。概念设计包括的内容非常广泛，存在于设计师从主观上进行分析、判断和选择的地方。使用良好的概念设计,能使结构满足外部条件,并以最直接的方式对荷载进行传递,创造一个更安全、舒适的工作环境,并节省材料和金钱。因此,对于建筑结构的设计,充分掌握设计概念,掌控设计和计算的过程，检验计算结果的可靠性，对不可靠的结构进行调整，是现代建筑设计的本质，这样才能保证建筑工程正常的运行。

二、概念设计的原则及应用

（一）协同工作原则

概念设计的协同工作是指组件之间相互协作、配合工作，共同有效承担重量和外部的荷载，在对结构进行选择时，应注重协同工作的设计理念，特别是对于整体考虑结构的抗震工作尤其重要。地震是一种复杂的自然现象,对结构的地震破坏机理还不清楚,因为地震的破坏现象尚处于感性认识阶段,建筑物的抗震设计原则是一种近似的方法,所以对结构的抗震设计,协同工作应排第一位。比如抗震设计的框架结构,部分不得使用混合的砌体墙轴承。由于框架结构和砌体结构是两个完全不同的结构体系,两种结构体系采用的轴承材料的性质是完全不同的,前者采用的是钢筋混凝土,可以认为是韧性材料;后者是一个砖或块,是一种脆性材料,其抗侧刚度,变相的能力等,相差非常大,地震作用下无法进行协同工作。如果他们是在同一座楼里,地震破坏表明混合使用,而不是冲击缝分开,在地震发生的时候,侧向刚度大于框架砌体墙被首先破坏,导致框架内力显著增加,然后导致框架损伤甚至崩溃。

所以,在建筑结构概念设计的过程中,必须加大协同工作,使结构的侧向刚度均匀变化,避免侧向刚度和承载力的抗侧力结构突变,进而保证结构的抗震性能。

（二）务实性原则

概念设计的务实性是依据实际情况,按照科学、可行的方案,对建筑结构进行合理的设计，能够辨别概念的真伪，将合适的概念运用到合理的设计中去。例如:前面所提到的框架结构中不应采用部分由砌体墙承重的混合形式这一例子,框架中部分采用砌体墙承重,表面看上去框架结构属于柔性结构,砌体结构属于刚性结构,合用在一起,正好符合“刚柔相济”的思想,其实不然。在1976年,唐山大地震波及到天津市,该市有许多的办公楼和多层厂房采用砌体墙和框架结构混合承重,地震时承重砌体墙出现裂缝，局部屋顶、电梯间因采用砌体承重墙,不仅严重开裂,有的甚至严重破坏被甩出，无法保证结构的抗震性能。

因此，框架结构和剪力墙结构的结合能真正有效保证建筑结构整体稳定性能，是切实可行的。

（三）经济性原则

运用概念设计,在保证结构可靠性的前提下,对成本进行有效的控制，做到经济合理,以促进企业间的最终利益。

（四）合理受力原则

在进行结构概念设计时,运用力学原处理对结构构件的受力分析:①从受力和变形看，均匀受力比集中受力好，刚性连接比铰接好，空间作用比平面作用好，避免不明确的受力情况。受力和变形的分析,在对各部分构件直接受力的状态进行分析时,还应分析整体构件的宏观受力情况,利用结构的对称性和变形的连续性,抓住主要的受力情况和它所发生的变形。

（五）减轻自重原则

在使用道路的过程中,道路不断受荷载车辆作用,以至于路面弯曲变形,沥青混凝土路面,由于他们的粘弹性性能的材料不仅容易发生弹性变形,时间的长短根据负载发生延迟弹性变形和塑性变形。通过不断增加与减少负载过程中,不得超过极限压力,减少不可恢复的变形,增加弹性变形和加强路面密实度加强道路,如果单位压力太大,超过限度,会导致不可恢复的塑性发生变形,反复荷载的作用下,路面的纵向变形积累,逐渐发生垂直带状凹槽,就是车辙。车辙会大大影响到车辆运行,加快道路的破坏程度,并可以使用质量和服务水平的道路受到严重。所以,使用这些措施的维护,确保车辆的正常运行。

三、总结语

总而言之,在科技不断进步的今天,为适应现代建筑的不断发展,应加大对概念的设计,提高自身的专业技能和素养,不断积累经验,制定详细的方案与措施,发展先进的计算理论，不断加强计算机的应用，使概念设计优势充分发挥出来,满足使用者的要求,把建筑工程做到极致、完美,更放心、安全地投入到社会使用当中。

参考文献：

[1] 郭海燕 ,戴素娟 ,王子辉 .建筑结构抗震[M].机械工业出版社 ,2010.

[2] 高立人，王跃. 结构设计的新思路—概念设计[J].工业建筑，1999(1).

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Abstract: The author expounded the relevant contents of the conceptual design, and also analyzed the importance of the conceptual design for building structure design and its application, to provide reference for improving the design level of the building structure.

关键词 ： 概念设计；建筑结构；优化设计

Key words: conceptual design；building structure；optimal design

中图分类号：TU2 文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2015）06-0104-02

0 引言

建筑结构设计中应用概念设计是最新推出的一种建筑结构设计理念，由建筑结构设计通过理性的分析和感性的规划进行的综合运用，在建筑设计行业中运用概念设计，能够帮助设计师正确、合理地处理在建筑结构设计中可能会遇到的具体问题。越来越多的建筑设计师采用概念设计理念完成了众多的成功建筑案例，概念设计的理念被我国的建筑设计行业广泛地应用，特别是在智能建筑、高层建筑等要求高的建筑设计中发挥着巨大的作用。

1 概念设计及其重要性

简单说来，所谓概念是指你方案的根本出发点——比如你是要看场地内部的树或者外围的景色，或者其他的想法。设计的深入就是通过建筑的手法把概念实现和贯彻出来，特别是那些难以做出精确分析，并且难于规范的结构体系，是从工程经验中获得的一些宏观可行的设计角度。你想要的空间就是通过建筑的设计来体现的；所有的外观和细部的创意都是为了体现你的概念。从整体的角度来确定建筑结构的总体布局和设计重点，并能得出估算值，与实际相差不远，所得方案具有一定的经济可靠性，但又避免了繁琐的计算。

所谓概念设计指的是一个由粗到精、由模糊到清晰、由具体到抽象的不断提高和优化的过程。也就是在进行设计的过程中，以设计概念为主线，从而对全部的设计过程进行贯穿，整个设计过程较为完全、全面。同时通过设计概念，有效将设计者的瞬间思维、感性认识两者结合，使其统一上升至理性思维后完成设计。

2 建筑结构总体概念设计

2.1 建筑结构的对称性的重要性

高层建筑体系中，对称性主要是指抗侧力主体结构对称，在平面设计中。一般比较容易实现平面设计中简体框架结构、框架结构和剪力墙结构的对称。而在竖向结构布置中，无论是那些几何图形还是楼层刚度的相关的变化，对称性都应该是立面设计中最值得考虑的问题。不对称的布置会产生刚度以及强度上的突变，使得竖向的应力集中或者是变形集中，从而导致建筑在中小型地震中遭到了损坏、而在大震时就会面临倒塌的严重后果。对于L型、T型、S型等不对称的平面复杂结构，主要取决于建筑功能和设计风格和方向，但这种结构内部结构的基本对称也是可以实现的，结构工程师会对这样的平面做合理的结构布置。设计结构的不对称除了引起变形不利于抗力承重以外，也容易造成材料浪费，成本增加。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，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 合理的建筑结构体系选择

①概念设计应对建筑物结构体系有明确的简图和合理的抗震说明。②设计应对整体抗震能力和重力荷载有一定承载能力和防御能力，不能因为部分结构的破坏而影响整体结构。③结构体系宜具有合理的刚度。主体抗侧力结构的刚度合理是高层建筑结构设计的重要指标之一。1）主体抗侧力结构刚度过大，结构的基本自振周期缩短，地震作用加大，结构承受的水平力，倾覆弯矩加大，地基基础的负担加大，此时结构的截面和相应的构造配筋增加较大，不经济。2）主体抗侧力结构刚度过大，势必造成结构所占的面积，空间加大，影响建筑作用，降低建筑平面利用系数，不合理。

3 建筑结构的简化计算

3.1 科学选用结构方案 科学的结构方案包含结构体系以及结构形式的合理性，要确定结构体系的整体布置、抗震节点设计等。在设计时，建筑师对建筑体要求，材料，结构特征以及地质条件施工技术等做整体评估，并同施工方和业主方协商，简化计算，确定结构，拟定策略，方案结构的初选是概念设计的必选之路，也是切实可行的最简单快捷的方法。

3.2 使结构设计经济合理 住宅建筑越来越商品化，作为投资方总是希望利润最大化。由此在结构设计时不仅要满足“规范化计算”，而且还要在安全、符合现行国家规范前提下，从各个环节进行优化设计，多个方案做比较，使最终的成品要安全可靠、经济合理，节能节材，降低造价。概念设计通过对高层建筑简化计算，先确定主体抗侧力结构并合理规划楼层结构和截面，再通过电算对概念设计进行深化和精确，这样不仅能节省电算时间，结果也比较准确，从而使结构设计更加经济合理。

3.3 确保计算结果的准确性 现代基本上采用计算机软件设计建筑结构，这样的设计软件较多，往往各类软件计算的结果存在一定差异。因此，设计师不能太依赖软件，而应从实际出发，并根据自己多年的经验，对数据进行具体分析，并严格按照制度进行。

4 概念设计在建筑结构设计中的应用

4.1 平面设计 平面设计总图用来正确确定临时建筑及其他设施位置，以及修建工地运输道路和解决排水等所需的资料；一切已有和拟建的地下、地上管道位置。用来决定原有管道的利用或拆除以及新管线的敷设与其他工程的关系，并注意不能在拟建管道的位置上搭设临时建筑。

4.2 剖面设计 建筑剖面设计主要解决层高 （净高）、室内外高差、垂直交通（楼梯的竖向布置）这三个问题。是建筑师对建筑物内部的处理，结构工程师能够在剖面图中得到更为准确的层高信息及局部地方的高低变化，剖面信息直接决定了剖切处梁相对于楼面标高的下沉或抬起，又或是错层梁，或有夹层梁，短柱等，对剖面的设计能直观的反应设计要点。

4.3 建筑基础设计 建筑基础设计不仅与地基相互作用，也牵涉到上部结构的稳定性。要考虑到地区的原始材料，如气候问题，交通、公共排水沟，易燃易爆妨碍人体健康的设施布置等。也要考虑到建筑地域的竖向资料和土方平衡，用来解决水、点管线的布置和土方的填挖，取土、弃土位置，还要考虑到楼层材料和承重力，控制高低层的沉降差很重要，地基沉降量不能过大，过深。依附于天然地基的建筑，低层一般采用双向条形或单独地基，若高低层不分开，应确保地基条件好，或者直接采用桩基，地下室有直通要求或上部结构层数差别大，必须做成整体基础就可采用这种形式。通往地下车库的通道应平行于外壁，便于铺设防水层，也能保证高层建筑的整体连接。

5 结束语

总而言之，概念设计是建筑结构设计中不可或缺的一部分，建筑设计人员在进行结构设计时，应该重视相关结构的概念设计，而不是仅仅依靠先进的计算机技术来进行设计，充分利用自身的设计经验和实践实际，不断提升自身的设计专业技能，才能不断提高概念设计的水平，从而提升建筑结构设计的品质。

参考文献：

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Abstract: describes the meaning of building anti-seismic concept design, analyzes the concrete high-rise building structure design more attention should be paid to the cause of the concept design, and elaborated on aseismic conceptual design of the basic content, points out the problems that should be paid attention to concept design, in order to perfect the high-rise building structure design, improve the design personnel design level.

Keywords: high-rise building; Seismic design; Concept design

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

建筑抗震设计可分为计算、构造、概念设计三部分，一般结构工程师都重视计算和构造两个方面，而常常忽视概念设计在抗震设计中的重要性。其实从20世纪70年代以来，人们在总结大震灾害经验中发现：对结构抗震设计来说，“概念设计”远比“计算设计”更重要。然而抗震概念设计的重要性和丰富内涵往往在严格的规范规定和一体化的程序设计中被淡化了。历次地震表明：如果概念设计不利于抗震，那么不论计算多“精密”，也常常无济于事；如果概念设计非常成功，建筑物往往能承受大大超过计算时的抗震烈度而安然无恙。

建筑抗震概念设计是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。概念设计涉及从方案、结构布置到计算简图的选取，从截面配筋到构件构造配筋都存在概念设计的内容。

2 高层建筑结构抗震概念设计的重要性

在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据．但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，因此必须非常重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证。高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性、结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计计算结果（尤其是经过实用简化后的计算结果）与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

3 高层建筑结构抗震概念设计的主要内容

3.1 结构刚度的选择

对于高层建筑抗震设计，结构刚度的选择，应该结合结构的具体高度、 体系和场地条件进行综合判断， 刚度大则结构地震作用大，要求较大的构件尺寸和钢材用量也不经济。如果结构偏柔性则地震作用小，但是变形较大。因此，要以变形作为控制因素，将变形控制在规范许可的范围内，要使结构有足够的刚度，设置部分剪力墙的结构有利于减小结构变形和提高结构承载力；同时，应根据场地条件来设计结构，硬土地基上的结构可以柔一些，软土地基上的结构可以刚一些。通过改变高层建筑结构的刚度调整结构的自振周期，使其偏离场地的卓越周期。

3.2 结构平面布置原则

抗震结构平面布置宜简单、规则，减少突出、凹进等复杂平面，但是，更重要的是结构平面布置时要尽可能使平面刚度均匀，减少地震作用下的扭转。扭转对结构的危害很大，减少结构扭转引起的破坏一般从两个方面入手：（1）减少地震引起的扭转；（2）增加结构抵抗扭转的能力。平面刚度是否均匀是地震造成扭转破坏的重要原因，而影响刚度是否均匀的主要因素是剪力墙的布置，剪力墙集中布置在结构平面的一端是不好的，大刚度抗侧力单元偏置的结构在地震作用下扭转大，对称布置剪力墙有利于减少扭转。周边布置剪力墙，或周边布置刚度很大的框筒，都是增加结构抗扭刚度的重要措施，有利于抵抗扭转。

3.3 结构竖向布置原则

结构宜做成上下等宽或由下而上逐渐减小的体型，更重要的是结构的抗侧刚度应当沿高度均匀， 或沿高度逐渐减小。竖向刚度是否均匀，也主要涉及剪力墙的布置。框支剪力墙是典型的沿高度刚度突变的结构，它的主要危险在于框支层的变形大，框支层总是表现为薄弱层，全部由框支剪力墙组成的结构几乎不可避免地遭受严重震害。通常引起竖向刚度不均匀的情况还有：在某个中间楼层抽去剪力墙，或在某个楼层设置刚度很大的实腹梁作为加强或转换构件，楼层的刚度突然减小或突然加大都会使该层及其附近楼层的地震反应发生突变而产生危害。

3.4 应有意识地加强薄弱环节

(1) 结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析(而不是承载力设计值的分析)是判断薄弱层的基础。

(2) 要使楼层的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

(3) 要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、承载力的协调。

(4) 在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

3.5 加强结构的延性

在“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下，钢筋混凝土结构都应该设计成延性结构，即在设防烈度地震作用下，允许部分构件出现塑性铰，这种状态是“中震可修”状态；当合理控制塑性铰部位、构件又具备足够的延性时，可做到在大震作用下结构不倒塌。高层建筑各种抗侧力体系都是由框架和剪力墙组成的，作为抗震结构都应该设计成延性框架和延性剪力墙。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件，强底层柱”的原则，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3.6 结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，使其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之问寻找一种较好的匹配关系。

3.7 设计多道设防结构

（1）超静定结构

静定结构是只有一个自由度的结构，在地震中只要有一个节点破坏或一个塑性铰出现，结构就会倒塌。抗震结构必须做成超静定结构，因为超静定结构允许有多个屈服点或破坏点。将这个概念引申，抗震结构不仅是要设计成超静定结构，还应该做成具有多道设防的结构。第一道设防结构中的某一部分屈服或破坏只会使结构减少一些超静定次数。同时要注意分析并控制结构的屈曲或破坏部位，控制出铰次序及破坏过程。有些部位允许屈服或允许破坏，而有些部位则允许屈服，不允许破坏，甚至有些部位不允许屈服。例如，带连梁的剪力墙中，连梁应当作为第一道设防，连梁先屈曲或破坏都不会影响墙肢独立抵抗地震力。

（2）双重抗侧力结构体系

双重抗侧力结构体系是可能实现多道设防结构的一种类型，而且双重抗侧力结构的抗震性能较好。这里提出的双重抗侧力体系的特点是，由两种变形和受力性能不同的抗侧力结构组成，每个抗侧力体系都有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接协同工作，共同抵抗外力。特别是在地震作用下，当其中一部分结构有所损伤时，另一部分应有足够的刚度和承载力能够共同抵抗后期地震作片用力。在抗震结构中设计双重抗侧力体系实现多重设防，才是安全可靠的结构体系。

4 小结

由于地震的随机性和高层建筑的复杂性，增加了高层建筑抗震设计的难度。如果想简单的依靠数值计算来解决现实中的抗震问题是不现实的。因此，越来越多的人把目光投向了抗震概念设计，借助抗震概念设计，可以避免设计人员陷入盲目计算，使其明确抗震设计思想，恰当应用抗震设计原则，从而合理的进行高层建筑结构的抗震设计。

参考文献：

高层建筑结构方案优选[M]. 北京:中国建筑工业出版社,1996.林同炎,S. D. 思多台斯伯利. 结构概念和体系. 中国建筑工业出版社

建筑抗震设计规范( GB 50011 - 2010 ) [ S ] . 北京: 中国建筑工业出版社, 2010

高层建筑混凝土结构技术规程( JGJ3 - 2010) . 北京: 中国建筑工业出版社, 2010

篇9

对于工业建筑而言，其结构设计合理与否，不仅决定着工业建筑建设质量，也影响着工业建筑建设资金投入。只有科学的设计，工业建筑结构才会合理，与生产活动和工艺要求等相适应。工业建筑与民用住宅建筑不同，其结构设计更复杂，安全性要求更高，要适应生产活动和工艺要求。介于此，进行工业建筑结构设计的复杂性与安全性分析是必要的，利于加深对工业建筑结构的认识。

1工业建筑简述

1.1概念

工业建筑，指的是提供人民从事各类生产活动的建筑物或构筑物[1]。其中，构筑无有烟囱、水塔等，建筑物有化工厂房、纺织厂房、医药厂房等各类型厂房。

1.2特点

工业建筑主要特点：（1）要有足够的面积和空间；（2）符合生产工艺要求，安全性要求很高；（3）具体的生产活动不同，工业建筑结构形式也不同，要根据生产活动及其特点进行结构设计；（4）屋面排水、通风、采光及构造处理等方面复杂性较高。

2工业建筑结构设计的复杂性与安全性

2.1结构选型

由于工业厂房建成后的使用用途不同，不同的工业厂房，其生产工艺等方面要求是不同的[2]。所以，进行工业厂房结构选型时，要充分考虑工业厂房的使用用途、施工条件等因素，不仅要使用材质好、寿命长的材料，还要确保建成后的工业厂房结构能够灵活的适应的生产容量等方面变化。下面对工业建筑常用的结构形式进行了分析：第一，钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构，具有建材采购方便、施工便利、耐火耐蚀、现场建筑、成本低等优势。而且，按照这种结构建造出来的建筑，有着很广的适用性，很多厂房都采用钢筋混凝土结构。第二，钢结构。钢结构一般采用工业化体系建设，工期短、成本低、施工方便，且适用于大跨度、大空间的工业厂房。但是受材质限制，这种结构防火、防腐蚀性能较差，如果工业建筑采用这种结构类型，必须注重防火、防腐蚀方面设计。从以上内容可以看出，一般情况下，工业建筑结构建议采用钢筋混凝土结构，因为这种建筑结构优势明显，不需要特别注意防火、防腐蚀方面的设计，安全性较高。但是如果是大跨度、大空间、振动较大的工业建筑，适宜采用钢结构。

2.2平面布置

确定工业建筑选址后，以生产工艺流程为依据进行建筑总平面设计，合理确定各分区、竖向设计、公用设施等[3]。进行工业建筑总平面布置时，除了以生产工艺流程为依据外，还要考虑职工生活用户、生产经营管理用房、福利设施用房，以及污染问题，按照全局角度考虑平面布置。为了确保总平面布置的合理性，设计者可以采用计算机软件辅助设计，如建筑信息模型，基于同一模型设计多种设计方案，优选出最佳平面布置方案。

2.3生产工艺要求

建造后的工业建筑是用于生产活动的，为了生产活动的正常运作，工业建筑结构设计必要以生产工艺为依据，将生产工艺和生产活动做出结构设计的出发点，这样才能保证工业建筑结构设计合理。对于工业建筑而言，其生产工艺要求主要体现在三个方面：（1）生产流程。生产流程影响着各部门、各工段平面的次序和相关关系；（2）运输方式及工具。运输方式及工具影响着工业建筑结构类型选用、平面布置等设计工作；（3）生产特点。生产活动具有污染、易燃易爆等特点，做好生产环境、防腐蚀等方面的设计工作。

2.4防腐蚀设计

工业建筑建成投入使用后，受生产工艺和生产活动影响，生产过程中经常使用或产生酸碱盐类物质，容易腐蚀建筑物。所以，进行工业建筑结构设计时，要特别注重防腐蚀设计。第一，选用防腐性能好的材料，或对建材采用防腐措施。如，门窗使用木质、塑料、玻璃钢等防腐性能好的材料；金属挂件涂抹耐腐蚀的涂料，在金属表面形成防腐层；地面采用沥青混凝土、花岗岩等材料。第二，结构构件采用钢筋混凝土材质，同时是混凝土表面涂抹耐腐蚀的涂料。如果结构构件使用钢材，务必要做好防腐蚀措施，必须在钢表面涂抹环氧树脂漆等材质的防腐蚀涂料。第三，带有腐蚀性的生产活动要集中布置在下风侧或水流的下游，限制酸碱盐类物质腐蚀工业建筑结构。

2.5防震设计

防震设计是关键的，它在工业建筑结构设计上占据首要位置，因为它直接决定着工业建筑后结构的安全性。根据我国相关规定，工业建筑方防震设计要求比较高，如果不能达到安全性要求，一旦遭受意外的冲击振动，所造成的后果是严重的，特别是生产活动具有易燃易爆特点的，危及工业建筑区内及周围范围内的人员生命安全。因此，进行工业建筑结构设计时，必须合理进行防震设计，符合抗震要求。当工业建筑结构规则、对称，整体性比较好时，按照工业建筑结构及其抗侧力结构进行抗震设计；当工业建筑结构整体性比较差使，要按照工业建筑结构抗震设计要求采用相应的加强措施，增强工业建筑结构的抗震性；当工业建筑厂房的结构高差比较大时，必须将生产用房与生活用房、管理用房等分开来布置，并分开相邻的抗震缝，便于提高结构的抗震性。此外，抗震缝两侧要布置墙等构件，并按照设计要求合理控制抗震缝宽度。

3结论

综上所述，工业建筑不同于民用住宅建筑，其结构设计具有较高的复杂性与安全性。为满足工业建筑结构设计的复杂性与安全性要求，要认真的进行工业建筑结构选型、总平面布置、防腐蚀设计、防震设计等工作，使工业建筑结构设计符合生产工艺要求，满足建造后的使用用途，达到相关设计标准。

参考文献：

[1]潘绍洁.工业建筑结构设计的复杂性及安全性[J].科技展望,2016(07):33.

篇10

中图分类号：TU2

地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。结构的抗震设计应该是综合概念设计、计算和结构措施等完整的一系列设计 。

1 建筑的抗震概念设计

所谓“建筑抗震慨念设计”是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，依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。掌揖了抗震概念设计，有助于明确抗震设计思想，灵活、恰当地运州抗震设计原则，使设计人员不至于陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理地进行抗震设计。

2 高层建筑结构设计更应重视概念设计

在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，因此必须非常重视慨念设计。从某种意义上讲，慨念设计至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证．高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计算结果(尤其是经过实刚简化后的计算结果) 与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

3 高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容

3．1 首先应重视高层建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震慨念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案．合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称， 为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多闪素的综合要求。“规则建筑”体现在体形(平面和立面的形状)简单；抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀；平面布置基本对称。

3．2 结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之问寻找一种较好的匹配关系。

3．3 设计多道设防结构

3．3．1 超静定结构

静定结构是只有一个自由度的结构，在地震中只要有一个节点破坏或一个塑性铰出现，结构就会倒塌。抗震结构必须做成超静定结构，因为超静定结构允许有多个屈服点或破坏点。将这个概念引申，抗震结构不仅是要设计成超静定结构，还应该做成具有多道设防的结构。第一道设防结构中的某一部分屈服或破坏只会使结构减少一些超静定次数。同时要注意分析并控制结构的屈曲或破坏部位，控制出铰次序及破坏过程。有些部位允许屈服或允许破坏，而有些部位则足允许屈服，不允许破坏，甚至有些部位不允许屈服。例如，带连梁的剪力墙中，连梁应当作为第一道设防，连梁先屈曲或破坏都不会影响墙肢独立抵抗地震力。

3．3．2 双重抗侧力结构体系

双重抗侧力结构体系是可能实现多道设防结构的一种类型，而且双重抗侧力结构的抗震性能较好。这里提出的双重抗侧力体系的特点是，由两种变形和受力性能不同的抗侧力结构组成，每个抗侧力体系都有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接协同工作，共同抵抗外力。特别是在地震作用下，当其中一部分结构有所损伤时，另一部分应有足够的刚度和承载力能够共同抵抗后期地震作片用力。在抗震结构中设计双重抗侧力体系实现多重设防，才是安全可靠的结构体系。

3．3．3 总结构体系与基本分结构体系

1972年12月23日尼加拉瓜首都发生强烈地震，1万多栋楼房倒塌。林同炎公司1963年设计的美州银行大楼，虽位于震中，承受比设计地震作用0．06g大6倍的地震0．35g而未倒塌，引起世界同行的高度重视。众所周知，建筑物在地震作用下的运动与由风引起的位移是不同的，在强烈地震作用下，结构会在任意方向变形。在高层建筑中，这种变形更为复杂。当然主要是第一振型，同时也包括具有鞭梢效应的第二、第三振型，变形量很大。所以设计者主要考虑的是如何避免就其结构同有特征会引起倒塌的过大变形。再则，设计高层结构所考虑抗风与抗地震要求的出发点往往是矛盾的。刚度大的结构对抗风荷载有利，动力效应小；反之，较柔的结构有利于抗震。所以要设计一个抗风及抗震性能都很好的高层结构不很容易。林同炎教授的设计思想是设计一个由4个柔性筒组成的，具有很大抗弯刚度的结构总体系。在抗风荷载及设防烈度的地震作用下表现为刚性体系。当遇到罕见的强烈地震时，通过控制各分体系(柔性筒)之间的联接构件(钢筋混凝土连梁)的屈服、破坏，而变成具有延性的结构体系，即各分体系独立工作，则结构的自振周期变长，阻尼增加，即使超出弹性极限，仍持有塑性强度，可做到摇摆而不倒塌。地震后的实地观察，证明其设计思想是正确的，正如预料的那样，联梁的混凝土剥落，粱中有明显裂缝。但4个柔性筒的本身均无裂缝，筒壁仍处于弹性阶段。

3．4 抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件

延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。在“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构应设计成延性结构。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形加大，但结构承受的地震作用不会直线上升，也就是说，结构是用它的变形能力在抵抗地震作用。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件，强底层柱”原则，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3．5 应有意识地加强薄弱环节

(1)结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析(而不是承载力设计值的分析)是判断薄弱层的基础。

(2)要使楼层(部位)的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(部位)的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性

变形的集中。

(3)要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、承载力的协调。

(4)在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

4 做好高层建筑结构概念设计还应注意的问题

(1)结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防来选择合理的结构类型。

(2)不同结构体系在竖向荷载、风荷载及地震力作用下的受力特点。

(3)风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。

(4)结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部位和薄弱环节。

(5)预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。

(6)场地选择、地基基础设计及地基变形对上部结构的影响。