1 概念設(shè)計的意義

　　概念設(shè)計的應(yīng)用面非常廣泛，幾乎組含了所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在不確定因素多、受力狀況變化較大的抗震設(shè)計、高層建筑設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計中，概念設(shè)計的應(yīng)用尤顯重要和突出。

　　概念設(shè)計的重要性，主要體現(xiàn)在三方面：一是因為現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性。為了彌補計算理論的缺陷，或?qū)崿F(xiàn)對實際存在的大量無法計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計，都需要用概念設(shè)計來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的。二是由于在方案設(shè)計階段，初步設(shè)計過程是不能借助于計算機來實現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，選擇效果最好、造價最低的結(jié)構(gòu)方案。概念設(shè)計在設(shè)計人員中提得比較多，但往往被人們片面地理解，認(rèn)為其主要是用于一些大的原則，如確定結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)布置等。其實，在設(shè)計中任何地方都離不開科學(xué)的概念作指導(dǎo)。三是由于計算機計算結(jié)果的高精度，容易給結(jié)構(gòu)設(shè)計人員帶來對結(jié)構(gòu)工作性能的誤解，過分地依賴于計算機和設(shè)計軟件，進(jìn)行習(xí)慣性、傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對計算結(jié)果明顯不合理、甚至錯誤的地方不能及時發(fā)現(xiàn)，使許多的建筑結(jié)構(gòu)留下安全隱患。因此，概念設(shè)計在結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有重要的地位。

　　2 總體指標(biāo)控制

　　計算判斷結(jié)構(gòu)抗震是否可行的主要依據(jù)是在風(fēng)荷載和地震作用下水平位移的限值 ;地震作用下，結(jié)構(gòu)的振型曲線，自振周期以及風(fēng)荷載和地震作用下建筑物底部剪力和總彎矩是否在合理范圍中，總體指標(biāo)對建筑物的總體判別十分有用。若剛度太大，周期太短，導(dǎo)致地震效應(yīng)增大，造成不必要的材料浪費;但剛度太小，結(jié)構(gòu)變形太大，影響建筑物的使用。合理的剛度是多少，建議對于小高層住宅取 μ/H=1/2 500～1/3500，剛重比在10～15之間是比較合理的。周期約為層數(shù)的0.06倍～0.08倍之間。而對結(jié)構(gòu)布置扭轉(zhuǎn)的控制：在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍。建議對于頂層構(gòu)件可不考慮在內(nèi)，否則很難滿足上述指標(biāo)。

　　另外，地震效應(yīng)是與建筑物質(zhì)量成正比，減輕房屋 自重是高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效措施。高層建筑中質(zhì)量大了，不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大，還由于地震作用傾覆力矩大，對豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力，P-△效應(yīng)造成附加彎矩更大。

　　因此，在小高層建筑房屋中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜采用高強度材料，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和圍護(hù)墻體應(yīng)用輕質(zhì)材料。減輕房屋自重，既減小了豎向荷載作用下構(gòu)件的內(nèi)力，使構(gòu)件截面變小 ，又可減小結(jié)構(gòu)剛度與地震效應(yīng)，不但能節(jié)省材料，降低造價，還能增加使用空間。

　　3 基礎(chǔ)設(shè)計

　　研究地基基礎(chǔ)對建筑抗震能力的影響 ，作出恰當(dāng)?shù)倪x擇，已成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要部分，基礎(chǔ)是房屋的根基，是房屋中極為重要的組成部分，一幢房屋如果沒有一個堅實可靠的基礎(chǔ)，再好的上部結(jié)構(gòu)也不可能正常發(fā)揮其作用，甚至可能導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的破壞與傾斜。

　　目前的小高層由于考慮埋置深度的要求，一般均設(shè)置地下室。如何對基礎(chǔ)進(jìn)行合理選型，將對整個地下室設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響。例如，某工程，上部十八層帶一地下室，根據(jù)勘察報告，采用φ400預(yù)應(yīng)力管樁，樁長25m，單樁承載力特征值 Ra =900kN，樁長34m，單樁承載力特征值 Ra=1300kN。采用25m 樁需要290根，采用34 m樁需要 200根。從樁本身比較兩種方案.總的樁延米數(shù)量相當(dāng)，但采用25m樁為滿堂布置，筏板厚需l000 mm，而采用34m樁為墻下布置，筏板可減至 700mm，經(jīng)濟(jì)性明顯。因此，認(rèn)為基礎(chǔ)選型應(yīng)作方案比較，才能選定經(jīng)濟(jì)合理的方案。而對于筏板厚度的取值，則應(yīng)考慮樁沖切、角樁沖切、墻沖切及板配筋等多方面的因素。

　　另外，筏板長度的設(shè)置也須研究探討，由于考慮地下室的使用合理性，常規(guī)采用設(shè)置后澆帶來解決底板超長引起的收縮及溫度裂縫，后澆帶的作用是明顯的，但也給施工帶來了不少麻煩，甚至由于處理不當(dāng)而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長寬均達(dá)100 m以上，中間就設(shè)置幾條后澆帶,也沒有其他措施，這樣是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>

　　4 剪力墻設(shè)計

　　1)布置：剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質(zhì)心和剛心趨于重合，且x，y兩向的剛重比接近。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)避免一字形剪力墻，若出現(xiàn)則應(yīng)布置成長墻(h/ω>8);應(yīng)避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無法避免，則剪力墻相應(yīng)部位應(yīng)設(shè)置暗柱，當(dāng)梁高大于墻厚的2.5倍時，應(yīng)計算暗柱配筋 ，轉(zhuǎn)角處墻肢應(yīng)盡可能長，因轉(zhuǎn)角處應(yīng)力容易集中，有條件兩個方向均應(yīng)布置成長墻;規(guī)范中對普通墻及短肢墻的界定是墻高厚比8倍以下為短墻，大于 8倍則為普通墻 ，這就引起高厚比為7.9倍及 8.1倍 的兩種墻的受力特性截然不同，而配筋亦大相徑庭，這顯得比較機械而不合理，因此建議布置長墻時高厚比能大于8.5。

　　2)配筋及構(gòu)造：對于小高層住宅來說 ，剪力墻是面廣量大的，因此合理的控制剪力墻配筋對于結(jié)構(gòu)安全及工程的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的作用。

　　剪力墻墻體配筋(以200厚墻體為例)一般要求水平鋼筋放在外側(cè)，豎向鋼筋放在內(nèi)側(cè)。配筋滿足計算及規(guī)范建議的最小配筋率即可。建議加強區(qū) (φ10@200，非加強區(qū)φ8@200雙層雙向即可，雙排鋼筋之間采用φ6@600×600拉筋，但地下部分墻體配筋則另當(dāng)別論。因為地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產(chǎn)生的側(cè)壓力控制，而由于簡化計算經(jīng)常由豎向筋控制，此種情況下為增大計算墻體有效高度，可將地下部分墻體的水平鋼筋放在內(nèi)側(cè)，豎向鋼筋放在外側(cè)。地下部分墻體鋼筋保護(hù)層按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定：迎水面保護(hù)層應(yīng)大干50mm，且在保護(hù)層內(nèi)按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第9.2.4條規(guī)定增設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)片。在這種情況下 ，很多設(shè)計人員在進(jìn)行外墻裂縫驗算時有效截面高度仍按保護(hù)層50mm計算是不妥當(dāng)?shù)摹．?dāng)采取了雙向鋼筋網(wǎng)片后，計算保護(hù)層厚度至少可按 30 mm來取值，這對節(jié)省墻體配筋效果相當(dāng)明顯。

　　剪力墻按規(guī)范應(yīng)設(shè)置邊緣構(gòu)件，一、二級抗震設(shè)計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應(yīng)設(shè)置約束邊緣構(gòu)件;其余剪力墻應(yīng)按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第 7.2.17條設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。現(xiàn)就構(gòu)造邊緣構(gòu)件的配筋作一點討論。

　　首先要區(qū)分剪力墻的受力特性及類別，即：普通剪力墻(長墻)，短肢剪力墻 ，小墻肢和一個方向長肢墻而另一方向?qū)俣讨珘韰^(qū)別對待配筋。對于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強區(qū)0.7%，一般部位 0.5%;對于短肢剪力墻，應(yīng)按高規(guī)第7.1.2條控制配筋率加強區(qū)1.2%，一般部位1.0%;對于小墻肢其受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按高規(guī)控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率加強區(qū)1.2%，一般部位 1.0%;而對于一個方向長肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計中往往就按長肢墻進(jìn)行暗柱配筋，這并不妥當(dāng)，建議采取以下兩種方法：

　　1)計算中另一方向短肢不計入剛度，則配筋可不考慮該方向短肢影響;

　　2)計算中短肢計入剛度，則配筋中應(yīng)考慮該方向短肢的不利影響。建議該短肢配筋率適當(dāng)加強，可參考短肢墻加強區(qū)1.0%，一般部位0.8%。

　　剪力墻中的連梁跨度小，截面高度大，在地震作用下彎矩、剪力很大，有時很難進(jìn)行設(shè)計，如果加大連梁高度，配筋值有時反而更大。連梁高度一般是從洞頂算到上一層洞底或從洞頂算到樓面標(biāo)高。對于門洞，上述所示情況梁的高度是一樣的;但對于窗洞，連梁高度如果從窗洞算到上一層窗底，有時則高度太高，這樣高跨比太大，并且與計算圖形不符，相應(yīng)配筋亦較大，不合理。建議連梁高度計算與設(shè)計統(tǒng)一規(guī)定從洞頂算到樓板面或屋面，對于窗洞樓面至窗臺部分可用磚或其他輕質(zhì)材料砌筑。對于窗臺有飄窗時，可再增加一根梁，兩根梁之間用磚填充。連梁配筋應(yīng)對稱配置，腰筋同墻體水平筋。

　　目前，各設(shè)計院在剪力墻的樓層處均設(shè)置暗梁 ，而對暗梁的作用及配筋亦各有理解。對于框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，如剪力墻周邊僅有柱而無梁時，則設(shè)置暗梁，并且要求剪力墻兩端是明柱，這是因為周邊有梁柱的剪力墻，抗震性能比一般剪力墻要好。剪力墻結(jié)構(gòu)則沒有這方面的要求，在墻板交接處設(shè)置暗梁對加強墻體整體性作用還是有的，但究竟有多大則無從確定。因此認(rèn)為，就目前而言，在樓層位置設(shè)置暗梁是可行的，但沒有必要設(shè)置太大斷面及配筋，建議底部 加強區(qū)斷 面可取墻厚×300，配筋上下各2φ16，一般部位斷面可取墻厚×250，配筋上下各2φ14即可。

　　5 結(jié)束語

　　小高層設(shè)計時，做好概念設(shè)計，根據(jù)房屋的建造地點，平立面體形，層數(shù)多少，在滿足安全性、耐久性與舒適性要求的前提下采用合理的結(jié)構(gòu)體系。在構(gòu)件設(shè)計中精打細(xì)算，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范構(gòu)造要求對于整個建筑物，保證安全，降低造價影響巨大，這也是在今后設(shè)計中應(yīng)該不斷提高和改進(jìn)的。

　　[參考文獻(xiàn)]

　　[1] 牛慧娟，馬小龍.淺議建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計[J]，內(nèi)江科技，2008，(02)，67.