摘要：2008 年5 月12 日，在我國四川發(fā)生了汶川8 級大地震，造成了大量人員傷亡和建筑物毀壞、倒塌，學(xué)校、醫(yī)院、通訊大樓等“生命線”建筑也難逃劫難。不論磚混砌體結(jié)構(gòu)，還是混凝土框架結(jié)構(gòu)等均遭到了比較嚴(yán)重的毀壞。通過對損壞建筑的分析后，筆者認(rèn)為多數(shù)房屋的毀壞跟其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有很大的直接關(guān)系，為了提醒廣大的設(shè)計(jì)人員在今后的工作中避免出現(xiàn)不合理的設(shè)計(jì)，在此對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要說明。

　　關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu); 設(shè)計(jì); 概念設(shè)計(jì)

　　Abstract：In May 12, 2008, China's Sichuan earthquake occurred in Wenchuan in 8, have caused a large number of casualties and destruction, collapse, school, hospital, the communication building, "lifeline" building can not escape the disaster. Regardless of brick masonry structure, or concrete frame structure was relatively serious damage. Based on the analysis of damaged buildings, the author thinks that the majority of damage to the building and its structural design is very direct relation, in order to remind the majority of design work in the future to avoid unreasonable design, on the conceptual design of building structure are introduced briefly.

　　Key words：Building structure;Design;Concept design

　　中圖分類號：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

　　一、概念設(shè)計(jì)的重要性

　　建筑的概念設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程了起著舉足輕重的作用，一幢建筑物的設(shè)計(jì)，如果沒有事先經(jīng)過全盤正確的概念設(shè)計(jì)，以后的計(jì)算模式再準(zhǔn)確、計(jì)算再精確、配筋再合理，也不可能是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、合理的優(yōu)秀設(shè)計(jì)工程。所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該及早介入建筑的概念設(shè)計(jì)。住宅設(shè)計(jì)無論是多層磚混或和框架剪力墻結(jié)構(gòu)，都不同于以往的靜力設(shè)計(jì)，必須從抗震的角度，采用二階段設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)三個(gè)水準(zhǔn)的設(shè)防要求。為此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須及早介入建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，否則，將會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，給以后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來難度。為在建筑物的方案設(shè)計(jì)階段正確把握建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，應(yīng)對不同形式的住宅建筑，掌握各自概念設(shè)計(jì)中容易疏忽的要點(diǎn)。因此，結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)主要是重視規(guī)范及規(guī)程中有關(guān)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的各條規(guī)定，不至于陷入只憑計(jì)算的誤區(qū)。若結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不規(guī)則，整體性差，則僅按目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算水平，難以保證結(jié)構(gòu)的安全，而且十分不經(jīng)濟(jì)。

　　概念設(shè)計(jì)的原則：1、 結(jié)構(gòu)的簡單性：指結(jié)構(gòu)在地震及其他荷載作用下具有明確的和直接的傳力途徑，便于建立完整、準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。2)、結(jié)構(gòu)的規(guī)則性和均勻性：建筑平面規(guī)則、平面內(nèi)結(jié)構(gòu)布置宜規(guī)則、對稱、均勻、減少偏心，使建筑物分布質(zhì)量產(chǎn)生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質(zhì)量分布與結(jié)構(gòu)剛度分布協(xié)調(diào)，限制質(zhì)量與剛度之間的偏心。沿建筑物豎向的結(jié)構(gòu)布置宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內(nèi)收，避免剛度、承載能力和傳力途徑的突變，以限制結(jié)構(gòu)在豎向第一樓層或少數(shù)幾個(gè)樓層出現(xiàn)薄弱層，以致在這些部位因產(chǎn)生應(yīng)力集中和過大的變形而使結(jié)構(gòu)不安全。3、結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力：結(jié)構(gòu)布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)平面在兩個(gè)主軸方向均具有足夠的剛度和抗震能力，同時(shí)還應(yīng)具有抗扭轉(zhuǎn)剛度和抵抗扭轉(zhuǎn)振動的能力。框架結(jié)構(gòu)應(yīng)在縱橫兩個(gè)方向布置成雙向剛接框架。4、結(jié)構(gòu)的整體性：由于設(shè)計(jì)內(nèi)力計(jì)算模型是建立在樓蓋平面內(nèi)剛度無限大的假定的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)應(yīng)使樓蓋系統(tǒng)有足夠的平面內(nèi)剛度和抗力，并與豎向結(jié)構(gòu)有效連接，從而保證梁、板、柱、墻能共同協(xié)同工作。5、抗震房屋應(yīng)盡可能設(shè)置多道抗震防線，并考慮第一防線被突破后，引起內(nèi)力重分布的影響不至于使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)倒塌。6、 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性及耗能等方面的性能。主要耗能構(gòu)件應(yīng)具有較高的延性和適當(dāng)?shù)膭偠龋惺茇Q向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。7、合理控制結(jié)構(gòu)的非彈性部位(塑性鉸區(qū))，掌握結(jié)構(gòu)的屈服過程，實(shí)現(xiàn)合理的屈服機(jī)制。多高層鋼筋混凝土房屋可以歸納為兩類屈服機(jī)制：一種為總體機(jī)制，另一種為樓層機(jī)制，其他機(jī)制均可由這兩種機(jī)制組合而成。典型的樓層機(jī)制表現(xiàn)為在水平力作用下僅豎向構(gòu)件屈服，而橫向構(gòu)件處于彈性。總體機(jī)制則表現(xiàn)為所有橫向構(gòu)件屈服而豎向構(gòu)件除根部外均處于彈性狀態(tài)。

　　概念設(shè)計(jì)是展現(xiàn)先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的關(guān)鍵,一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì),并能有意識地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。一般認(rèn)為,概念設(shè)計(jì)做得好的結(jié)構(gòu)工程師,隨著他的不懈追求,其結(jié)構(gòu)概念將隨他的年齡與實(shí)踐的增長而越來越豐富,設(shè)計(jì)成果也越來越創(chuàng)新、完善。遺憾的是,隨著社會分工的細(xì)化,大部分結(jié)構(gòu)工程師只會依賴規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊、計(jì)算機(jī)程序做習(xí)慣性傳統(tǒng)設(shè)計(jì),缺乏創(chuàng)新,更不愿(不敢)創(chuàng)新,有的甚至拒絕對新技術(shù)、新工藝的采納(害怕承擔(dān)創(chuàng)新的責(zé)任)。大部分工程師在一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)全面應(yīng)用的今天,對計(jì)算機(jī)結(jié)果明顯不合理、甚至錯(cuò)誤而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。隨著年齡的增長 ,導(dǎo)致他們在大學(xué)學(xué)的那些孤立的概念都被逐漸忘卻,更談不上設(shè)計(jì)成果的不斷創(chuàng)新。強(qiáng)調(diào)概念設(shè)計(jì)的重要,主要還因?yàn)楝F(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與計(jì)算理論存在許多缺陷或不可計(jì)算性,比如對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),內(nèi)力計(jì)算是基于彈性理論的計(jì)算方法,而截面設(shè)計(jì)卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法,這一矛盾使計(jì)算結(jié)果與結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)差之甚遠(yuǎn),為了彌補(bǔ)這類計(jì)算理論的缺陷,或者實(shí)現(xiàn)對實(shí)際存在的大量無法計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì),都需要優(yōu)秀的概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)措施來滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的。同時(shí)計(jì)算機(jī)結(jié)果的高精度特點(diǎn),往往給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員帶來對結(jié)構(gòu)工作性能的誤解,結(jié)構(gòu)工程師只有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念的培養(yǎng),才能比較客觀、真實(shí)地理解結(jié)構(gòu)的工作性能。概念設(shè)計(jì)之所以重要,還在于在方案設(shè)計(jì)階段,初步設(shè)計(jì)過程是不能借助于計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念,選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案,為此,需要工程師不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念,深入、深刻了解各類結(jié)構(gòu)的性能,并能有意識地、靈活地運(yùn)用它們。

　　二、錯(cuò)誤的認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只是被動的配合

　　真正的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅是一門專業(yè)技術(shù),更是一門藝術(shù)。而且,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有唯一解,只有通過不斷地探索去尋求相對的最優(yōu)解,創(chuàng)造力和創(chuàng)新是結(jié)構(gòu)工程師對設(shè)計(jì)的貢獻(xiàn)。所以,我們不能認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總是被動的配合。一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師的首要任務(wù)就是在每一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的建筑方案開始，就能憑借自身擁有的結(jié)構(gòu)體系功能及其受力、變形特性的整體概念和判斷力，用概念設(shè)計(jì)幫助建筑師開拓或?qū)崿F(xiàn)該建筑業(yè)主所想要的。

　　所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)，所獲得的基本設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置好抗震細(xì)部措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算方法，可以在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，迅速、有效地對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的經(jīng)濟(jì)可靠性能。同時(shí)，也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。

　　三、概念設(shè)計(jì)的意義

　　運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想得到了拓寬。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R，以至混凝土的等級越用越高，配筋量越來越大，造價(jià)越來越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過最大配筋率，結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見。以抗震設(shè)計(jì)為例，一般是根據(jù)初定的尺寸、混凝土等級算出結(jié)構(gòu)的剛度，再由結(jié)構(gòu)的剛度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)剛度越大，地震作用效應(yīng)越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實(shí)，為什么不考慮降低作用效應(yīng)S呢?目前在抗震設(shè)計(jì)中，隔震消能的研究就是一個(gè)很好的例子。隔震消能的一般做法是在基礎(chǔ)與主體設(shè)柔性隔震層;加設(shè)消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個(gè)“反擺”，地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從對建筑物的震動加大阻尼作用，降低加速度，減少建筑物的位移，來降低地震作用效應(yīng)。合理設(shè)計(jì)可降低地震作用效應(yīng)達(dá)60%，并提高屋內(nèi)物品的安全性。這一研究在國內(nèi)外正廣泛地深入展開。在日本，研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中，取得良好的經(jīng)濟(jì)、適用效果。而我國由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和人們認(rèn)識的限制，在工程界還未被廣泛地應(yīng)用。

　　結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常繁瑣的工作，由于各地建設(shè)速度非常迅猛，設(shè)計(jì)院往往結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)安排非常緊湊，很難會讓我們將所有細(xì)節(jié)研究清楚。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心，很多基本原則只要也并不難掌握，良好的概念設(shè)計(jì)是保證結(jié)構(gòu)更安全，更經(jīng)濟(jì)，更適用的保證。

　　參考文獻(xiàn)：建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB5068-2001)

　　建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001)

　　建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)

　　建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)(GB50223-2008)

　　混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010-2002)

　　砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50003-2001)