簡述建筑結構概念模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇簡述建筑結構概念，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：TU208文獻標識碼： A

地震作用影響因素極為復雜，它是一種隨機的、尚不能準確預見和準確計算的外部作用，目前規范給出的計算方法還是一種半經驗半理論的方法，要進行精確的抗震計算還有一定的困難，因此人們在工程實踐中提出了“建筑抗震概念設計”。結構的抗震設計應該是綜合概念設計、計算和結構措施等完整的一系列設計。

1 建筑的抗震概念設計

所謂“建筑抗震概念設計”是指根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，依此進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。掌握了抗震概念設計，有助于明確抗震設計思想，靈活、恰當地運用抗震設計原則，使設計人員不至于陷入盲目的計算工作，從而做到比較合理地進行抗震設計。

2 高層混凝土建筑結構設計更應重視概念設計

在設計中，雖然分析計算是必須的，也是設計的重要依據，但僅靠此往往不能滿足結構安全性、可靠性的要求，不能達到預期的設計目標，因此必須非常重視概念設計。從某種意義上講，概念設計甚至比分析計算更為重要，因為合理的結構方案是安全可靠的優秀設計的基本保證。高層建筑結構設計尤其是在高層建筑結構抗震設計中，更應重視概念設計。這是因為高層建筑結構的復雜性、發生地震時震動的不確定性、人們對地震時結構響應認識的局限性與模糊性、高層結構計算尤其是抗震分析計算的精確性、材料性能與施工安裝時的變異性，結構計算模型的假定與地震時的實際工作有很大的差異以及其他不可預測的因素，致使設計計算結果( 尤其是經過實用簡化后的計算結果) 與實際相差較大，甚至有些作用效應至今尚無法定量計算出來。

3 高層混凝土建筑結構抗震概念設計的基本內容

3. 1 首先應重視高層建筑結構的規則性

建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的形狀設計方案。合理的建筑布置在抗震設計中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對稱，因為震害表明，此種類型建筑在地震時較不容易破壞，而且容易估計出其地震反應，易于采取相應的抗震構造措施和進行細部處理。“建筑結構的規則性”包含了對建筑的平立面外形尺寸，抗側力構件布置、質量分布，承載力分布等諸多因素的綜合要求。“規則建筑”體現在體形( 平面和立面的形狀) 簡單; 抗側力體系的剛度承載力上下變化連續、均勻; 平面布置基本對稱。

3. 2 結構剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當結構具有較高的抗力時，其總體延性的要求可有所降低; 反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對結構提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個結構的承載力和構造等因素，來衡量結構具有的抵抗地震作用的能力。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關，與其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關。但是，提高結構的抗側剛度，往往是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力，最理想的是使結構中的所有構件都具有較高的延性，然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿件的延性是比較經濟有效的辦法。因此，在確定建筑結構體系時，需要在結構剛度、承載力及延性之間尋找一種較好的匹配關系。

3. 3 設計多道設防結構

3. 3. 1 超靜定結構

靜定結構是只有一個自由度的結構，在地震中只要有一個節點破壞或一個塑性鉸出現，結構就會倒塌?？拐鸾Y構必須做成超靜定結構，因為超靜定結構允許有多個屈服點或破壞點。將這個概念引申，抗震結構不僅是要設計成超靜定結構，還應該做成具有多道設防的結構。第一道設防結構中的某一部分屈服或破壞只會使結構減少一些超靜定次數。同時要注意分析并控制結構的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則只允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應當作為第一道設防，連梁先屈曲或破壞都不會影響墻肢獨立抵抗地震力。

3. 3. 2 雙重抗側力結構體系

雙重抗側力結構體系是可能實現多道設防結構的一種類型，而且雙重抗側力結構的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側力體系的特點是，由兩種變形和受力性能不同的抗側力結構組成，每個抗側力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接協同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當其中一部分結構有所損傷時，另一部分應有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作用力。在抗震結構中設計雙重抗側力體系實現多重設防，才是安全可靠的結構體系。

3. 3. 3 總結構體系與基本分結構體系

1972 年 12 月 23 日尼加拉瓜首都發生強烈地震，1 萬多棟樓房倒塌。林同炎公司 1963 年設計的美州銀行大樓，雖位于震中，承受比設計地震作用 0. 06g 大 6 倍的地震 0. 35g而未倒塌，引起世界同行的高度重視。眾所周知，建筑物在地震作用下的運動與由風引起的位移是不同的，在強烈地震作用下，結構會在任意方向變形。在高層建筑中，這種變形更為復雜。當然主要是第一振型，同時也包括具有鞭梢效應的第二、第三振型，變形量很大。所以設計者主要考慮的是如何避免就其結構固有特征會引起倒塌的過大變形。再則，設計高層結構所考慮抗風與抗地震要求的出發點往往是矛盾的。剛度大的結構對抗風荷載有利，動力效應小; 反之，較柔的結構有利于抗震。所以要設計一個抗風及抗震性能都很好的高層結構不很容易。林同炎教授的設計思想是設計一個由 4 個柔性筒組成的，具有很大抗彎剛度的結構總體系。在抗風荷載及設防烈度的地震作用下表現為剛性體系。當遇到罕見的強烈地震時，通過控制各分體系( 柔性筒) 之間的聯接構件( 鋼筋混凝土連梁) 的屈服、破壞，而變成具有延性的結構體系，即各分體系獨立工作，則結構的自振周期變長，阻尼增加，即使超出彈性極限，仍持有塑性強度，可做到搖擺而不倒塌。地震后的實地觀察，證明其設計思想是正確的，正如預料的那樣，聯梁的混凝土剝落，梁中有明顯裂縫。但四個柔性筒的本身均無裂縫，筒壁仍處于彈性階段。

3. 4 抗側力結構和構件應設計成延性結構或構件

延性是指構件或結構具有承載能力基本不降低的塑性變形能力的一種性能。在“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設計原則下，結構應設計成延性結構。當設計成延性結構時，由于塑性變形可以耗散地震能量，結構變形加大，但結構承受的地震作用不會直線上升，也就是說，結構是用它的變形能力在抵抗地震作用。延性結構的構件設計應遵守“強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱桿件，強底層柱”原則，承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

3. 5 應有意識地加強薄弱環節

( 1) 結構在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載力分析( 而不是承載力設計值的分析) 是判斷薄弱層的基礎。

( 2) 要使樓層( 部位) 的實際承載力和設計計算的彈性受力之比在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層( 部位) 的這個比例有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。

( 3) 要防止在局部上加強而忽視整個結構各部位剛度、承載力的協調。

( 4) 在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層( 部

位) ，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，這是提高結構總體抗震性能的主要手段。

4 做好高層建筑結構概念設計還應注意的問題

( 1) 結構方案要根據建筑使用功能、房屋高度、地理環境、施工技術條件和材料供應情況、有無抗震設防來選擇合理的結構類型。

( 2) 不同結構體系在豎向荷載、風荷載及地震力作用下的受力特點。

( 3) 風荷載、地震作用及豎向荷載的傳遞途徑。

( 4) 結構破壞的機制和過程，以加強結構的關鍵部位和薄弱環節。

( 5) 預估和控制各類結構及構件塑性鉸區可能出現的部位和范圍。

( 6) 場地選擇、地基基礎設計及地基變形對上部結構的影響。

( 7) 各類結構材料的特性及其受溫度變化的影響。

( 8) 非結構構件對主體結構抗震產生的有利和不利影響，要協調布置，并保證與主體結構連接構造的可靠等。

參 考 文 獻

篇2

中圖分類號： TU391 文獻標識碼： A 文章編號：

1 緒論

結構是建筑物中很重要的一個概念，當人們在議論一個建筑物時可能會用詞“這個結構怎么怎么樣”，而不是“這個建筑物”，從專業的角度來說，這里“結構”的用法是不恰當的，這個詞在用于建筑方面時，具有其特殊的含義。

2 建筑結構發展史

回顧人類歷程漫漫幾千年的歷史，從原始部落到現代文明社會，建筑結構的發展也是突飛猛進的，由低等的原生態的逐漸演變到高等的體系化完善化的。提及建筑結構，讓人想到原始的“變形蟲”，先進的魚類結構，更先進的結構如殼類、膜類、充氣結構以及張力結構。

2.1原始“變形蟲”

原始結構像變形蟲，它們是樸素的、自我承重的結構，一旦受外力支配時，它們就會倒塌，這個力量可以是時間或者某個地震。當一個變形蟲無力抵抗外力攻擊時，它分裂成兩個或者三個部分。一個變形蟲的每個部分對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毀壞，這個變形蟲就會分裂。在一個變形蟲結構的例子中，可以將“結構”和“建筑物”同義使用，因為此類建筑所有部分對支撐這個建筑物并將載荷傳到地面都是至關重要的。

2.2魚類結構

一條魚是以肉和骨的混合物的形式存在的。將肉拿走骨頭會留下，肉不能支撐魚，只有骨頭可以。在魚骨中，有一個中央脊椎，在骨頭與脊椎結合的地方變得相當粗壯，因為脊椎處是支撐魚的核心，是樞紐結構。魚類的結構直接啟示了設計師的創作靈感，如弗蘭克·勞埃德·賴特設計的威斯康星州拉辛（Racine）的約翰遜制蠟公司的辦公樓。每一個魚骨架結構中的關鍵點是基礎和結合點。為了簡化懸挑結構中基礎和接合點的問題，柱和梁得到了發展。在此建筑中，梁和柱都支撐重量，并且在受到載荷時產生“彎曲”、“扭轉”和“彎折”狀況，這些以工程力學中的例題加以描述。

圖2- 1軸受扭圖

圖2- 2橫截面應力圖

如圖2-1中軸受扭，根據剪切胡克定律[2], 當切應力不超過材料的剪切比例極限時：

（公式2- 1）

式中——剪切強度，MPa；

——剪變模量，GPa；

——到軸心的距離，m；

——切應變，rad；

——扭轉角，rad。

圓軸的強度校核公式：

（公式2- 2）

，，

式中——最大剪切強度，MPa；

T ——扭轉矩，N·m；

——到軸心的距離，m；

——極慣性矩；

——抗扭截面系數；

——許用切應力，MPa；

n——安全系數

圖2-2為軸中應力的方向。

圖2-3 梁受彎曲應力圖

圖2- 4梁橫截面上應力分布

（公式2- 3）

，

式中——最大拉壓強度，MPa；

M ——力矩，N·m；

——y軸距離最大值，m；

——慣性矩；

——慣性矩圖形對坐標原點O的極慣性矩；

——抗彎截面系數；

——許用拉壓應力，MPa；

彎曲最大切應力：

（公式2- 4）

式中——中性軸一邊的截面面積對中性軸的靜矩，N·m；

下面介紹一條工程力學中的實例：

水平直角折桿受鉛直集中力的作用。圓軸直徑，在截面頂點處，測得軸向線應變。

試求該折桿危險點的相當應力。

解：點，，又則

危險截面在固定端處

3 建筑結構選型

建筑設計中的結構技術問題，是構成空間與體形的骨架和基礎。結構部分不僅在耗材及投資上占據著相當大的比重，而且對建筑空間形體的制約也是很大的，因此在建筑設計過程中，需要給予足夠的重視[4]。

縱觀建筑歷史的發展，19世紀末以來，由于社會生活和科學技術的發展，特別是鋼筋混凝土和鋼材的廣泛應用，建筑技術和建筑造型發生了巨大的變革。例如，建于1851年的倫敦“水晶宮”——世界博覽會展覽館（如圖3-1）

圖3- 1倫敦“水晶宮”——世界博覽會展覽館

當時的這些建筑技術成就，遠不是古典建筑可以比擬的。而且，輕質高強度的建筑材料的出現，使得高層與大跨度的建筑有了突飛猛進的發展。新結構的廣泛應用，使得承重與非承重體系有了新的觀念，因而使建筑造型具有更大的靈活性與機動性[5]。

當前在建筑設計中，常用的結構形式可以概括為三種主要類型，即混合結構、框架結構和空間結構。結合我國的具體情況，在新型建筑材料不太發達的地區，對于一般標準的中小型建筑。在中大型城市，因高新技術比較發達，在高層建筑中，而對于大跨度的建筑，如劇院、體育館、超級市場等多選擇空間結構體系。

3.1混合結構體系

我國在一般建筑中所采用的混合結構形式，多以磚或石墻承重及鋼筋混凝土梁板系統最為普遍。這種結構類型，因受梁板經濟跨度的制約，在平面布置上，常形成矩形網格承重墻的特點。所以對于結構不大、層數不高，且為一般標準的某些建筑如學校、住宅建筑、醫院等是比較適宜的。

3.2框架結構體系

承重系統與非承重系統有明確的分工，是框架結構體系中最明顯的特點，即支承建筑空間的骨架是承重系統，而分割室內外空間的圍護結構和輕質隔斷，是不承受載荷的。因此柱與柱之間可根據需要做成填充墻或全部窗戶，也可部分填充，部分開窗，或做成空廊，使室內外空間靈活通透。

3.3空間結構體系

隨著科技的進步和發展，高新建筑材料如輕質的高強的鋼材、混凝土、塑鋼板和鋁合金等材料的涌現，促使輕型高效的空間結構有了迅速的發展，這對于經濟有效地解決大跨度建筑空間的問題有著重要意義。其中空間結構體系主要分為三類：懸索結構、空間薄壁結構和網架結構與建筑設計的關系。懸索結構能充分利用高強度材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省和易施工等特點。薄壁結構就是曲面的薄壁結構，按曲面生成的形式分為筒殼、圓頂薄殼、雙曲扁殼和雙曲拋物線殼等，材料大部分都是鋼筋和混凝土。網架結構是國內大型體育場、工業廠房。影劇院、候車廳等常用的屋蓋形式。

4 結論

一個建造方法可以被總結和歸結為一條原則：對于各種材料規則而巧妙的組合，設若它們是方形的石料、砂石、木材，或是別的什么東西，以形成一個堅固的，并且盡可能是完整的一體的結構[10]。一個結構，只有當它所包含的各個部分是不可被分離或者移動的時候，才可以說是一體的。因此，建筑師需要考慮什么是結構的基本部分，它們的秩序是什么，它們被組合在一起的先后順序是什么。要發現造成結構的各個部分并不困難：很顯然它們是頂和底，是左和右，是前和后，以及位于所有其間的東西。再根據不同的結構體系選擇其安全、經濟等因素。

參考文獻

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

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篇3

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

概念設計對當前建筑業的發展起到了很好的推動作用，也是時展的必然。建筑設計師運用自己的知識、想象力以及創新意識來實現對工程的總體規劃，這也是概念設計的很好體現。

一、概念設計的概念與步驟

概念設計是一種實現結構設計的多樣化要求的手段，是建筑設計師基于設計經驗、設計理論以及將要建設的項目工程的特點，對建筑結構的抗震結構以及總體布局進行規劃，并在建筑工程結構設計的初期對設計方案進行概念性的分析估算與比對。這種設計方法具有定性準確、概念明確、便捷的優勢，從而可以在實際應用中取得良好的經濟效益。一般可以將概念設計的步驟分為分析、綜合以及評估三個不斷向著滿意階段靠近的連續階段。其中分析階段主要是對問題進行全方位的了解，但是存在著分析數據不完整與不準確的特點，為此表現出一定的模糊性質。綜合階段是工程師將自己掌握的理論知識以及掌握的實際情況，利用自己的想象力以及創新意識實現工程設計規劃。最后評估階段是一個比較選擇最優方案的過程，可以說是一個循環實施的過程，直到得到滿意的方案為止。設計人員實施評估的過程中要借助于數據統計計算等工具，從而獲得技術上以及經濟上可行的方案。

二、概念設計在建筑結構設計中的應用

1、建筑場地的合理選擇。建筑場地的選擇作為設計前首要考慮的因素，同時也是一個對于建筑設計起著決定性與基礎性的因素。在進行建筑場地選擇中一般要考慮到以下因素：防護距離、建筑退界、日照間距等。此外在建筑設計中還要充分的考慮抗震等因素，盡量避免在危險地段選址。實在不能避免的情況下可以在結合相應的抗震措施，在設計前進行抗震地點以及勘測進行分析。

2、基于現場情況選擇建筑結構。一旦建筑場地選定后就要根據建筑的地形特點以及建筑形式對建筑基礎進行選擇。一般使用到的基礎包括樁基礎、箱型基礎等。其中樁基礎主要適用于土質松軟或者是負荷較大的多層結構中，在高層建筑中具有較廣的應用。尤其是在天然的地基中這種樁基形式可以將載荷從上部傳遞到下部，從而保證了穩定性與可靠性。此外箱型基礎具有優良的整體剛度，可以實現將載荷均勻的傳遞到下部結構，保證了結構的整體穩定性，避免或者減小基礎的不均勻沉降，對于提升建筑的抗震性能具有極為重要的意義。

3、建筑主體結構的選擇。建筑結構的設計一般要遵循對稱與合理的原則，從而有效地降低扭轉力以及保持非結構構件保持穩定的工作狀態以及降低材料的耗用。一般建筑結構的對稱是通過抗側力結構主體為對稱，例如剪力墻結構布置。為了實現機構對稱一般可以使用調整建筑物質心、結構側心以及平面形心的距離，從而達到結構的對稱性。

4、建筑結構的剛度選擇。建筑結構的剛度作為建筑的一項重要指標，也是設計中一項極為重要的內容，為此需要在設計中對建筑的剛度進行合理的選擇。建筑剛度的合理設計可以延長結構的基本自振周期，從而有效地降低地震帶來的危害。同時合理的建筑鋼都還可以減少建筑材料的消耗以及結構空間的占用率，從而有效地提升建筑平面的利用率，達到設計合理的效果。

三、建筑結構設計措施

1、協同工作中的材料利用率。通過協同工作不僅可以實現提升結構的穩定性，同時也可以提高材料的利用率。經驗表明，材料的利用率越高，相應的結構的協同工作能力以及穩定性也就越高。尤其是在當今提倡節能、環保的背景下，建筑設計中要求使用最少的投入來獲得最大的產出。例如對于常見的矩形截面受壓構件，這種構件在實際使用中的利用率極低，這主要是由于兩個原因：首先是梁的長度變化會引發梁彎矩的變化，其次是梁的中和軸附近的材料利用率低。于是對于等截面梁來講這種受壓構件的很多區段的利用率極低。在這種背景下，通過使用概念設計結構分析，對梁截面的應變梯度進行調整，從而使構件保持軸心受力，從而有效地提升了材料的利用率。經過不斷地研究與發展，又出現了平面桁架結構，從而將許多無用的材料除去，不僅有效地實現了原有結構效果，同時也降低了材料自重以及成本。

2、結構體系中保持協同工作。在概念設計中的協同工作在建筑結構設計中得到了廣泛的應用，協同工作要求結構內部的各個構件要處于相互協作以及共同工作的狀態。這種協同效應就需要結構構件在承載力極限的條件下不僅可以保持共同工作，同時也需要它們具有共同的耐久性。此外建筑結構的上部與基礎應該在受到載荷時保持著一個統一整體，共同承擔載荷。在使用磚混結構的建筑中為了維持協同工作要通過構造柱以及圈梁將整個結構組合成統一整體進行受力，避免建筑結構單純的依靠建筑結構自身剛度來承受載荷。隨著高層建筑的增加，出現短柱的現象也越來越多。但是為了保持每個構件都可以達到較高的應力水平，在多層結構設計中要避免各層短柱的出現，以提升相同平面處承受載荷的能力，為此需要將同層的抗側力結構處于相同或者相近的水平位移下。

四、概念設計在建筑結構中的意義

1、概念設計體現了設計的創新性。由于傳統的設計方法需要通過設計師查找手冊、計算機程序等進行循規蹈矩的方式進行，從而缺少設計風格以及創新性。而使用概念設計可以允許工程師在設計過程中根據自己的經驗以及理論知識，同時結合概念設計的新方法以及新思路得出具有合理性以及一定創新性的設計。

2、概念設計可以有效地提升工程師的設計能力。有概念設計允許工程師在遵循一定要求的條件下進行一定程度的發揮，從而可以有效地解決設計中存在的問題。同時通過概念設計中的正確理念與原則的指引，便于工程師從根源查找問題，從而使得計算計算結果更為準確。

3、概念設計有效地彌補了計算機理論以及結構設計理論的不足。

4、概念設計可以優化設計結果。采用概念設計方案可以在方案的對比中選擇出更加優秀的設計方案，這種優選方案不僅體現了方案的可靠性與經濟性，同時也有效地避免了設計后期出現的繁瑣計算。

五、結語

建筑行業近些年在我國獲得了長足的發展，尤其是正處于發展中階段的我國，建筑的低投入與高產出一直以來都是終極目標。通過在建筑設計中利用概念設計可以構造出更為合理的建筑結構體系，并達到節省原料的目的。隨著概念設計的應用推廣，越來越多的設計者接受了這一設計方式，并逐漸成為結構設計的主導思想。我們相信概念設計在以后建筑結構中會獲得更大的發展，為建筑設計帶來更多的實惠與便利。

參考文獻

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篇4

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

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

對一個超高層建筑來說，與建筑相適應的結構體系、結構布置等概念設計不是絕對的，但合理的結構設計應該是惟一的。我們所要做的工作就是把一些互相制約的因素統一協調，以滿足建筑物的安全性、適用性和耐久性的要求。

1結構設計特點

1.1重力荷載迅速增大

隨著建筑物高度的不斷增加重力荷載呈直線上升，作用在豎向構件柱、墻上的軸壓力增加，對基礎承載力的要求也更加提高。

1.2控制建筑物的水平位移成為主要矛盾

1.3效應成為不可忽視的問題

超高層建筑高寬比較大，側向剛度相對較弱，水平位移量大（圖2），重力與水平位移所產生的附加彎矩常常大于初始彎矩的10％，必須考慮重力二階效應。

圖1風荷載高度變化示意圖2水平位移沿高度變化示意

1.4豎向構件產生的縮短變形差對結構內力的影響增大

豎向構件的總壓縮量主要由受力變形、干縮變形和徐變變形三部分組成，對于全鋼結構僅需考慮受力變形產生的縮短影響，對于鋼混結構、鋼組合結構、混凝土結構必須考慮干縮縮短和徐變縮短的影響。一般受力變形瞬時完成，其變形量可用胡克定律作近似計算；干縮變形完成的時間較長，據資料統計約為總壓縮量的30％；徐變變形完成的時間更長，線性徐變可由公式簡單計算；構件的總壓縮量隨著構件的高度H平均壓應力的增加而加大。

超高層建筑的豎向構件不但H和較大，而且構件之間的壓應力差也較大，因此設計中除了通過控制軸壓比使豎向構件之間的壓應力較接近外，對鋼筋混凝土結構采取逐步將各層柱頂找平后再進行下一道工序的施工辦法來減小變形差；對鋼結構采取預留柱、墻壓縮量的方法來減小變形差；總體結構分析時采取模擬施工方法，減小變形差對內力計算的影響。

1.5傾覆力矩增大，整體穩定性要求提高

建筑物高度的增加使得側向力引起的傾覆力矩增大，抗傾覆要求提高。實際工程中常常采取增加基礎埋深、加大基礎寬度或采用抗拔樁基等措施來滿足整體穩定性要求。

1.6防火、防災的重要性凸現

超高層建筑多采用鋼混結構和鋼結構，而鋼材耐熱不耐火的特性更易加重某些次生災害的發生，例如美國世貿中心的倒塌。一般緊急情況下高樓所需要的疏散時間較長，從頂層飛機救援的行動也常會受到各方面因素的制約，使得實施比較困難，因此防火、防災的設計更為重要，目前關于防災方面的具體要求我國還沒有相應的規程可循。

1.7建筑物的重要性等級提高

超高層建筑常作為當地的標志性建筑，資金投入大，在政治、經濟、文化中所起的作用重大，破壞影響較大、波及范圍較廣，不論其建筑類別均屬于重要建筑，因此結構設計的可靠度要提高，一般情況下重要性系數取1.1，特殊情況下也可取1.2。

2結構設計方法

2.1減輕自重，減小地震作用

采用高強輕質材料（如全鋼結構、幕墻圍護、輕質隔斷等），減輕結構自重，減小地震作用。

2.2降低風作用水平力

2.2.1減小迎風面積

正方形平面形式，橫向迎風面最?。蝗缬嬎銓蔷€方向的迎風面寬，則圓形平面最??；在立面上適當位置開洞泄風（如上海環球金融中心大廈，風力降低更直接。

2.2.2降低風力形心

采用下大上小的立面體型，既減小高風壓在高處的迎風面積，又降低風作用重心，使建筑物底部的傾覆總彎矩減小。同時下大上小的立面體型對建筑底部來說增大了抵抗矩，提高了穩定性，如巴黎的埃菲爾鐵塔。

2.2.3選用體型系數較小的建筑平面形狀

體型系數從小到大可選用下列平面順序：圓形平面!正多邊形平面!正方形平面，采用流線光滑的外形，避免凹凸多變的建筑形式，減小整體和局部風壓的體型系數。

2.3減少振動，耗散輸入能量

采用阻尼裝置或加大阻尼比，減少振動影響，如臺北國際金融中心大廈%$&。

選用耗能、減振的結構體系，如采用偏心支撐的鋼結構具有耗能的水平段，采用橡膠支座可以減振等。

2.4加強抗震措施

2.4.1選用規則結構使建筑物具有明確的計算簡圖，合理的地震作用傳遞途徑。

如采用圓形、正多邊形、正方形等平面形狀，可以使整體結構具有多向同性，避免強弱軸的抗力不同和變形差異。功能復雜的建筑常常是多種結構體系的綜合，具體設計時應注意以下問題。

（1）結構平面形狀盡可能對稱。由于地震作用的方向具有隨機性，風作用雖有主導方向，但最大值也具有隨機性，因此選用具有對稱性、多向同性布置的抗側力結構體系，有利于形心和剛心的重合。

（2）豎向構件盡可能連續，避免抗側力構件的間斷，從而形成薄弱層、薄弱部位，對抗震不利。

（3）設置多道抗震防線，滿足“大震不倒”的抗震設防要求。

（4）增加超靜定次數，增加重要構件的傳力線路，提高結構的抗震能力。贅余度的增多，可以使結構有更多的部位有機會形成塑性鉸，吸收更多的地震能量。

（5）在滿足強度、剛度要求的前提下，選擇具有較好延性的結構材料，增加總體變形能力，增加結構耗能。

（6）建立整體屈服機制，避免失穩破壞，并做到強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強埋件弱連接設計；對容易失穩的結構，做到強支撐；對受彎構件，做到強壓弱拉等。

2.4.2采用多個權威程序（如SATWE、TAT、SAP2000等）進行計算比較，通過動力時程分析，驗證薄弱部位；對重要構件補充有限元分析計算，從而使計算的結論更為完整，結果更為可靠。

2.4.3進行小模型風洞試驗，獲取有關風載作用參數；通過振動臺試驗，獲取有關地震作用參數。

2.4.4采用智能化設計，提高結構的可控性。應用傳感器、質量驅動裝置、可調剛度體系等和計算機共同組成主動控制體系，提供可變側向剛度，控制結構的地震反應等。

2.4.5提高節點連接的可靠度，如鋼結構節點的焊接處理，鋼混結構中型鋼、鋼板與混凝土的連接等。

3結構材料選用

更輕、更強、更具有延性的材料是超高層建筑結構材料的首選。鋼筋混凝土、型鋼混凝土、鋼管混凝土和純鋼材料都可作為結構構件的主要材料；而外墻圍護多采用玻璃幕墻、鋁合金幕墻、鋼塑復合板材等；內部隔墻多為輕質隔斷；樓屋面常選用壓型鋼板加混凝土面層，并在的鋼承重構件表面加防火涂料。

4結構體系選用

更具整體性、更具多道抗震防線、更具延性的結構體系是超高層建筑結構體系的首選，工程中常用的結構體系有：

內筒外框或內筒外框并帶角部小筒體（或角形墻）的結構體系，如深圳彭年廣場（酒店部分），H=222m

內束筒外框架（巨型柱）并帶多個加強層的結構體系，如臺北國際金融中心大廈，H=508m（含塔尖部分）；

筒中筒結構體系，一般外筒為密柱筒，如前紐約世貿中心，H=412；

內筒外巨型框架加外斜撐結構體系，如上海環球金融中心大廈H=492；

束筒結構體系，如美國西爾斯大廈，H=443；

巨型框架、巨型桁架結構體系，如新加坡華僑銀行，45層；

篇5

我國結構計算理論從最早的經驗估算發展到今天的概率極限狀態理論，使得建筑結構的設計更加地經濟適用、更加的科學合理以及符合先進的技術。但是該方法在運算的過程中只能視作近似概率法，因為它很難在實際中來正確估算建筑物的真正承載力?，F在，人們在探究具體的空間結構體系上還存在著一定程度的局限性，在設計過程中大量采用的是假設和簡化。作為一個優秀的結構工程師，不能毫無目的地把規范進行照搬照套，而應該是把它作為一種為實際項目設計中作出正確選擇的參考。那么這就要求結構工程師把建筑物整體結構體系和各基本分體系之間的力學關系進行充分的認知，在實際項目設計中更好地運用概念設計的基本原理。

一、簡述概念設計的含義

對于概念設計的定義，不同的人有不同的定義。勞毅（2008）認為概念設計主要是指不需要通過復雜的數據計算，運用簡練清晰的文字建立一個結構模型，結合力學、結構破壞的原理、地震災害等方面的知識，依據一些實驗中經常出現的現象和工程實施中所獲得的基本設計原則和思想，認真分析結構模型及計算結果，同時應該把結構實際能承受的受力狀況和最初假設間的差異，設計模型的具體構造，從而使建筑物受力比較安全，均勻。然而郭志奇對于概念設計卻有自己的獨特理解，他認為概念設計就是先要從結構的總體方案出發，以人們對建筑結構的抗震能力方面的知識為依據，去解決在結構設計中可能會遇到建筑體型、結構體系和剛度分布等問題。為了達到抗震設計合理化的目的，我們應該從整體上進行評價、挑選等處理，通過一些必要的構造和計算措施來強化建筑物在抗震方面的薄弱環節。換而言之，概念設計需要在特定的空間和地理條件下，用全局的觀點去看結構的總體方案，依據結構總體系和分體系的關系、結構破壞機制、地震等方面的知識，依據一些實驗中經常出現的現象和工程實施中所獲得的基本設計原則和思想，從而對建筑結構的總體布置和具體構造進行宏觀控制。

二、概念設計在結構設計上應注意的幾點事項

1. 把握好建筑物的剛度在建筑結構設計過程中起著至關重要的作用。在設計建筑結構時要合理的確定建筑物的剛度。如果建筑物的剛度太大，就會導致剛結構自振周期縮短，在遇到地震時建筑物所受的破壞后果就比較嚴重，同時也浪費了大量的材料。相反地，如果建筑物的剛度太柔的話，建筑物在遭受地震時會很容易發生扭曲變形，從而影響建筑物的正常使用周期。

2. 實現合理建筑結構的整體破壞機制。建筑結構的破壞主要表現為樓層破壞和整體破壞。因此，工作人員在設計中應該盡量去避免結構樓層發生破壞，因為這說明結構不夠完善，還存在一定的薄弱環節。也就是說整個結構在其他構件還沒來得及發揮他們的承載能力之前就已經被破壞。為了實現理想的建筑結構的設計，這就要求工作人員必須正確掌握塑性鉸出現的順序和位置。

3. 在抗震結構總體設計的過程中，必須要嚴格遵循等強度與耗能設計的原則。等強度和耗能設計原則是抗震結構設計要認真考慮的設計原則。在工作中一定要避免出現那些由于設計不全面或施工問題而造成在水平受力時主要承重結構被破壞的局面。在規劃整體結構設計方案時，要盡量強化薄弱地方，盡量做到等強度。同時還要注意等強度設計的同時保證建筑結構具有一個良好的耗能系統。結構構造時應該多選擇那些屈服應力具有局部性的，有較好延性的構件，這對于建筑物的抗震能力有很大的促進作用，不能選用主要承受豎向荷載的構件。

三、例談概念設計在建筑結構設計中的實際應用

武漢市江夏區要完成這樣一項項目：地上30層共105米，地下共2層，其中第2層為4級人防。該結構設計為超高層結構，框架―剪力墻結構體系。其中地上第二層有局部框架轉換。結構的框架軸線尺寸有建筑本身確定，豎向荷載及粗估的水平地震作用效果確定梁柱截面尺寸，關鍵問題是剪力墻的數量和布置方法。這不僅是結構安全和技術經濟合理性的重要指標，還體現出體系優越性的重要環節。因此，在設計方案階段，結構工程師會以合適的剛度計算出剪力墻的面積，依據建筑本身要求在經濟允許范圍內設計出合理的方案。

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中圖分類號：TU2文獻標識碼：A

隨著我國經濟的快速發展，中國的建筑領域也有了很大的發展，建筑物不僅僅是為了滿足使用功能，更多的是建筑能具有更美觀的立面效果，造型越來越多元化，這就給結構設計提出了更高的要求。

一、 概念設計的定義及其在建筑結構設計中的重要意義

隨著社會的不斷發展,人們生活水平逐漸提高,城市發展的需要,現代建筑向大規模和復雜化發展。結構分析計算軟件在工程設計時應用較為廣泛,結構工程師的當前的首要任務是如何解決計算模型的合理性和計算結果的可靠性,而概念設計是解決這類問題的關鍵。“概念”指的是“反映對象的本質屬性的思維方式”是“人們通過實踐,從對象屬性,以其獨特的屬性概括而成”。在建筑結構中的設計概念是建筑結構各種情況下的一般規律。設計師應以概念設計理念貫穿結構的選型、計算、布置到細節處理的全過程，根據實際情況，總結實踐經驗，對遇到的問題，制定詳細的措施，合理分析、及時的處理。概念設計包括的內容非常廣泛，存在于設計師從主觀上進行分析、判斷和選擇的地方。使用良好的概念設計,能使結構滿足外部條件,并以最直接的方式對荷載進行傳遞,創造一個更安全、舒適的工作環境,并節省材料和金錢。因此,對于建筑結構的設計,充分掌握設計概念,掌控設計和計算的過程，檢驗計算結果的可靠性，對不可靠的結構進行調整，是現代建筑設計的本質，這樣才能保證建筑工程正常的運行。

二、概念設計的原則及應用

（一）協同工作原則

概念設計的協同工作是指組件之間相互協作、配合工作，共同有效承擔重量和外部的荷載，在對結構進行選擇時，應注重協同工作的設計理念，特別是對于整體考慮結構的抗震工作尤其重要。地震是一種復雜的自然現象,對結構的地震破壞機理還不清楚,因為地震的破壞現象尚處于感性認識階段,建筑物的抗震設計原則是一種近似的方法,所以對結構的抗震設計,協同工作應排第一位。比如抗震設計的框架結構,部分不得使用混合的砌體墻軸承。由于框架結構和砌體結構是兩個完全不同的結構體系,兩種結構體系采用的軸承材料的性質是完全不同的,前者采用的是鋼筋混凝土,可以認為是韌性材料;后者是一個磚或塊,是一種脆性材料,其抗側剛度,變相的能力等,相差非常大,地震作用下無法進行協同工作。如果他們是在同一座樓里,地震破壞表明混合使用,而不是沖擊縫分開,在地震發生的時候,側向剛度大于框架砌體墻被首先破壞,導致框架內力顯著增加,然后導致框架損傷甚至崩潰。

所以,在建筑結構概念設計的過程中,必須加大協同工作,使結構的側向剛度均勻變化,避免側向剛度和承載力的抗側力結構突變,進而保證結構的抗震性能。

（二）務實性原則

概念設計的務實性是依據實際情況,按照科學、可行的方案,對建筑結構進行合理的設計，能夠辨別概念的真偽，將合適的概念運用到合理的設計中去。例如:前面所提到的框架結構中不應采用部分由砌體墻承重的混合形式這一例子,框架中部分采用砌體墻承重,表面看上去框架結構屬于柔性結構,砌體結構屬于剛性結構,合用在一起,正好符合“剛柔相濟”的思想,其實不然。在1976年,唐山大地震波及到天津市,該市有許多的辦公樓和多層廠房采用砌體墻和框架結構混合承重,地震時承重砌體墻出現裂縫，局部屋頂、電梯間因采用砌體承重墻,不僅嚴重開裂,有的甚至嚴重破壞被甩出，無法保證結構的抗震性能。

因此，框架結構和剪力墻結構的結合能真正有效保證建筑結構整體穩定性能，是切實可行的。

（三）經濟性原則

運用概念設計,在保證結構可靠性的前提下,對成本進行有效的控制，做到經濟合理,以促進企業間的最終利益。

（四）合理受力原則

在進行結構概念設計時,運用力學原處理對結構構件的受力分析:①從受力和變形看，均勻受力比集中受力好，剛性連接比鉸接好，空間作用比平面作用好，避免不明確的受力情況。受力和變形的分析,在對各部分構件直接受力的狀態進行分析時,還應分析整體構件的宏觀受力情況,利用結構的對稱性和變形的連續性,抓住主要的受力情況和它所發生的變形。

（五）減輕自重原則

在使用道路的過程中,道路不斷受荷載車輛作用,以至于路面彎曲變形,瀝青混凝土路面,由于他們的粘彈性性能的材料不僅容易發生彈性變形,時間的長短根據負載發生延遲彈性變形和塑性變形。通過不斷增加與減少負載過程中,不得超過極限壓力,減少不可恢復的變形,增加彈性變形和加強路面密實度加強道路,如果單位壓力太大,超過限度,會導致不可恢復的塑性發生變形,反復荷載的作用下,路面的縱向變形積累,逐漸發生垂直帶狀凹槽,就是車轍。車轍會大大影響到車輛運行,加快道路的破壞程度,并可以使用質量和服務水平的道路受到嚴重。所以,使用這些措施的維護,確保車輛的正常運行。

三、總結語

總而言之,在科技不斷進步的今天,為適應現代建筑的不斷發展,應加大對概念的設計,提高自身的專業技能和素養,不斷積累經驗,制定詳細的方案與措施,發展先進的計算理論，不斷加強計算機的應用，使概念設計優勢充分發揮出來,滿足使用者的要求,把建筑工程做到極致、完美,更放心、安全地投入到社會使用當中。

參考文獻：

[1] 郭海燕 ,戴素娟 ,王子輝 .建筑結構抗震[M].機械工業出版社 ,2010.

[2] 高立人，王躍. 結構設計的新思路—概念設計[J].工業建筑，1999(1).

篇7

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.

關鍵詞 ： 概念設計；建筑結構；優化設計

Key words: conceptual design；building structure；optimal design

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A

文章編號：1006-4311（2015）06-0104-02

0 引言

建筑結構設計中應用概念設計是最新推出的一種建筑結構設計理念，由建筑結構設計通過理性的分析和感性的規劃進行的綜合運用，在建筑設計行業中運用概念設計，能夠幫助設計師正確、合理地處理在建筑結構設計中可能會遇到的具體問題。越來越多的建筑設計師采用概念設計理念完成了眾多的成功建筑案例，概念設計的理念被我國的建筑設計行業廣泛地應用，特別是在智能建筑、高層建筑等要求高的建筑設計中發揮著巨大的作用。

1 概念設計及其重要性

簡單說來，所謂概念是指你方案的根本出發點——比如你是要看場地內部的樹或者外圍的景色，或者其他的想法。設計的深入就是通過建筑的手法把概念實現和貫徹出來，特別是那些難以做出精確分析，并且難于規范的結構體系，是從工程經驗中獲得的一些宏觀可行的設計角度。你想要的空間就是通過建筑的設計來體現的；所有的外觀和細部的創意都是為了體現你的概念。從整體的角度來確定建筑結構的總體布局和設計重點，并能得出估算值，與實際相差不遠，所得方案具有一定的經濟可靠性，但又避免了繁瑣的計算。

所謂概念設計指的是一個由粗到精、由模糊到清晰、由具體到抽象的不斷提高和優化的過程。也就是在進行設計的過程中，以設計概念為主線，從而對全部的設計過程進行貫穿，整個設計過程較為完全、全面。同時通過設計概念，有效將設計者的瞬間思維、感性認識兩者結合，使其統一上升至理性思維后完成設計。

2 建筑結構總體概念設計

2.1 建筑結構的對稱性的重要性

高層建筑體系中，對稱性主要是指抗側力主體結構對稱，在平面設計中。一般比較容易實現平面設計中簡體框架結構、框架結構和剪力墻結構的對稱。而在豎向結構布置中，無論是那些幾何圖形還是樓層剛度的相關的變化，對稱性都應該是立面設計中最值得考慮的問題。不對稱的布置會產生剛度以及強度上的突變，使得豎向的應力集中或者是變形集中，從而導致建筑在中小型地震中遭到了損壞、而在大震時就會面臨倒塌的嚴重后果。對于L型、T型、S型等不對稱的平面復雜結構，主要取決于建筑功能和設計風格和方向，但這種結構內部結構的基本對稱也是可以實現的，結構工程師會對這樣的平面做合理的結構布置。設計結構的不對稱除了引起變形不利于抗力承重以外，也容易造成材料浪費，成本增加。在水平荷載作用下結構側移已成為高層建筑設計中的關鍵控制因素，建筑平面的形狀宜選用風壓較小的形式，并應考慮鄰近高層建筑對其風壓分布的影響，還必須考慮有利于抵抗能力和豎向荷載，在地震作用下，建筑平面要力求簡單規則。風荷載作用下則可適當放寬，因為結構整體彎曲變形所引起的側移與結構體系抵抗傾覆力矩的有效寬度的三次方成反比例關系，所以不宜建筑寬度很小的建筑物。

2.2 合理的建筑結構體系選擇

①概念設計應對建筑物結構體系有明確的簡圖和合理的抗震說明。②設計應對整體抗震能力和重力荷載有一定承載能力和防御能力，不能因為部分結構的破壞而影響整體結構。③結構體系宜具有合理的剛度。主體抗側力結構的剛度合理是高層建筑結構設計的重要指標之一。1）主體抗側力結構剛度過大，結構的基本自振周期縮短，地震作用加大，結構承受的水平力，傾覆彎矩加大，地基基礎的負擔加大，此時結構的截面和相應的構造配筋增加較大，不經濟。2）主體抗側力結構剛度過大，勢必造成結構所占的面積，空間加大，影響建筑作用，降低建筑平面利用系數，不合理。

3 建筑結構的簡化計算

3.1 科學選用結構方案 科學的結構方案包含結構體系以及結構形式的合理性，要確定結構體系的整體布置、抗震節點設計等。在設計時，建筑師對建筑體要求，材料，結構特征以及地質條件施工技術等做整體評估，并同施工方和業主方協商，簡化計算，確定結構，擬定策略，方案結構的初選是概念設計的必選之路，也是切實可行的最簡單快捷的方法。

3.2 使結構設計經濟合理 住宅建筑越來越商品化，作為投資方總是希望利潤最大化。由此在結構設計時不僅要滿足“規范化計算”，而且還要在安全、符合現行國家規范前提下，從各個環節進行優化設計，多個方案做比較，使最終的成品要安全可靠、經濟合理，節能節材，降低造價。概念設計通過對高層建筑簡化計算，先確定主體抗側力結構并合理規劃樓層結構和截面，再通過電算對概念設計進行深化和精確，這樣不僅能節省電算時間，結果也比較準確，從而使結構設計更加經濟合理。

3.3 確保計算結果的準確性 現代基本上采用計算機軟件設計建筑結構，這樣的設計軟件較多，往往各類軟件計算的結果存在一定差異。因此，設計師不能太依賴軟件，而應從實際出發，并根據自己多年的經驗，對數據進行具體分析，并嚴格按照制度進行。

4 概念設計在建筑結構設計中的應用

4.1 平面設計 平面設計總圖用來正確確定臨時建筑及其他設施位置，以及修建工地運輸道路和解決排水等所需的資料；一切已有和擬建的地下、地上管道位置。用來決定原有管道的利用或拆除以及新管線的敷設與其他工程的關系，并注意不能在擬建管道的位置上搭設臨時建筑。

4.2 剖面設計 建筑剖面設計主要解決層高 （凈高）、室內外高差、垂直交通（樓梯的豎向布置）這三個問題。是建筑師對建筑物內部的處理，結構工程師能夠在剖面圖中得到更為準確的層高信息及局部地方的高低變化，剖面信息直接決定了剖切處梁相對于樓面標高的下沉或抬起，又或是錯層梁，或有夾層梁，短柱等，對剖面的設計能直觀的反應設計要點。

4.3 建筑基礎設計 建筑基礎設計不僅與地基相互作用，也牽涉到上部結構的穩定性。要考慮到地區的原始材料，如氣候問題，交通、公共排水溝，易燃易爆妨礙人體健康的設施布置等。也要考慮到建筑地域的豎向資料和土方平衡，用來解決水、點管線的布置和土方的填挖，取土、棄土位置，還要考慮到樓層材料和承重力，控制高低層的沉降差很重要，地基沉降量不能過大，過深。依附于天然地基的建筑，低層一般采用雙向條形或單獨地基，若高低層不分開，應確保地基條件好，或者直接采用樁基，地下室有直通要求或上部結構層數差別大，必須做成整體基礎就可采用這種形式。通往地下車庫的通道應平行于外壁，便于鋪設防水層，也能保證高層建筑的整體連接。

5 結束語

總而言之，概念設計是建筑結構設計中不可或缺的一部分，建筑設計人員在進行結構設計時，應該重視相關結構的概念設計，而不是僅僅依靠先進的計算機技術來進行設計，充分利用自身的設計經驗和實踐實際，不斷提升自身的設計專業技能，才能不斷提高概念設計的水平，從而提升建筑結構設計的品質。

參考文獻：

篇8

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

中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號：

1 引言

建筑抗震設計可分為計算、構造、概念設計三部分，一般結構工程師都重視計算和構造兩個方面，而常常忽視概念設計在抗震設計中的重要性。其實從20世紀70年代以來，人們在總結大震災害經驗中發現：對結構抗震設計來說，“概念設計”遠比“計算設計”更重要。然而抗震概念設計的重要性和豐富內涵往往在嚴格的規范規定和一體化的程序設計中被淡化了。歷次地震表明：如果概念設計不利于抗震，那么不論計算多“精密”，也常常無濟于事；如果概念設計非常成功，建筑物往往能承受大大超過計算時的抗震烈度而安然無恙。

建筑抗震概念設計是根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。概念設計涉及從方案、結構布置到計算簡圖的選取，從截面配筋到構件構造配筋都存在概念設計的內容。

2 高層建筑結構抗震概念設計的重要性

在設計中，雖然分析計算是必須的，也是設計的重要依據．但僅靠此往往不能滿足結構安全性、可靠性的要求，不能達到預期的設計目標，因此必須非常重視概念設計。從某種意義上講，概念設計甚至比分析計算更為重要，因為合理的結構方案是安全可靠的優秀設計的基本保證。高層建筑結構設計尤其是在高層建筑結構抗震設計中，更應重視概念設計。這是因為高層建筑結構的復雜性、發生地震時震動的不確定性、人們對地震時結構響應認識的局限性與模糊性、高層結構計算尤其是抗震分析計算的精確性、材料性能與施工安裝時的變異性、結構計算模型的假定與地震時的實際工作有很大的差異以及其他不可預測的因素，致使設計計算結果（尤其是經過實用簡化后的計算結果）與實際相差較大，甚至有些作用效應至今尚無法定量計算出來。

3 高層建筑結構抗震概念設計的主要內容

3.1 結構剛度的選擇

對于高層建筑抗震設計，結構剛度的選擇，應該結合結構的具體高度、 體系和場地條件進行綜合判斷， 剛度大則結構地震作用大，要求較大的構件尺寸和鋼材用量也不經濟。如果結構偏柔性則地震作用小，但是變形較大。因此，要以變形作為控制因素，將變形控制在規范許可的范圍內，要使結構有足夠的剛度，設置部分剪力墻的結構有利于減小結構變形和提高結構承載力；同時，應根據場地條件來設計結構，硬土地基上的結構可以柔一些，軟土地基上的結構可以剛一些。通過改變高層建筑結構的剛度調整結構的自振周期，使其偏離場地的卓越周期。

3.2 結構平面布置原則

抗震結構平面布置宜簡單、規則，減少突出、凹進等復雜平面，但是，更重要的是結構平面布置時要盡可能使平面剛度均勻，減少地震作用下的扭轉。扭轉對結構的危害很大，減少結構扭轉引起的破壞一般從兩個方面入手：（1）減少地震引起的扭轉；（2）增加結構抵抗扭轉的能力。平面剛度是否均勻是地震造成扭轉破壞的重要原因，而影響剛度是否均勻的主要因素是剪力墻的布置，剪力墻集中布置在結構平面的一端是不好的，大剛度抗側力單元偏置的結構在地震作用下扭轉大，對稱布置剪力墻有利于減少扭轉。周邊布置剪力墻，或周邊布置剛度很大的框筒，都是增加結構抗扭剛度的重要措施，有利于抵抗扭轉。

3.3 結構豎向布置原則

結構宜做成上下等寬或由下而上逐漸減小的體型，更重要的是結構的抗側剛度應當沿高度均勻， 或沿高度逐漸減小。豎向剛度是否均勻，也主要涉及剪力墻的布置?？蛑Ъ袅κ堑湫偷难馗叨葎偠韧蛔兊慕Y構，它的主要危險在于框支層的變形大，框支層總是表現為薄弱層，全部由框支剪力墻組成的結構幾乎不可避免地遭受嚴重震害。通常引起豎向剛度不均勻的情況還有：在某個中間樓層抽去剪力墻，或在某個樓層設置剛度很大的實腹梁作為加強或轉換構件，樓層的剛度突然減小或突然加大都會使該層及其附近樓層的地震反應發生突變而產生危害。

3.4 應有意識地加強薄弱環節

(1) 結構在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載力分析(而不是承載力設計值的分析)是判斷薄弱層的基礎。

(2) 要使樓層的實際承載力和設計計算的彈性受力之比在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層的這個比例有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。

(3) 要防止在局部上加強而忽視整個結構各部位剛度、承載力的協調。

(4) 在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，這是提高結構總體抗震性能的主要手段。

3.5 加強結構的延性

在“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設計原則下，鋼筋混凝土結構都應該設計成延性結構，即在設防烈度地震作用下，允許部分構件出現塑性鉸，這種狀態是“中震可修”狀態；當合理控制塑性鉸部位、構件又具備足夠的延性時，可做到在大震作用下結構不倒塌。高層建筑各種抗側力體系都是由框架和剪力墻組成的，作為抗震結構都應該設計成延性框架和延性剪力墻。延性結構的構件設計應遵守“強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱桿件，強底層柱”的原則，承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

3.6 結構剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當結構具有較高的抗力時，其總體延性的要求可有所降低；反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對結構提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個結構的承載力和構造等因素，來衡量結構具有的抵抗地震作用的能力。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關，使其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關。但是，提高結構的抗側剛度，往往是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力，最理想的是使結構中的所有構件都具有較高的延性，然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿件的延性是比較經濟有效的辦法。因此，在確定建筑結構體系時，需要在結構剛度、承載力及延性之問尋找一種較好的匹配關系。

3.7 設計多道設防結構

（1）超靜定結構

靜定結構是只有一個自由度的結構，在地震中只要有一個節點破壞或一個塑性鉸出現，結構就會倒塌。抗震結構必須做成超靜定結構，因為超靜定結構允許有多個屈服點或破壞點。將這個概念引申，抗震結構不僅是要設計成超靜定結構，還應該做成具有多道設防的結構。第一道設防結構中的某一部分屈服或破壞只會使結構減少一些超靜定次數。同時要注意分析并控制結構的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應當作為第一道設防，連梁先屈曲或破壞都不會影響墻肢獨立抵抗地震力。

（2）雙重抗側力結構體系

雙重抗側力結構體系是可能實現多道設防結構的一種類型，而且雙重抗側力結構的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側力體系的特點是，由兩種變形和受力性能不同的抗側力結構組成，每個抗側力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接協同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當其中一部分結構有所損傷時，另一部分應有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作片用力。在抗震結構中設計雙重抗側力體系實現多重設防，才是安全可靠的結構體系。

4 小結

由于地震的隨機性和高層建筑的復雜性，增加了高層建筑抗震設計的難度。如果想簡單的依靠數值計算來解決現實中的抗震問題是不現實的。因此，越來越多的人把目光投向了抗震概念設計，借助抗震概念設計，可以避免設計人員陷入盲目計算，使其明確抗震設計思想，恰當應用抗震設計原則，從而合理的進行高層建筑結構的抗震設計。

參考文獻：

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對于工業建筑而言，其結構設計合理與否，不僅決定著工業建筑建設質量，也影響著工業建筑建設資金投入。只有科學的設計，工業建筑結構才會合理，與生產活動和工藝要求等相適應。工業建筑與民用住宅建筑不同，其結構設計更復雜，安全性要求更高，要適應生產活動和工藝要求。介于此，進行工業建筑結構設計的復雜性與安全性分析是必要的，利于加深對工業建筑結構的認識。

1工業建筑簡述

1.1概念

工業建筑，指的是提供人民從事各類生產活動的建筑物或構筑物[1]。其中，構筑無有煙囪、水塔等，建筑物有化工廠房、紡織廠房、醫藥廠房等各類型廠房。

1.2特點

工業建筑主要特點：（1）要有足夠的面積和空間；（2）符合生產工藝要求，安全性要求很高；（3）具體的生產活動不同，工業建筑結構形式也不同，要根據生產活動及其特點進行結構設計；（4）屋面排水、通風、采光及構造處理等方面復雜性較高。

2工業建筑結構設計的復雜性與安全性

2.1結構選型

由于工業廠房建成后的使用用途不同，不同的工業廠房，其生產工藝等方面要求是不同的[2]。所以，進行工業廠房結構選型時，要充分考慮工業廠房的使用用途、施工條件等因素，不僅要使用材質好、壽命長的材料，還要確保建成后的工業廠房結構能夠靈活的適應的生產容量等方面變化。下面對工業建筑常用的結構形式進行了分析：第一，鋼筋混凝土結構。鋼筋混凝土結構，具有建材采購方便、施工便利、耐火耐蝕、現場建筑、成本低等優勢。而且，按照這種結構建造出來的建筑，有著很廣的適用性，很多廠房都采用鋼筋混凝土結構。第二，鋼結構。鋼結構一般采用工業化體系建設，工期短、成本低、施工方便，且適用于大跨度、大空間的工業廠房。但是受材質限制，這種結構防火、防腐蝕性能較差，如果工業建筑采用這種結構類型，必須注重防火、防腐蝕方面設計。從以上內容可以看出，一般情況下，工業建筑結構建議采用鋼筋混凝土結構，因為這種建筑結構優勢明顯，不需要特別注意防火、防腐蝕方面的設計，安全性較高。但是如果是大跨度、大空間、振動較大的工業建筑，適宜采用鋼結構。

2.2平面布置

確定工業建筑選址后，以生產工藝流程為依據進行建筑總平面設計，合理確定各分區、豎向設計、公用設施等[3]。進行工業建筑總平面布置時，除了以生產工藝流程為依據外，還要考慮職工生活用戶、生產經營管理用房、福利設施用房，以及污染問題，按照全局角度考慮平面布置。為了確?？偲矫娌贾玫暮侠硇?，設計者可以采用計算機軟件輔助設計，如建筑信息模型，基于同一模型設計多種設計方案，優選出最佳平面布置方案。

2.3生產工藝要求

建造后的工業建筑是用于生產活動的，為了生產活動的正常運作，工業建筑結構設計必要以生產工藝為依據，將生產工藝和生產活動做出結構設計的出發點，這樣才能保證工業建筑結構設計合理。對于工業建筑而言，其生產工藝要求主要體現在三個方面：（1）生產流程。生產流程影響著各部門、各工段平面的次序和相關關系；（2）運輸方式及工具。運輸方式及工具影響著工業建筑結構類型選用、平面布置等設計工作；（3）生產特點。生產活動具有污染、易燃易爆等特點，做好生產環境、防腐蝕等方面的設計工作。

2.4防腐蝕設計

工業建筑建成投入使用后，受生產工藝和生產活動影響，生產過程中經常使用或產生酸堿鹽類物質，容易腐蝕建筑物。所以，進行工業建筑結構設計時，要特別注重防腐蝕設計。第一，選用防腐性能好的材料，或對建材采用防腐措施。如，門窗使用木質、塑料、玻璃鋼等防腐性能好的材料；金屬掛件涂抹耐腐蝕的涂料，在金屬表面形成防腐層；地面采用瀝青混凝土、花崗巖等材料。第二，結構構件采用鋼筋混凝土材質，同時是混凝土表面涂抹耐腐蝕的涂料。如果結構構件使用鋼材，務必要做好防腐蝕措施，必須在鋼表面涂抹環氧樹脂漆等材質的防腐蝕涂料。第三，帶有腐蝕性的生產活動要集中布置在下風側或水流的下游，限制酸堿鹽類物質腐蝕工業建筑結構。

2.5防震設計

防震設計是關鍵的，它在工業建筑結構設計上占據首要位置，因為它直接決定著工業建筑后結構的安全性。根據我國相關規定，工業建筑方防震設計要求比較高，如果不能達到安全性要求，一旦遭受意外的沖擊振動，所造成的后果是嚴重的，特別是生產活動具有易燃易爆特點的，危及工業建筑區內及周圍范圍內的人員生命安全。因此，進行工業建筑結構設計時，必須合理進行防震設計，符合抗震要求。當工業建筑結構規則、對稱，整體性比較好時，按照工業建筑結構及其抗側力結構進行抗震設計；當工業建筑結構整體性比較差使，要按照工業建筑結構抗震設計要求采用相應的加強措施，增強工業建筑結構的抗震性；當工業建筑廠房的結構高差比較大時，必須將生產用房與生活用房、管理用房等分開來布置，并分開相鄰的抗震縫，便于提高結構的抗震性。此外，抗震縫兩側要布置墻等構件，并按照設計要求合理控制抗震縫寬度。

3結論

綜上所述，工業建筑不同于民用住宅建筑，其結構設計具有較高的復雜性與安全性。為滿足工業建筑結構設計的復雜性與安全性要求，要認真的進行工業建筑結構選型、總平面布置、防腐蝕設計、防震設計等工作，使工業建筑結構設計符合生產工藝要求，滿足建造后的使用用途，達到相關設計標準。

參考文獻：

[1]潘紹潔.工業建筑結構設計的復雜性及安全性[J].科技展望,2016(07):33.

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中圖分類號：TU2

地震作用影響因素極為復雜，它是一種隨機的、尚不能準確預見和準確計算的外部作用，目前規范給出的計算方法還是一種半經驗半理論的方法，要進行精確的抗震計算還有一定的困難，因此人們在工程實踐中提出了“建筑抗震概念設計”。結構的抗震設計應該是綜合概念設計、計算和結構措施等完整的一系列設計 。

1 建筑的抗震概念設計

所謂“建筑抗震慨念設計”是指根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，依此進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。掌揖了抗震概念設計，有助于明確抗震設計思想，靈活、恰當地運州抗震設計原則，使設計人員不至于陷入盲目的計算工作，從而做到比較合理地進行抗震設計。

2 高層建筑結構設計更應重視概念設計

在設計中，雖然分析計算是必須的，也是設計的重要依據，但僅靠此往往不能滿足結構安全性、可靠性的要求，不能達到預期的設計目標，因此必須非常重視慨念設計。從某種意義上講，慨念設計至比分析計算更為重要，因為合理的結構方案是安全可靠的優秀設計的基本保證．高層建筑結構設計尤其是在高層建筑結構抗震設計中，更應重視概念設計。這是因為高層建筑結構的復雜性、發生地震時震動的不確定性、人們對地震時結構響應認識的局限性與模糊性、高層結構計算尤其是抗震分析計算的精確性、材料性能與施工安裝時的變異性，結構計算模型的假定與地震時的實際工作有很大的差異以及其他不可預測的因素，致使設計算結果(尤其是經過實剛簡化后的計算結果) 與實際相差較大，甚至有些作用效應至今尚無法定量計算出來。

3 高層混凝土建筑結構抗震概念設計的基本內容

3．1 首先應重視高層建筑結構的規則性

建筑設計應符合抗震慨念設計的要求，不應采用嚴重不規則的形狀設計方案．合理的建筑布置在抗震設計中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對稱， 為震害表明，此種類型建筑在地震時較不容易破壞，而且容易估計出其地震反應，易于采取相應的抗震構造措施和進行細部處理?！敖ㄖY構的規則性”包含了對建筑的平立面外形尺寸，抗側力構件布置、質量分布，承載力分布等諸多閃素的綜合要求?！耙巹t建筑”體現在體形(平面和立面的形狀)簡單；抗側力體系的剛度承載力上下變化連續、均勻；平面布置基本對稱。

3．2 結構剛度、承載力和延性要有合理的匹配

當結構具有較高的抗力時，其總體延性的要求可有所降低；反之，較低的抗力需要較高的延性要求相配合。對結構提出了“綜合抗震能力”的概念，就是要綜合考慮整個結構的承載力和構造等因素，來衡量結構具有的抵抗地震作用的能力。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關，與其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關。但是，提高結構的抗側剛度，往往是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力，最理想的是使結構中的所有構件都具有較高的延性，然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿件的延性是比較經濟有效的辦法。因此，在確定建筑結構體系時，需要在結構剛度、承載力及延性之問尋找一種較好的匹配關系。

3．3 設計多道設防結構

3．3．1 超靜定結構

靜定結構是只有一個自由度的結構，在地震中只要有一個節點破壞或一個塑性鉸出現，結構就會倒塌?？拐鸾Y構必須做成超靜定結構，因為超靜定結構允許有多個屈服點或破壞點。將這個概念引申，抗震結構不僅是要設計成超靜定結構，還應該做成具有多道設防的結構。第一道設防結構中的某一部分屈服或破壞只會使結構減少一些超靜定次數。同時要注意分析并控制結構的屈曲或破壞部位，控制出鉸次序及破壞過程。有些部位允許屈服或允許破壞，而有些部位則足允許屈服，不允許破壞，甚至有些部位不允許屈服。例如，帶連梁的剪力墻中，連梁應當作為第一道設防，連梁先屈曲或破壞都不會影響墻肢獨立抵抗地震力。

3．3．2 雙重抗側力結構體系

雙重抗側力結構體系是可能實現多道設防結構的一種類型，而且雙重抗側力結構的抗震性能較好。這里提出的雙重抗側力體系的特點是，由兩種變形和受力性能不同的抗側力結構組成，每個抗側力體系都有足夠的剛度和承載力，可以承受一定比例的水平荷載，并通過樓板連接協同工作，共同抵抗外力。特別是在地震作用下，當其中一部分結構有所損傷時，另一部分應有足夠的剛度和承載力能夠共同抵抗后期地震作片用力。在抗震結構中設計雙重抗側力體系實現多重設防，才是安全可靠的結構體系。

3．3．3 總結構體系與基本分結構體系

1972年12月23日尼加拉瓜首都發生強烈地震，1萬多棟樓房倒塌。林同炎公司1963年設計的美州銀行大樓，雖位于震中，承受比設計地震作用0．06g大6倍的地震0．35g而未倒塌，引起世界同行的高度重視。眾所周知，建筑物在地震作用下的運動與由風引起的位移是不同的，在強烈地震作用下，結構會在任意方向變形。在高層建筑中，這種變形更為復雜。當然主要是第一振型，同時也包括具有鞭梢效應的第二、第三振型，變形量很大。所以設計者主要考慮的是如何避免就其結構同有特征會引起倒塌的過大變形。再則，設計高層結構所考慮抗風與抗地震要求的出發點往往是矛盾的。剛度大的結構對抗風荷載有利，動力效應?。环粗^柔的結構有利于抗震。所以要設計一個抗風及抗震性能都很好的高層結構不很容易。林同炎教授的設計思想是設計一個由4個柔性筒組成的，具有很大抗彎剛度的結構總體系。在抗風荷載及設防烈度的地震作用下表現為剛性體系。當遇到罕見的強烈地震時，通過控制各分體系(柔性筒)之間的聯接構件(鋼筋混凝土連梁)的屈服、破壞，而變成具有延性的結構體系，即各分體系獨立工作，則結構的自振周期變長，阻尼增加，即使超出彈性極限，仍持有塑性強度，可做到搖擺而不倒塌。地震后的實地觀察，證明其設計思想是正確的，正如預料的那樣，聯梁的混凝土剝落，粱中有明顯裂縫。但4個柔性筒的本身均無裂縫，筒壁仍處于彈性階段。

3．4 抗側力結構和構件應設計成延性結構或構件

延性是指構件或結構具有承載能力基本不降低的塑性變形能力的一種性能。在“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設計原則下，結構應設計成延性結構。當設計成延性結構時，由于塑性變形可以耗散地震能量，結構變形加大，但結構承受的地震作用不會直線上升，也就是說，結構是用它的變形能力在抵抗地震作用。延性結構的構件設計應遵守“強柱弱梁，強剪弱彎，強節點弱桿件，強底層柱”原則，承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

3．5 應有意識地加強薄弱環節

(1)結構在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載力分析(而不是承載力設計值的分析)是判斷薄弱層的基礎。

(2)要使樓層(部位)的實際承載力和設計計算的彈性受力之比在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的這個比例有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性

變形的集中。

(3)要防止在局部上加強而忽視整個結構各部位剛度、承載力的協調。

(4)在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，這是提高結構總體抗震性能的主要手段。

4 做好高層建筑結構概念設計還應注意的問題

(1)結構方案要根據建筑使用功能、房屋高度、地理環境、施工技術條件和材料供應情況、有無抗震設防來選擇合理的結構類型。

(2)不同結構體系在豎向荷載、風荷載及地震力作用下的受力特點。

(3)風荷載、地震作用及豎向荷載的傳遞途徑。

(4)結構破壞的機制和過程，以加強結構的關鍵部位和薄弱環節。

(5)預估和控制各類結構及構件塑性鉸區可能出現的部位和范圍。

(6)場地選擇、地基基礎設計及地基變形對上部結構的影響。