簡述概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用

趙宏偉

摘要：筆者在本文中就建筑工程的概念設計與結構措施在建筑結構設計中的實際應用問題進行了探討，以期為廣大的從業者提供有效的幫助。

關鍵詞：概念設計;結構措施;建筑結構;應用

在實際的設計工作中，人們將概念設計與結構措施應用到建筑結構設計上，用以提高建筑結構設計方案的科學合理性，確保建筑工程能夠順利展開，進而推動建筑行業的健康發展。

1建筑結構設計中的概念設計與結構措施

概念設計在建筑結構設計中，指的是從事建筑結構設計的工程師利用與建筑結構相關的抗震設計知識，來對建筑物進行從宏觀到微觀的分析，在分析的過程中發現問題，并采取有效的手段予以解決，從而保證結構具有優良抗震性能的一種方法，其關鍵點在于“概念”。在進行建筑結構設計的實踐工作中，建筑結構設計人員會在制定建筑結構總方案大綱時，開始使用概念設計，這利于對結構設計方案的總體布局進行大方向的調控。

此外，從宏觀角度來講，概念設計和結構措施在建筑結構中的應用，可以及時發現建筑結構設計中存在的問題并對其進行分析。同時，利用合理的方式對建筑結構設計中涉及到的有關數據進行反復核算，并依據相應的數據以及概念來判斷建筑結構中的薄弱部位，進而對建筑結構設計方案進行優化和創新。在這個過程中，對建筑結構設計人員的思維判斷能力要求較高，需要工作人員能夠準而快的從大量的成功經驗中，找出符合建筑工程要求的相關數據，同時借助概念設計與結構措施在建筑結構設計中的應用，及時發現建筑結構設計中存在問題并加以解決。

2概念設計與結構措施在建筑結構設計中的實際應用

2.1工程概況

本文以某地上商住樓項目為分析對象，該項目擬建建筑物層數27層，其中地上25層、地下2層，建筑總計約2.9萬m2，地上2層為商業，其上23層為住宅，該建筑采用剪力墻結構，場地土類別為III類，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第二組。

2.2施工場地要求與地基基礎選型

本文案例項目在建筑工程的設計方案初步完成前，已經對附近的地質地貌進行了詳細勘測，確認本項目場地及場地附近無全新活動斷裂通過，亦未發現危及本工程安全及場地穩定性的其它不良地質作用，擬建場地可視為穩定場地，可進行本工程建設。依據地質勘察報告，在擬建建筑物0.000以下，最大深度約7米范圍內存在濕陷性黃土層，地基濕陷等級為II級。因此依據地質情況以及綜合設備專業需求，選擇地下一層層高為3.3米，地下二層層高為3.0米，經初步估算后選擇筏型基礎，基礎筏板厚1.4米，至此濕陷性土層全部挖除，規避了濕陷性土層對于基礎及地基處理的影響，基礎埋深也能滿足規范要求。

2.3確定建筑結構的結構體系

確定好建筑工程施工場地的特陛后，要對建筑結構的體系進行確定。因為現行的建筑機構設計規范針對不同的建筑結構體系提出了與之相匹配的適用高度和高寬比，這就要求建筑結構設計人員在對建筑結構進行設計時，必須熟練的掌握各種建筑結構體系的優缺點、使用條件以及相匹配的適用高度和高寬比，并結合建筑工程的實際要求來確定建筑結構的體系。項目平面布置如下圖所示。

2.4抗震等級

建筑物的抗震設防類別，在某種程度上決定了該項目工程的建筑物最終的抗震等級和抗震性。相關的設計人員在對建筑物抗震進行設計時，必須依據國家現行的抗震標準，并根據項目的建筑結構體系類型和建筑高度，來制定合適的建筑結構設計方案，保障最終建造的建筑工程的抗震性能達到預期的要求。

2.5設置防震縫與后澆帶

從結構專業的設計角度而言，在規范允許的條件下建筑應盡可能不設縫，因為必須對設縫的位置進行防水、保溫等多個系列的復雜作業，這在增加成本的同時，也會給施工進度帶來不便，建筑物的整體美觀也會有所影響。如果必須設置如伸縮縫、防震縫、沉降縫等結構縫，如下圖所示，那就要根據相應的設計規范來對結構縫進行設計。在允許的條件下，為利于作業常常用后澆帶來替代伸縮縫。本案例項目由于建筑體型為“十”字形連拼，經初步試算后，根據我省有關規定，屬超限高層建筑，且全樓總長度已達80米。投資方接受設計方建議，采用設置結構縫的措施，有效的減小了溫度應力，控制了結構扭轉，規避了薄弱部位的產生。

2.6建筑結構的計算分析要求

設計人員在對建筑內結構的位移與荷載進行計算分析時，應確保所假設的環境條件、受力方向、計算模型等因素無限接近本項目投入使用后的實際情況;在對位移與受力情況進行計算時，可以認為結構與構件的工作狀態為彈性，采用線性方法分析;而其結構不規則或有明顯薄弱部位可能導致重大地震破壞的建筑結構，應進行罕遇地震下的彈塑性變形分析。例如：樓板平面上的開洞在超過一定的規定后，樓板的平面剛度假定難以實現，就必須考慮樓板平面所產生的變形，防止因計算分析誤差較大而影響建筑結構設計方案的科學及合理性。

2.7調整系數的確定

（1）分析方法的確定及剛性樓板假定的應用。整體指標的計算與分析應讀取平面剛性假定的模型進行分析，對于結構構件的配筋結果應讀取非平面剛性假定的模型進行設計。本項目由于頂部樓層復式設計，導致樓板開洞多且大，個別墻肢被取消，所以還要進行談情時程分析補充包絡計算，并加強頂部樓層的構造措施，如暗柱全高加密，樓板加厚等等。

（2）實際的周期折減系數。由于結構體系的實際剛度會隨著填充墻體對建筑物總體剛度作用效果的增大而增大，使得周期折減系數遞減。而正常的周期折減系數為0.8-1.0，結合本項目的情況，可以得出合理的周期折減系數。

（3）振型數與高寬比。考慮到結構的不規則性，應按扭轉耦聯振型分解法計算，振型數不得少于15個;如果項目具有多塔結構，那么其振型數必須至少是塔數的9倍，且在確定計算振型數時，必須保障振型參與總質量的數量在90%以上才算合格，本項目應依照此原則計算振型數。建筑物高度77.85米，等效寬度15.8米，建筑物高寬比4.93，滿足規范要求。

（4）以荷載大小確定梁端負彎矩調幅系數。由于建筑結構中的梁結構在受到豎向荷載后，其塑性內力會進行重新分布，因此要以荷載大小確定梁端彎矩調幅系數，同時增加相應的跨中彎矩，確保梁結構的穩定性，梁端負彎矩調幅系數可取0.8-0.9。

（5）連梁剛度折減系數。本項目建筑物較高，且所屬地理位置抗震設防烈度為8度，這使得設計人員在建筑抗震設計中會出現連梁剛度相對墻體較小的問題（設計中會采用略長的墻段來保證墻體的抗剪承載力以及控制結構位移），進而導致連梁配筋困難。因此，建筑結構設計人員在對其進行計算的過程中，可以在連梁不受豎向荷載的基礎上適當折減連梁剛度，同時確保最終得出的剛度折減系數數值在0.5-0.7的區間內。

（6）樓面梁剛度增大系數。本項目的樓板與梁整體在實際的施工中按照T形截面梁的結構體系進行施工，但是在計算時要按照矩形的計算方式來對梁截面進行計算。通常情形下，邊框梁的取值為1.5，中間框架梁取值為2.0，可以以此作為判斷依據來對本項目的剛度增大系數進行取值。

3結束語

總而言之，在建筑結構設計中，設計人員可以通過概念設計與結構措施的具體應用，來對建筑結構設計方案進行不斷的優化和革新，進而有效保障建筑工程的質量安全，實現企業工程建設效益的最大化。