概念設計與結構措施在抗震設計中的重要性摘要概念設計的重要性在于它從整體上把握了結構體系的合理性；結構措施確保著結構單元在共同工作的過程中不會發生局部破壞而導致整體結構失效。本文通過深入分析，闡述了其在抗震設計中的重要性。在建筑結構的抗震設計中，概念設計與結構措施至關重要，不僅彌補了結構計算的不足，也進一步確保了建筑結構的安全性與經濟性，在一定程度上它反映著一個結構工程師的設計水平。下面就這兩個問題展開進一步的研究和探討。1概念設計的重要性在抗震設計過程中，概念設計體現了一個結構工程師的整體設計思路，和對地震力作用下結構體系的總體受力模型的認識程度。概念設計是展現設計思想的關鍵，一個結構工程師的主要任務就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計，并能有意識地處理構件與結構、結構與結構的關系。一般認為，概念設計做得好的結構工程師，隨著他的不懈追求，其結構概念將隨他的年齡與實踐的增長而越來越豐富，設計成果也越來越創新、完善。然而，隨著社會分工的細化，大部分結構工程師只會依賴規范、設計手冊、計算機程序做習慣性傳統設計，缺乏創新，更不愿（不敢）創新，有的甚至拒絕對新技術、新工藝的采納（害怕承擔創新的責任）。大部分工程師在一體化計算機結構程序設計全面應用的今天，對計算機結果明顯不合理、甚至錯誤而不能及時發現。隨著年齡的增長，導致他們在大學學的那些孤立的概念都被逐漸忘卻，更談不上設計成果的不斷創新。強調概念設計的重要，主要還因為現行的結構設計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性，比如對混凝土結構設計，內力計算是基于彈性理論的計算方法，而截面設計卻是基于塑性理論的極限狀態設計方法，這一矛盾使計算結果與結構的實際受力狀態差之甚遠，為了彌補這類計算理論的缺陷，或者實現對實際存在的大量無法計算的結構構件的設計，都需要優秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。同時計算機結果的高精度特點，往往給結構設計人員帶來對結構工作性能的誤解，結構工程師只有加強結構概念的培養，才能比較客觀、真實地理解結構的工作性能。概念設計之所以重要，還在于在方案設計階段，初步設計過程是不能借助于計算機來實現的。這就需要結構工程師綜合運用其掌握的結構概念，選擇效果最好、造價最低的結構方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結構概念，深入、深刻了解各類結構的性能，并能有意識地、靈活地運用它們。2結構措施的重要性在地震力作用下，我們不希望在結構整體遠未達到其設計荷載時，它的某些部件即出現破壞而導致結構整體失效。因此就要求結構內部的各個構件能夠相互配合，共同工作。這不僅要求結構構件在承載能力極限狀態能共同受力，同時達到極限狀態，還要求他們能有共同的耐久壽命。結構的協同工作表現在基礎與上部結構的關系上，必須視基礎與上部結構為一個有機的整體，不能把兩者割裂開來處理。舉例而言，對磚混結構，必須依靠圈梁和構造柱將上部結構連接成一個整體，而不能單純依靠某一方向的承重墻來抵抗水平地震力作用，所有圈梁和構造柱的設置，都必須圍繞這個中心，這就是結構措施在抗震設計中的應用。結構措施的應用，還在于當結構受力時，結構中的各個構件能同時達到較高的應力水平。在多高層結構設計時，應盡可能避免短柱，其主要的目的是在水平地震力作用下，使同層各柱在相同的水平位移時，能同時達到最大承載能力，但隨著建筑物的高度與層數的加大，巨大的豎向和水平荷載使底層柱截面越來越大，從而造成高層建筑的底部數層出現大量短柱，為了避免這種現象的出現，對于大截面柱，可以通過對柱截面開豎槽，使矩形柱成為田形柱，從而增大長細比，避免短柱的出現，這樣就能使同層的抗震結構在相近的水平位移下，達到最大的水平承載力；而對于梁的跨高比的限制，一般還沒有充分認識到。實際上與長短柱混雜的效果一樣，長、短梁在同一榀框架中并存，也是極為不利的，短跨梁在水平地震力的作用下，剪力很大，梁端正、負彎矩也很大，其配筋全部由水平地震力決定，豎向荷載基本不起作用，甚至于梁端正彎矩鋼筋也會出現超筋現象，同時，由于梁的剪力增大，也會使支承柱的軸力大幅增大，這種設計是不符合協同工作原則的，同時，結構的造價必將會上升。多高層結構設計的主要目的即是為了抵抗水平地震力和風荷載的作用，防止扭轉。為有效的抵抗水平地震力作用，平面上兩個正交方向的尺寸宜盡量接近，目的是保證這兩個方向上的“慣性矩”相等，以防止一個方向強度（穩定性）儲備太大，而另一個方向較弱，因此，抗側力結構（柱、剪力墻）宜設置在四周，以增大整體的抗側剛度及抗扭慣性矩，同時，應加大梁或樓層的剛度，使柱（或剪力墻）能承擔較大的整體彎矩，這就是“轉換層”的概念。防止扭轉的目的，是因為在扭轉發生時，各柱節點水平位移不等，距扭轉中心較遠的角柱剪力很大，而中柱剪力較小，破壞由外向里，先外后里。為防止扭轉，抗側力結構應對稱布置，宜設在結構兩端，緊靠四周設置，以增大抗扭慣性矩。因此，高層或超高層建筑中，盡管角柱軸壓比較小，但其在抗扭過程中作用卻很大（若角柱先壞，整個結構的扭轉剛度或強度下降，中柱必定依次破壞），同時，在水平力的作用下，角柱軸力的變化幅度也會很大，這樣勢必要求角柱有較大的變形能力。由于角柱的上述作用，角柱設計時在承載力和變形能力上都應有較多考慮，如加大配箍，采用密排箍筋柱、鋼管混凝土柱。目前，部分已建建筑在其四角設置巨型鋼管柱，從而極大地增強了角柱的強度和抗變形能力。在高層建筑結構設計中，柱軸壓比的限值已成為困擾結構工程師的實際問題，隨著建筑高度的增加，結構下部柱截面也越來越大，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋，即使采用高強混凝土，柱截面也不會明顯降低。實際上，柱的軸壓比大小，直接反映了柱的塑性變形能力，而構件的變形能力會極大地影響結構的延性。混凝土基本理論指出：混凝土構件的曲率延性，即彎曲變形能力主要取決于截面的相對受壓區高度和受壓區邊緣混凝土的極限變形能力。相對受壓區高度主要取決于軸壓比、配筋等，混凝土的極限變形能力主要取決于箍筋的約束程度，即箍筋的形式和配箍特征值（λ=ρfyfc）。因此，為了增大柱在地震作用下的變形能力，控制柱的軸壓比和改善配箍具有同樣的意義，因而采用密排螺旋箍筋柱或鋼管混凝土均可以提高柱軸壓比的限值。從上述結構構件的演化，推而廣之，在結構設計中，只有當構件越多處于軸心受力狀態，其材料的利用率才可以高，經濟性也就越好。對框架結構，豎向載作用下，框架柱宜處于小偏心受壓下工作，若大量柱處于大偏心受壓工作狀態，則該結構方案的經濟性一般不好，故對非地震區的框架結構，其框架柱應優先設計為小偏心受壓。這里就出現了一個矛盾，在地震作用下，大部分柱可能處于大偏心受壓狀態工作，截面設計時，大量柱的配筋僅僅是為萬一發生地震而增加的，這些鋼材在不發生地震時，將不起絲毫作用，這顯然是不經濟的，與抗震設計的整體思想也不相符。為避免這種現象的出現，一方面應設法加強結構整體性，必要時，在某些樓層設置剛性轉換層，從而加大整體彎矩，減小引起柱彎曲變形的局部彎矩；另一方面，對柱的設計，可將整個樓層面的柱設計為多肢柱，使多肢柱的每一根桿件都能處于軸心受力狀態，如對鋼管混凝土柱，只有在小偏心受壓（或