1 概念設計的意義

　　概念設計的應用面非常廣泛，幾乎組含了所有的結構設計。在不確定因素多、受力狀況變化較大的抗震設計、高層建筑設計、基礎設計中，概念設計的應用尤顯重要和突出。

　　概念設計的重要性，主要體現在三方面：一是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。為了彌補計算理論的缺陷，或實現對實際存在的大量無法計算的結構構件的設計，都需要用概念設計來滿足結構設計的目的。二是由于在方案設計階段，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。概念設計在設計人員中提得比較多，但往往被人們片面地理解，認為其主要是用于一些大的原則，如確定結構方案、結構布置等。其實，在設計中任何地方都離不開科學的概念作指導。三是由于計算機計算結果的高精度，容易給結構設計人員帶來對結構工作性能的誤解，過分地依賴于計算機和設計軟件，進行習慣性、傳統的結構設計，對計算結果明顯不合理、甚至錯誤的地方不能及時發現，使許多的建筑結構留下安全隱患。因此，概念設計在結構設計中具有重要的地位。

　　2 總體指標控制

　　計算判斷結構抗震是否可行的主要依據是在風荷載和地震作用下水平位移的限值 ;地震作用下，結構的振型曲線，自振周期以及風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，總體指標對建筑物的總體判別十分有用。若剛度太大，周期太短，導致地震效應增大，造成不必要的材料浪費;但剛度太小，結構變形太大，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。周期約為層數的0.06倍～0.08倍之間。而對結構布置扭轉的控制：在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構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，不應大于該樓層平均值的1.4倍。建議對于頂層構件可不考慮在內，否則很難滿足上述指標。

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

　　因此，在小高層建筑房屋中，結構構件宜采用高強度材料，非結構構件和圍護墻體應用輕質材料。減輕房屋自重，既減小了豎向荷載作用下構件的內力，使構件截面變小 ，又可減小結構剛度與地震效應，不但能節省材料，降低造價，還能增加使用空間。

　　3 基礎設計

　　研究地基基礎對建筑抗震能力的影響 ，作出恰當的選擇，已成為高層建筑結構設計的重要部分，基礎是房屋的根基，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，再好的上部結構也不可能正常發揮其作用，甚至可能導致上部結構的破壞與傾斜。

　　目前的小高層由于考慮埋置深度的要求，一般均設置地下室。如何對基礎進行合理選型，將對整個地下室設計的經濟性產生重要影響。例如，某工程，上部十八層帶一地下室，根據勘察報告，采用φ400預應力管樁，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.總的樁延米數量相當，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，經濟性明顯。因此，認為基礎選型應作方案比較，才能選定經濟合理的方案。而對于筏板厚度的取值，則應考慮樁沖切、角樁沖切、墻沖切及板配筋等多方面的因素。

　　另外，筏板長度的設置也須研究探討，由于考慮地下室的使用合理性，常規采用設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，甚至由于處理不當而引起后澆帶漏水及裂縫。而有些高層，長寬均達100 m以上，中間就設置幾條后澆帶,也沒有其他措施，這樣是不妥當的。

　　4 剪力墻設計

　　1)布置：剪力墻布置必須均勻合理，使整個建筑物的質心和剛心趨于重合，且x，y兩向的剛重比接近。結構布置應避免一字形剪力墻，若出現則應布置成長墻(h/ω>8);應避免樓面主梁平面外擱置在剪力墻上，若無法避免，則剪力墻相應部位應設置暗柱，當梁高大于墻厚的2.5倍時，應計算暗柱配筋 ，轉角處墻肢應盡可能長，因轉角處應力容易集中，有條件兩個方向均應布置成長墻;規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構安全及工程的經濟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，豎向鋼筋放在內側。配筋滿足計算及規范建議的最小配筋率即可。建議加強區 (φ10@200，非加強區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別論。因為地下部分墻體配筋大多由水壓力、土壓力產生的側壓力控制，而由于簡化計算經常由豎向筋控制，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側，豎向鋼筋放在外側。地下部分墻體鋼筋保護層按《地下工程防水技術規范》第4.1.6條規定：迎水面保護層應大干50mm，且在保護層內按《混凝土結構設計規范》第9.2.4條規定增設雙向鋼筋網片。在這種情況下 ，很多設計人員在進行外墻裂縫驗算時有效截面高度仍按保護層50mm計算是不妥當的。當采取了雙向鋼筋網片后，計算保護層厚度至少可按 30 mm來取值，這對節省墻體配筋效果相當明顯。

　　剪力墻按規范應設置邊緣構件，一、二級抗震設計的剪力墻底部加強部位及其上一層的墻肢端部應設置約束邊緣構件;其余剪力墻應按《高層建筑混凝土結構技術規程》第 7.2.17條設置構造邊緣構件。現就構造邊緣構件的配筋作一點討論。

　　首先要區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屬短肢墻來區別對待配筋。對于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規范要求的最小配筋率，建議加強區0.7%，一般部位 0.5%;對于短肢剪力墻，應按高規第7.1.2條控制配筋率加強區1.2%，一般部位1.0%;對于小墻肢其受力性能較差，應嚴格按高規控制其軸壓比，宜按框架柱進行截面設計，并應控制其縱向鋼筋配筋率加強區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，設計中往往就按長肢墻進行暗柱配筋，這并不妥當，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，則配筋中應考慮該方向短肢的不利影響。建議該短肢配筋率適當加強，可參考短肢墻加強區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，有時很難進行設計，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，相應配筋亦較大，不合理。建議連梁高度計算與設計統一規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。連梁配筋應對稱配置，腰筋同墻體水平筋。

　　目前，各設計院在剪力墻的樓層處均設置暗梁 ，而對暗梁的作用及配筋亦各有理解。對于框架一剪力墻結構，如剪力墻周邊僅有柱而無梁時，則設置暗梁，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。剪力墻結構則沒有這方面的要求，在墻板交接處設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。因此認為，就目前而言，在樓層位置設置暗梁是可行的，但沒有必要設置太大斷面及配筋，建議底部 加強區斷 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 結束語

　　小高層設計時，做好概念設計，根據房屋的建造地點，平立面體形，層數多少，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構體系。在構件設計中精打細算，嚴格執行規范構造要求對于整個建筑物，保證安全，降低造價影響巨大，這也是在今后設計中應該不斷提高和改進的。

　　[參考文獻]

　　[1] 牛慧娟，馬小龍.淺議建筑結構設計中的概念設計[J]，內江科技，2008，(02)，67.