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摘要：从建筑物规则对称、刚度适宜、整体机制延性耗能、抗震多道防线设计、妥善处理非结构部件等方面论述了建筑抗震结构总体概念设计，同时指出了在设计过程中应当注意的各类问题。
关键词：抗震设计；建筑物；总体概念设计
中图分类号：U452.2+8 文献标识码：A
抗震总体设计就是要求对结构进行分析，进而进行细致周全的设计，其目标是能使所设计出的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳，从而实现抗震目的。但是，由于地震作用是一种随机性很强的循环往复荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，存在着许多模糊和不确定的因素，尤其是在结构内力方面，鉴于目前未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等诸多因素，计算方法还很不完善，因此在目前科技发展水平和经济条件下，要准确计算或预测建筑物坑震特性和参数等，目前还难以做到。但自从上世纪70年代以来，人们在实践中逐步认识到，宏观的概念设计比以往的数值设计对工程结构抗震效果而言更为重要，而仅仅单靠微观的数学力学计算还很难使建筑物在遭遇地震时真正确保具备良好的抗震能力，因而人们对于概念设计愈来愈重视。所谓概念设计就是从结构总体方案设计一开始，就运用人们对建筑结构抗震已有的正确知识去处理好结构设计中将要遇到的诸如房屋体形、结构体系、刚度分布、构件延性等问题，从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等先期处理，再辅以必要的计算和构造措施，从而消除建筑物抗震的薄弱环节，以期达到合理抗震设计的目的。
1 结构总体概念设计
在建筑结构总体设计中，首先应建立一些总体原则和概念，并根据这些总体原则和概念来处理结构设计方案、材料选型和细部构造等问题，这些设计原则和结构概念中值得关注的包括从建筑物规则对称、刚度适宜、整体机制延性耗能、抗震多道防线设计、妥善处理非结构部件等。
1.1 规则对称，刚度适宜
建筑物刚度不宜太大，刚度大则结构自振周期短，地震作用力大；但也不宜太小，建筑物刚度过柔在地震时会产生过大变形，影响其强度、稳定性、实用性及使用。更为重要的一点是，结构的自振周期应避开建设场地的场地土振动卓越周期，以避免形成共振。
1.2 结构设计整体机制
建筑物破坏机制分为两种，即楼层破坏机制和整体破坏机制，从设计角度而言，应避免出现楼层破坏机制。在此将着重探讨框-剪结构的理想破坏机制。
由于框架结构刚度较小，设计出发点是保证结构有较好的延性和变形能力，即框架设计重点在于延性设计。而剪力墙刚度较大，设计就涉及到强度设计问题了，包括抗弯和抗剪的强度设计，同时也要保证剪力墙具备较好的延性。框-剪结构设计首先强调的是强度设计，其次延性设计。
就对框-剪结构而言，其破坏机制是，在严重地震作用下，梁先于柱表现为塑性状态。首先在连肢梁中出现塑性铰，而后在剪力墙的底部出现塑性铰，再发展才是框架梁，最后在底层柱底部产生塑性铰。概括起来即是，强柱弱梁，强节点弱构件。
1.3 建筑物整体机制延性耗能
在建筑物的整体设计上要注意加强薄弱环节，尽量做到等强度设计。同时，应使建筑结构在一个恰当的部位能消耗大量的能量，在具体设计中即为各式各样的梁，如框架梁、联肢梁等。
结构延性一般用延性系数表示，它表示的是结构极限变形（位移、转角、曲率）与屈服变形的比值，也可以分别用位移延性系数，转角延性系数等来表示，该比值越大，说明结构的延性越好。
混凝土是脆性材料，延性系数只有1～2，混凝土的屈服强度大致是极限强度的40%。
对于整体结构的延性，对结构材料的延性和对构件截面的延性三者的要求应该是不同的，即应该对后者的要求更高。这主要表现在以下几个发面。
第一，在设计上为了提高钢筋混凝土梁的延性，一般采取如下措施：（1）首先应选取合适的梁截面尺寸，以获得合适的配筋率，避免受拉筋过多或出现超筋。（2）梁上部（跨中）和下部（端部）应配置适当的受压筋；（3）提高梁混凝土强度等级，采用中低级钢筋对延性有利；（4）T形梁比矩形梁延性好；（5）注意加密箍筋。
第二，提高钢筋混凝土柱的延性措施，具体包括：（1）控制柱轴压比，当小于等于0.4时，即可视为是延性柱；（2）应避免采用短柱，当柱长与柱截面一边尺寸之比大于等于4时，即可认为是长柱；（3）大偏心受压柱的延性优于小偏心和轴心受压柱；（4）加密柱的箍筋宜采用复合箍筋；（5）提高梁混凝土强度等级，采用中低级强度的钢筋。
第三，提高钢筋混凝土剪力墙延性的措施，具体包括：（1）控制剪力墙高宽比，使比值大于2；（2）设计时尽量采用有边缘构件的剪力墙，边缘构件的受力筋要有很好的锚固，而无边缘构件的剪力墙中应设置暗梁、暗柱；（3）设计时要提高底部剪力墙的抗剪可靠度；（4）在可能的情况下，尽量采用连肢墙，这样可以大大提高剪力墙的延性；（5）当剪力墙很宽时，可认为地有规则地开些洞，再用砖填砌。
2 多道防线结构设计
2.1 多道防线设计原则
要想建筑结构具有多道抗震防御能力，建筑结构本身必须是多次超静定的。如今有一种新的抗震设计概念，即当建筑结构受到强烈地震动主脉冲卓越周期的作用时，一方面利用结构中增设的赘余杆件的屈服和变形来耗散地震输入能量，另一方面利用赘余杆件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过度到另一种稳定体系，实现结构周期的变化，以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。这种通过对结构动力特性的适当控制，从而减轻建筑物的破坏程度的做法，是对付高烈度地震的一种经济有效的方法。
2.2 妥善处理非结构部件设计
非机构部件一般是指在通常结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧力荷载的部件，如内隔墙、框架填充墙和楼梯等。实践中，在地震作用下，高层建筑中的这些部件或多或少地参与工作，从而改变了整个结构或局部构件的刚度、承载力和传力路线，造成未曾估计到的局部震害。在钢筋混凝土框架体系的高层建筑中，这些影响尤为普遍，主要表现在以下几个方面。
1.砌体填充墙的抗震作用
主要作用包括：（1）使结构刚度增大，自振周期缩短，水平地震力增大30%～50%；（2）改变了结构的地震剪力分布状况，砌体充填墙分担了很大一部分水平地震剪力，使得框架承担的楼层地震剪力减小；（3）砌体填充墙具有较大的抗推刚度，限制了框架的变形，从而减小了整个结构的地震侧移幅值；（4）相对于框架而言，砌体填充墙具有很大的刚度，在地震作用开始时承担大部分地震力，并通过墙面裂缝的出现和开展，消耗了地震能量。从这一过程可以看出，砌体充填墙充当了第一道抗震防线的主力构件，使框架成为了第二道防线，从而提高了整个建筑的抗震能力。
在实际计算中，采用PK-PM软件时，该软件只是在参数设定上有一项，即是否考虑填充墙作用。但至于填充墙采用何种材料，刚度增加多少，则没有给出定量，这是该软件的不足之处。
2.柱端震害
在地震中，角柱上端被嵌砌于框架间的砖墙顶断，这是典型的柱端震害。在框架体系设计中必须考虑，并采取恰当的预防措施。
3.形成短柱破坏
采用钢筋混凝土框架的高层建筑，就框架柱的受力状况和破坏形态而言，一般情况下属于长柱。不过，当围护墙采用嵌砖砌墙时，由于每开间墙面上均开有较宽的窗洞，剩余的窗間墙很窄，而窗洞上、下的两条砖带（窗裙墙）则是通长的，且与框架柱紧密相接。这样的话，由于窗裙墙对框架柱的刚性约束，减短了柱的有效长度，使之变成了短柱，承担的地震力大增，发生剪切破坏。
因此，采用贴砌围护方案或墙、柱柔性连接方案都是防止短柱破坏的有效手段。另外，沿柱的全高，柱身箍筋的配置均应符合短柱的规定，这一点在施工设计中应当明确。
3 结语
研究如何通过合理设计来提高建筑物的整体抗震能力，是行业人员一直努力的动力和目标。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对建筑结构的抗震性能将会不断提出更高的要求和期待。基于建筑结构总体概念设计理念及多道防线结构设计思路，较为具体地诠释了“小震不坏，中震可修，大震不倒”的宏观设计思想。但是，未来就如何选择一个合适的性能指标来评价建筑物整体结构设计是否符合设计的理念和机制将是一个永远值得探讨，并不断修正和完善的目标和研究课题。
关键词：抗震设计；建筑物；总体概念设计
中图分类号：U452.2+8 文献标识码：A
抗震总体设计就是要求对结构进行分析，进而进行细致周全的设计，其目标是能使所设计出的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳，从而实现抗震目的。但是，由于地震作用是一种随机性很强的循环往复荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，存在着许多模糊和不确定的因素，尤其是在结构内力方面，鉴于目前未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等诸多因素，计算方法还很不完善，因此在目前科技发展水平和经济条件下，要准确计算或预测建筑物坑震特性和参数等，目前还难以做到。但自从上世纪70年代以来，人们在实践中逐步认识到，宏观的概念设计比以往的数值设计对工程结构抗震效果而言更为重要，而仅仅单靠微观的数学力学计算还很难使建筑物在遭遇地震时真正确保具备良好的抗震能力，因而人们对于概念设计愈来愈重视。所谓概念设计就是从结构总体方案设计一开始，就运用人们对建筑结构抗震已有的正确知识去处理好结构设计中将要遇到的诸如房屋体形、结构体系、刚度分布、构件延性等问题，从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等先期处理，再辅以必要的计算和构造措施，从而消除建筑物抗震的薄弱环节，以期达到合理抗震设计的目的。
1 结构总体概念设计
在建筑结构总体设计中，首先应建立一些总体原则和概念，并根据这些总体原则和概念来处理结构设计方案、材料选型和细部构造等问题，这些设计原则和结构概念中值得关注的包括从建筑物规则对称、刚度适宜、整体机制延性耗能、抗震多道防线设计、妥善处理非结构部件等。
1.1 规则对称，刚度适宜
建筑物刚度不宜太大，刚度大则结构自振周期短，地震作用力大；但也不宜太小，建筑物刚度过柔在地震时会产生过大变形，影响其强度、稳定性、实用性及使用。更为重要的一点是，结构的自振周期应避开建设场地的场地土振动卓越周期，以避免形成共振。
1.2 结构设计整体机制
建筑物破坏机制分为两种，即楼层破坏机制和整体破坏机制，从设计角度而言，应避免出现楼层破坏机制。在此将着重探讨框-剪结构的理想破坏机制。
由于框架结构刚度较小，设计出发点是保证结构有较好的延性和变形能力，即框架设计重点在于延性设计。而剪力墙刚度较大，设计就涉及到强度设计问题了，包括抗弯和抗剪的强度设计，同时也要保证剪力墙具备较好的延性。框-剪结构设计首先强调的是强度设计，其次延性设计。
就对框-剪结构而言，其破坏机制是，在严重地震作用下，梁先于柱表现为塑性状态。首先在连肢梁中出现塑性铰，而后在剪力墙的底部出现塑性铰，再发展才是框架梁，最后在底层柱底部产生塑性铰。概括起来即是，强柱弱梁，强节点弱构件。
1.3 建筑物整体机制延性耗能
在建筑物的整体设计上要注意加强薄弱环节，尽量做到等强度设计。同时，应使建筑结构在一个恰当的部位能消耗大量的能量，在具体设计中即为各式各样的梁，如框架梁、联肢梁等。
结构延性一般用延性系数表示，它表示的是结构极限变形（位移、转角、曲率）与屈服变形的比值，也可以分别用位移延性系数，转角延性系数等来表示，该比值越大，说明结构的延性越好。
混凝土是脆性材料，延性系数只有1～2，混凝土的屈服强度大致是极限强度的40%。
对于整体结构的延性，对结构材料的延性和对构件截面的延性三者的要求应该是不同的，即应该对后者的要求更高。这主要表现在以下几个发面。
第一，在设计上为了提高钢筋混凝土梁的延性，一般采取如下措施：（1）首先应选取合适的梁截面尺寸，以获得合适的配筋率，避免受拉筋过多或出现超筋。（2）梁上部（跨中）和下部（端部）应配置适当的受压筋；（3）提高梁混凝土强度等级，采用中低级钢筋对延性有利；（4）T形梁比矩形梁延性好；（5）注意加密箍筋。
第二，提高钢筋混凝土柱的延性措施，具体包括：（1）控制柱轴压比，当小于等于0.4时，即可视为是延性柱；（2）应避免采用短柱，当柱长与柱截面一边尺寸之比大于等于4时，即可认为是长柱；（3）大偏心受压柱的延性优于小偏心和轴心受压柱；（4）加密柱的箍筋宜采用复合箍筋；（5）提高梁混凝土强度等级，采用中低级强度的钢筋。
第三，提高钢筋混凝土剪力墙延性的措施，具体包括：（1）控制剪力墙高宽比，使比值大于2；（2）设计时尽量采用有边缘构件的剪力墙，边缘构件的受力筋要有很好的锚固，而无边缘构件的剪力墙中应设置暗梁、暗柱；（3）设计时要提高底部剪力墙的抗剪可靠度；（4）在可能的情况下，尽量采用连肢墙，这样可以大大提高剪力墙的延性；（5）当剪力墙很宽时，可认为地有规则地开些洞，再用砖填砌。
2 多道防线结构设计
2.1 多道防线设计原则
要想建筑结构具有多道抗震防御能力，建筑结构本身必须是多次超静定的。如今有一种新的抗震设计概念，即当建筑结构受到强烈地震动主脉冲卓越周期的作用时，一方面利用结构中增设的赘余杆件的屈服和变形来耗散地震输入能量，另一方面利用赘余杆件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过度到另一种稳定体系，实现结构周期的变化，以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。这种通过对结构动力特性的适当控制，从而减轻建筑物的破坏程度的做法，是对付高烈度地震的一种经济有效的方法。
2.2 妥善处理非结构部件设计
非机构部件一般是指在通常结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧力荷载的部件，如内隔墙、框架填充墙和楼梯等。实践中，在地震作用下，高层建筑中的这些部件或多或少地参与工作，从而改变了整个结构或局部构件的刚度、承载力和传力路线，造成未曾估计到的局部震害。在钢筋混凝土框架体系的高层建筑中，这些影响尤为普遍，主要表现在以下几个方面。
1.砌体填充墙的抗震作用
主要作用包括：（1）使结构刚度增大，自振周期缩短，水平地震力增大30%～50%；（2）改变了结构的地震剪力分布状况，砌体充填墙分担了很大一部分水平地震剪力，使得框架承担的楼层地震剪力减小；（3）砌体填充墙具有较大的抗推刚度，限制了框架的变形，从而减小了整个结构的地震侧移幅值；（4）相对于框架而言，砌体填充墙具有很大的刚度，在地震作用开始时承担大部分地震力，并通过墙面裂缝的出现和开展，消耗了地震能量。从这一过程可以看出，砌体充填墙充当了第一道抗震防线的主力构件，使框架成为了第二道防线，从而提高了整个建筑的抗震能力。
在实际计算中，采用PK-PM软件时，该软件只是在参数设定上有一项，即是否考虑填充墙作用。但至于填充墙采用何种材料，刚度增加多少，则没有给出定量，这是该软件的不足之处。
2.柱端震害
在地震中，角柱上端被嵌砌于框架间的砖墙顶断，这是典型的柱端震害。在框架体系设计中必须考虑，并采取恰当的预防措施。
3.形成短柱破坏
采用钢筋混凝土框架的高层建筑，就框架柱的受力状况和破坏形态而言，一般情况下属于长柱。不过，当围护墙采用嵌砖砌墙时，由于每开间墙面上均开有较宽的窗洞，剩余的窗間墙很窄，而窗洞上、下的两条砖带（窗裙墙）则是通长的，且与框架柱紧密相接。这样的话，由于窗裙墙对框架柱的刚性约束，减短了柱的有效长度，使之变成了短柱，承担的地震力大增，发生剪切破坏。
因此，采用贴砌围护方案或墙、柱柔性连接方案都是防止短柱破坏的有效手段。另外，沿柱的全高，柱身箍筋的配置均应符合短柱的规定，这一点在施工设计中应当明确。
3 结语
研究如何通过合理设计来提高建筑物的整体抗震能力，是行业人员一直努力的动力和目标。随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对建筑结构的抗震性能将会不断提出更高的要求和期待。基于建筑结构总体概念设计理念及多道防线结构设计思路，较为具体地诠释了“小震不坏，中震可修，大震不倒”的宏观设计思想。但是，未来就如何选择一个合适的性能指标来评价建筑物整体结构设计是否符合设计的理念和机制将是一个永远值得探讨，并不断修正和完善的目标和研究课题。