淺談高層建筑結構的概念設計

陸釗

【摘要】伴隨著城市化程度的加深，越來越多的人口涌入到城市中，成為新興的城市人口，高層建筑的出現不但解決了城市用地緊張的問題，也成為一個城市經濟發(fā)展程度的象征，高層建筑結構的樣式越來越多，也越來越復雜，對其結構的概念設計提出了更高的要求，本文詳細闡述了高層建筑結構中概念設計的重要性，并分析了高層建筑結構中概念設計包含的內容，最后提出了結構概念設計在建筑結構中的應用。

【關鍵詞】高層建筑、結構設計、概念設計

伴隨著計算機技術的狂飆式的發(fā)展以及人類對其越來越熟練的掌握程度，在對建筑結構的設計方面，許多設計人員一些設計軟件便完成了所有的設計。這種單一、簡便的設計方式不僅不符合結構概念的設計理念，而且對建筑結構的設計發(fā)展還存在著許多的不利影響。所謂的結構概念，是指一種根據兩種不同體系之間的復雜關系，以及一系列的相關原理而得出的具體設計思路，它是不需要通過對數據的分析與計算，就可以有效地達到對建筑結構的整體把控力度。

一?高層建筑結構中概念設計的重要性

在建筑結構的設計思路中加入結構概念的設計理念，不僅能夠為建筑結構的設計方面注入新鮮的血液，還有助于一些更加實際要求的達成。比如，在建筑物的抗震設計中，設計人員一般會根據測得的一些數據，來計算出相應的一些結構參數，最終完成建筑工程相關系數的計算。根據實際的情況，為了能夠有效地避免震動作用的效果，可以采取隔離震動的結構設計理念，可以在適當的地方放置具有柔性的防震物質，來達到對建筑物的抗震效果。結構概念的設計理念不僅僅存在于建筑物抗震這一具體要求中，在建筑的許多方面都有其顯著的應用，其在建筑結構的設計中還存在著相當大的發(fā)展空間，有待于日后的研究發(fā)現。

二?高層建筑結構中概念設計包含內容

2.1?建筑整體框架結構概念設計

工程設計中概念設計強調協同工作，每一個構件都能和其他構件配合充分發(fā)揮其自身作用，這要求工程結構構件具有一定長的使用壽命，同時還需要構件所承受的荷載力保持一致，不能出現長期受力不均的現象。框架結構概念設計要遵循：①建筑方案的合理選擇;②結構的類別劃分，計算模型清楚，各結構構件力學功能分工，在荷載和作用下，傳力路線直接，其受力薄弱環(huán)節(jié)及抗震性能估計把握精細，分析程序可靠;③是剛柔適度。

2.2?磚混結構概念設計

對于磚混結構設計概念應當注意：①測量磚和混凝土是兩種建筑材料的彈性模量和受力性能等參數的差，考慮磚墻和局部框架的共同作用符合結構的實際受力狀態(tài);②設置截面較大或異形構造柱，保障這整個結構都是磚混結構，統(tǒng)一了結構計算模型，使結構計算符合結構設計規(guī)范的要求，有章可循;③設置構造柱和圈梁，加強砌體的整體性，提高砌體的抗震性能。

2.3?高層建筑結構的總體指標控制

當對建筑物的結構進行設計時，設計人員要想判斷出建筑物的抗壓或者是抗震等參數時，就必須要參考一些專業(yè)的數值，以便使設計出來的建筑物的抗震能力更加的強，從而更好的保證住戶的安全。另一方面，可以對建筑物進行試驗處理，當對其施加一定的震動時，觀察其所顯示的結構震動圖像，考量建筑物的一些具體參數，看它是否處于一個合適的數值范圍內。通常情況下，在對小型的高層建筑物的結構設計方面，要選擇使用強度比較高，并且不太重的材料，這樣不僅使得建筑物沒有太過笨重，節(jié)省了資源，而且還做到了對材料的有效利用，不會造成不必要的損失。

2.4?建筑結構中基礎的選擇

眾所周知，建筑的地基是其最基本的組成部分，對建筑物的穩(wěn)固起到了奠基作用，也成了目前迫在眉睫、亟待解決的問題。一方面，在設計中還必須要考慮到筏板以及地下室等的使用情況，另一方面，還可以吸取以前傳統(tǒng)設計中所出現的缺點，采用一些新型的設計理念與方法來解決常規(guī)的縫隙等問題，以逐步完善建筑結構中的基礎設計環(huán)節(jié)。例如，在湖南省常德市的芙蓉大廈的基礎設計和地基處理設計中，考慮到施工地點為卵石地基，在基礎設計上選擇了大直徑鉆孔灌注樁，直接選用卵石層作為受力層。同時考慮到常德市的地下水位較高，江河枯水期的水面都高于建筑的地下水位，因此，采用筏板基礎設計，并增加支撐梁柱的數目和分布密度，在受力較大的位置點進行加固。另外，為保證建筑基礎的牢固性，采用混凝土澆灌方式對地基進行處理。

2.5?剪力墻的設計工作

在對建筑結構的設計過程中，其中對剪力墻的設計是一項重要而又難度比較大的程序。由于大部分的剪力墻存在著橫截面積較大和對房梁跨度卻很小的缺陷，在對其進行震動實驗的過程中，會給建筑物造成相當不利的影響。因此，在對剪力墻進行設計的同時，還需要采取結構概念的設計理念來完成暗梁和配筋等工作，以實現對剪力墻的正確設計和使用。

三?高層建筑結構中概念設計的應用

結構概念設計是將專業(yè)知識與實踐相結合的一種新型建筑方式，它是當下在建筑行業(yè)中應用較為廣泛的一種設計理念。在建筑行業(yè)中，設計師要結合實際情況設計出建筑的整體結構，完成一個統(tǒng)一的規(guī)劃和布局。

3.1?高層建筑結構中概念設計要點

首先是軸向變形，高層建筑中，豎向載荷往往很大，會引起柱體的軸向變形，對建筑的連續(xù)梁體產生影響，造成連續(xù)梁承重支座的連續(xù)梁彎矩的變化;這就會對承重結構設計計算產生偏差，對整體的結構設計造成影響。再者是樓體結構延展性，高層建筑的結構延性是重要的設計指標要求，超高層建筑的結構相對于底層應該更柔性一些，增強建筑的塑形形變能力、抗風力擾動能力、抗地震振動能力。為了使建筑結構在塑形形變后依然有較強的變形能力，需要選擇合理的結構設計方案，以防止由于外力的作用導致的樓體的損傷，保證結構的延展性符合樓體的形變變化。最后是水平荷載，水平荷載也是建筑結構的關鍵考慮因素，對于固定高度的超高層建筑來說，豎向負載大約是個固定值，而水平負載的負載值和抗震指標，是隨著結構動力學特征的不同而不同的，而且在建筑中，很難準確測定其數值。

3.2?結構概念的設計有助于建筑場地的建設

對于建筑場地的選擇必須要考慮到地段的形態(tài)、通氣日照、噪音污染等各個環(huán)節(jié)，此外還需要考量場地的抗壓和抗震能力。在結構概念的設計理念中，不僅要注重考慮到以上的各個環(huán)節(jié)，還需要對不利的地形條件提出相應的控制辦法。具體的應對方法仍然有待于相關設計人員的進一步研究和分析。

3.3?結構概念設計有利于選取適當的建筑基礎

采用結構概念的設計理念，對建筑物基礎的選取是相當有利的?，F如今，建筑行業(yè)通常采取的建筑基礎包括有樁基礎、箱型基礎以及筏形基礎。針對不同的建筑基礎，結構概念設計理念都有相應的設計思路以及出現問題的應對策略。例如，在對樁基礎進行設計的過程中，首先要清楚地認識到它主要是適合于地質較軟以及抗壓和抗震能力較強的大型建筑物的設計中，它的優(yōu)勢在于能夠將建筑物施加的壓力平均地加在這一地基上，緩解了建筑物抗壓和抗震能力弱的劣勢問題。

四?總結

總之，結構概念的設計給建筑結構的進一步發(fā)展帶來了新的生機，其在建筑結構領域的應用是相當廣泛的，其重要作用也是不可忽視的。在今后的建筑結構設計中，一方面要考慮到建筑設計的表面特性，另一方面要構建出恰當的結構體制。

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