高層建筑結構概念設計應注意的問題

吳海波

摘 要：近年來，隨著城市人口不斷增多，人地矛盾日趨激烈。為了滿足市政規劃的需求，高層建筑項目越來越多。由于高層建筑具有結構復雜、樓層多、施工技術要求高等特點，為了確保其結構設計的可持續發展，就必須要加強對高層建筑結構設計的優化。現階段高層建筑的抗震、抗風理論不斷深化，提高了高層建筑的安全性。該文主要運用概念設計，探討分析高層建筑結構概念設計應注意的問題，以供參考。

關鍵詞：結構體系 結構類型 抗震設計

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0123-02

1 概念設計的重要性

概念設計能夠有效凸顯設計思想的先進性，作為結構工程師，其最主要的工作就是將總體結構方案的設計完全落實到既定的建筑空間之中，并合理協調不同構件和結構之間的關系。現階段的結構設計多是采用的一體化計算機結構程序，但是對于計算機結果中出現問題或者不合理部分，很多工程師都不能及時發覺或者改正。很多工程師會隨著年齡的增加導致工作熱情逐漸降低，創新思想日益退化。之所以大力推行概念設計是因為現階段的結構設計理論與計算理論中的問題及不合理部分比較多，例如，在設計混凝土結構時，其使用彈性理論來計算結構的內力，但是卻使用塑性理論的極限狀態的理念來設計截面，這兩個部分是存有矛盾的，所以導致設計與實際情況差距很大，為了避免這些情況的影響以及完成對某些不能進行計算結構的設計，只能通過概念設計的方式來設計出最適用于結構要求的設計方案。

2 概念設計應用原則

2.1 優化選型原則

（1）優化結構體系。在進行建筑結構體系的設計時，首先需要全面掌握建筑基本構件特征，其次要根據建筑環境、荷載以及具體使用情況來選擇優化的方案，之后再仔細地判斷各種情況之間的聯系，并以此來建立結構單元，最后通過平面、線型、疊合、交叉等集合形式轉換結構單元，進而使其形成主要結構體系。（2）優化結構布置。在確保建筑的使用需要以及意向的基礎上，對建筑的樓層蓋水平、基礎系統以及柱墻豎向支承系統進行優化布置。同時，還需將建筑承載力、側向與豎向變形、地質條件、支承作法等結構進行比較，進而確定其是否具備合理性、科學性與優越性。

2.2 空間作用原則

通常來說建筑物作為空間結構，因此需要對整個建筑的結構直至建筑的施工質量進行全方位的管理和控制，比如：建筑中空調冷熱源、建筑負荷等的設計，確保設計的質量，與此同時，設計人員還需要重視建筑中節能減排設計，使用水源熱泵來降低建筑通暖過程中的能耗，在確保設計質量的同時，盡可能提高建筑的經濟性。項目質量管理與暖通空調設計的經濟性密切相關，將質量管控措施有效落實到暖通空調設計之中，確保設計方案科學性、全面性和經濟性，在確保建筑供暖功能的前提之下，有效降低建筑的使用能耗，提高建筑設計的性價比。

3 高層建筑結構概念設計應注意的問題

3.1 基礎結構設計

基礎結構作為整個建筑重量的承載結構，它的質量直接關系著建筑的整體質量，所以它的設計是非常重要的，因此設計人員必須不斷完善和改進基礎結構設計，確保基礎設計的質量。比如：在施工規范中要求，基礎埋深應達到建筑高度的1/18，所以在設計高層建筑基礎埋深時，要結合相關的資料及信息，設定合理的埋深，確保建筑整體結構的穩定。如果不能確保高層建筑的穩定性，則可以適當調整基礎埋深的深度，加大基礎埋深的深度。除此以外，重視建筑基礎的整體性，作為同一結構單元，其基礎必須相同，這樣才能夠保證基礎結構的性能，確保整體傳力能力的良好。最后，抗扭轉剛度能力與抵抗扭轉振動也是基礎設計中需要重視的環節之一，對建筑結構中抗震能力較差的部分進行額外的加固。將概念設計有效用于基礎設計之中，進一步促進高層建筑結構設計的科學性和有效性，為高質量的工程建筑奠定基礎。

3.2 抗震結構設計

在各個環節的概念設計之中，抗震結構設計是最困難的，并且也是最重要和最關鍵的設計環節之一。建筑抗震能力與建筑的安全性密切相關，所以，必須確保建筑具有良好的地震防御能力，降低地震來臨時所產生的不良影響，為了有效確保這一目標的實現，可以從性能目標、抗震的性能水平與目標選用這幾個因素進行考慮，設計出高質量的抗震結構設計。比如：在抗震性能方面，必須確保建筑在地震中和地震后的穩固性。特別是在地震后，必須確保建筑關鍵結構的穩定性，這樣才能確保使用人員的人身安全，同時避免再次修補。據調查和研究分析發現在地震來臨時，高層建筑會受到各個不同方向的作用力，因此，建筑的抗震能力是極為重要的。特別是在對建筑薄弱位置的設計，與建筑的具體情況相結合，在不影響建筑質量的前提下，對結構設計進行優化，盡可能不使用過于復雜的結構設計方案。建筑設計是決定高層建筑地震抵抗能力的關鍵所在，因此為了使建筑在地震發生時可以有效分散地震帶來的沖擊力，設計人員在設計時必須遵循科學、合理的原則，提高建筑的抗震能力，確保建筑的安全和穩固。

3.3 合理的剛度

在建筑施工或者使用中會出現結構彎曲或者變形的情況，為了避免這一情況的出現必須重視建筑的剛度，控制其在合理范圍之內。所以在設置結構抗側力剛度時要根據建筑的實際情況合理制定，剛度不能過高，否則在地震發生時，會對建筑造成很大的影響。與此同時，在進行配筋構造施工時，可以增加其截面積，進而促進結構剛度的增加，實現提高高層建筑抗震能力的目的，同時這種方法的成本還較低，有利于工程效益的提高。

3.4 建筑形狀的選擇

（1）建筑的平面布置應簡單規則。（2）建筑物豎向布置應均勻和連續。前而兩條在《建筑抗震設計規范》表3.4.3-1和表3.4.3-2均有體現，在設計中確保結構的簡單性是為了使高層建筑結構在地震作用時的傳力途徑直接有效，并且便于通過計算分析高層建筑抗震結構的薄弱部分，及時對其進行加強設計，以此來實現對高層建筑結構抗震設計的優化與完善，提高建筑結構整體的抗震能力，提高高層建筑結構的安全性。（3）質量中心與剛度中心必須保持一致，若是二者不重合，必然會出現扭轉效應，導致距離剛度中心比較遠的構件出現較小的應力，進而出現安全質量問題。（4）對于復雜體型的處理，通常兩種做法：設縫，將建筑物劃分成規則的單元；在對建筑物進行細致的抗震分析后，采取加強措施以提高結構的抗變形能力。

4 結語

總而言之，在高層建筑結構設計過程中需要考慮諸多因素，概念設計在建筑結構設計中的應用能夠有效推動高層建筑結構設計的可持續發展，提升高層建筑的社會及經濟效益。因此。希望該文提到的有關高層建筑的概念設計方法，能夠為高層建筑結構的設計提供一定的幫助。

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