高層建筑結構概念設計淺談

翟晶晶 晉城市建筑設計院

1 概念設計與結構措施概述

1.1 概念設計

建筑結構設計階段，概念設計主要為：設計人員按照客戶標準，結合設計經驗與理念，對施工現場進行查看，對工程情況做出分析，設計圖紙的整個過程，以及過程期間對解決產生的各類問題的具體措施。簡而言之，即設計人員開展建筑結構設計工作階段，對設計經驗與理念通過概念設計做出充分體現。因此，概念設計也成為建筑結構設計的關鍵基礎與重要前提，并對建筑結構設計與方案的科學性與可行性產生重要影響。

1.2 結構措施

建筑結構設計階段，結構措施屬于設計的先導，成為支撐結構設計的重要部分，是結構設計的重要骨架以及靈魂。基于建筑設計內涵，結構措施不但屬于概念設計，同樣屬于概念設計內容的拓展延伸以及具體深化。設計人員開展設計工作階段，均基于概念設計入手，即對建筑外形、功能以及內部情況等采取全面綜合分析，并根據建筑場地所處區域的地質地理以及自然氣候等情況，按照各類建筑標準以及操作規范，對力學概念做出科學系統分析之后，構建科學的結構體系?；诖四軌虻弥?，設計人員在對結構做出明確階段，會由于專業能力、經驗以及主觀因素等產生影響。

2 結構概念設計的重要性和必要性

2.1 結構概念設計的重要性

概念設計是一種基于理論基礎知識的設計思想，結合先進的設計工具、設計技術等制定全面科學的設計方案，使理論和實際結合起來，從而實現結構體系在力學特性、構造處理等方面都比較適合的結構方案。概念設計一方面可以激發結構設計師的主動與創造性，另一方面能全面提高建筑結構設計的質量。一名優秀的結構設計師必須要首先詳細了解概念設計的內容、特點和作用等，才能提高建筑結構設計水平。此外，在設計方案制定初期，必須要結構設計師結合具體情況作出判斷，這就要求結構工程師們必須要全面掌握建筑結構的概念，才能制定出比較好的結構方案。

2.2 結構概念設計對建筑結構設計的必要性

在計算機技術迅速發展的背景下，結構工程師們對于計算機過于依賴，但計算機并不能代替設計，只有加強結構概念設計的意識，才能更加客觀真實地理解建筑結構的工作性能，合理地進行設計。在進行建筑結構設計時需要做出各種力學數值來計算和分析，但是一般會借助計算軟件來工作，使得結構工程師缺乏對建筑設計工作深入的思考，也會存在因軟件問題而帶來的危害。比如在進行結構平面布置時，計算時通過計算加大材料能夠滿足軟件計算的承載力和使用要求，但是并不是合適的結構方案，使得結構臃腫，浪費材料。如果概念設計的思想與方法更加清晰，就能處理好整體結構體系和構件之間的關系，使最終形成的方案更加準確合理，從而免去了后期工作中的一些煩瑣計算。此外，概念設計的應用還能對計算機輸出的數據進行判斷，避免出現電算誤差和軟件操作錯誤，在實際工作時采用概念設計理論有利于探討更深層次的設計問題，從而使設計總體質量得到提升，不僅簡化了設計的流程，而且也保證了計算數據結果的準確性。

3 概念設計在建筑結構設計中的應用

3.1 科學選擇建筑結構剛度

建筑領域各項指標中，建筑結構剛度屬于十分關鍵的內容，在建筑結構設計中占據著非常關鍵的位置。所以，務必要確保對建筑剛度的科學合理選擇。以此同時，選擇科學合理的建筑剛度，對建筑自振周期的有效增加、抗震性能等方面均有著非比尋常的影響和意義。除此之外，良好的剛度，同樣可以使空間使用率得到相應的增加，節約成本，使建筑平面能夠得到更加充分高效的利用，對建筑設計做出有效優化。

3.2 科學選擇建筑主體結構

合理、對稱屬于建筑結構設計應該遵循的基本原則，此原則可以有效減少建筑材料的使用，節約成本，保證建筑結構中重要結構構件良好的安全性以及穩定性，還可以減小建筑結構的扭轉。建筑結構具備的對稱性特點，屬于建筑結構內部、整體或部分的相互對應以及統一一致。具體設計階段，為確保建筑結構可以保持對稱，可對建筑質心或平面形心的實際距離做出合理的調整，通過對重心的有效調整，確保建筑結構可以保持對稱。

3.3 基于場地情況選擇建筑基礎方案

選定建筑區域，開展勘測設計，應根據建筑形式以及區域地形，對建筑基礎做出科學合理的選擇。建筑基礎通常涵蓋樁基礎與筏板基礎等，筏板基礎具有良好的整體剛度，能夠使荷載均勻擴散，確保建筑更加安全穩定，避免由于受力不均勻的情況，產生基礎沉降，可以使建筑抗震性能得到有效的增強。樁基礎作為建筑基礎方案的不同形式，該結構通常在地表松軟或是荷載相對較大的高層建筑較為多見。該種形式基礎結構，可以對上部結構產生的荷載傳遞至穩定的基礎持力層，保證建筑更加安全、穩定、可靠。

3.4 合理選擇建筑場地

對建筑場地的選擇屬于建筑設計的關鍵內容，選擇標準因素包括：日照間距、建筑退界。安全防護距離等方面。除此之外，同樣需重視不宜在危險區域進行選址，以防地質災害等情況對安全產生嚴重影響，尤其是地震災害產生的威脅影響。位于危險地域建設項目，應對建筑抗震等級進行適當的提高，并采取相應的具體抗震措施。應對施工地點做出科學合理選擇，并重視開展必要的勘測以及研究工作。

3.5 豎向設計

高層結構抗側力結構的剛度應從下往上逐漸過渡，避免因為突變而減弱了對水平荷載的抵抗能力。豎向設計時可以通過“剛柔并濟”的方法加強某些構件，減弱某些構件，如美洲銀行大廈，通過設置較大剛度的束筒和較弱的連梁，達到很好的消能減震的作用。另外結合建筑的要求，結構可以進行適當創新設計，如深圳萬科中心設計采用斜拉索的結構形式，采用了類似于斜拉橋的設計方法，在首層形成了連續大空間。

3.6 平面設計

為提高建筑的抗震能力，在平面設計時宜選擇規則的結構布局形式，控制結構的扭轉，避免薄弱連接，可設置抗震縫將結構劃分成若干抗震單元。在高層建筑平面設計中，由于建筑需要承受更多的風壓，所以必須保證建筑外形是流線型，如圓形建筑平面的風荷載較矩形平面的小。平面上兩個正交方向的剛度宜盡量接近，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剛度，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。

4 結束語

所謂的“概念設計”，就是將設計方向明確之后，對于設計資料的收集、整理以及分析工作都是由工程師完成，對設計的具體步驟以及設計的內容予以分解，將新的設計方案制定出來，確保與建筑方案的構思吻合。在概念設計中需要對建筑有關的各個方面問題予以考慮，諸如施工場地所在地理環境、建筑的整體形狀以及建筑所發揮的功能等等，對于這些問題，需要深入分析，運用科學的方法將多種要素融入到概念設計中。