高层建筑结构概念设计应注意的问题

吴海波

摘 要：近年来，随着城市人口不断增多，人地矛盾日趋激烈。为了满足市政规划的需求，高层建筑项目越来越多。由于高层建筑具有结构复杂、楼层多、施工技术要求高等特点，为了确保其结构设计的可持续发展，就必须要加强对高层建筑结构设计的优化。现阶段高层建筑的抗震、抗风理论不断深化，提高了高层建筑的安全性。该文主要运用概念设计，探讨分析高层建筑结构概念设计应注意的问题，以供参考。

关键词：结构体系 结构类型 抗震设计

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（c）-0123-02

1 概念设计的重要性

概念设计能够有效凸显设计思想的先进性，作为结构工程师，其最主要的工作就是将总体结构方案的设计完全落实到既定的建筑空间之中，并合理协调不同构件和结构之间的关系。现阶段的结构设计多是采用的一体化计算机结构程序，但是对于计算机结果中出现问题或者不合理部分，很多工程师都不能及时发觉或者改正。很多工程师会随着年龄的增加导致工作热情逐渐降低，创新思想日益退化。之所以大力推行概念设计是因为现阶段的结构设计理论与计算理论中的问题及不合理部分比较多，例如，在设计混凝土结构时，其使用弹性理论来计算结构的内力，但是却使用塑性理论的极限状态的理念来设计截面，这两个部分是存有矛盾的，所以导致设计与实际情况差距很大，為了避免这些情况的影响以及完成对某些不能进行计算结构的设计，只能通过概念设计的方式来设计出最适用于结构要求的设计方案。

2 概念设计应用原则

2.1 优化选型原则

（1）优化结构体系。在进行建筑结构体系的设计时，首先需要全面掌握建筑基本构件特征，其次要根据建筑环境、荷载以及具体使用情况来选择优化的方案，之后再仔细地判断各种情况之间的联系，并以此来建立结构单元，最后通过平面、线型、叠合、交叉等集合形式转换结构单元，进而使其形成主要结构体系。（2）优化结构布置。在确保建筑的使用需要以及意向的基础上，对建筑的楼层盖水平、基础系统以及柱墙竖向支承系统进行优化布置。同时，还需将建筑承载力、侧向与竖向变形、地质条件、支承作法等结构进行比较，进而确定其是否具备合理性、科学性与优越性。

2.2 空间作用原则

通常来说建筑物作为空间结构，因此需要对整个建筑的结构直至建筑的施工质量进行全方位的管理和控制，比如：建筑中空调冷热源、建筑负荷等的设计，确保设计的质量，与此同时，设计人员还需要重视建筑中节能减排设计，使用水源热泵来降低建筑通暖过程中的能耗，在确保设计质量的同时，尽可能提高建筑的经济性。项目质量管理与暖通空调设计的经济性密切相关，将质量管控措施有效落实到暖通空调设计之中，确保设计方案科学性、全面性和经济性，在确保建筑供暖功能的前提之下，有效降低建筑的使用能耗，提高建筑设计的性价比。

3 高层建筑结构概念设计应注意的问题

3.1 基础结构设计

基础结构作为整个建筑重量的承载结构，它的质量直接关系着建筑的整体质量，所以它的设计是非常重要的，因此设计人员必须不断完善和改进基础结构设计，确保基础设计的质量。比如：在施工规范中要求，基础埋深应达到建筑高度的1/18，所以在设计高层建筑基础埋深时，要结合相关的资料及信息，设定合理的埋深，确保建筑整体结构的稳定。如果不能确保高层建筑的稳定性，则可以适当调整基础埋深的深度，加大基础埋深的深度。除此以外，重视建筑基础的整体性，作为同一结构单元，其基础必须相同，这样才能够保证基础结构的性能，确保整体传力能力的良好。最后，抗扭转刚度能力与抵抗扭转振动也是基础设计中需要重视的环节之一，对建筑结构中抗震能力较差的部分进行额外的加固。将概念设计有效用于基础设计之中，进一步促进高层建筑结构设计的科学性和有效性，为高质量的工程建筑奠定基础。

3.2 抗震结构设计

在各个环节的概念设计之中，抗震结构设计是最困难的，并且也是最重要和最关键的设计环节之一。建筑抗震能力与建筑的安全性密切相关，所以，必须确保建筑具有良好的地震防御能力，降低地震来临时所产生的不良影响，为了有效确保这一目标的实现，可以从性能目标、抗震的性能水平与目标选用这几个因素进行考虑，设计出高质量的抗震结构设计。比如：在抗震性能方面，必须确保建筑在地震中和地震后的稳固性。特别是在地震后，必须确保建筑关键结构的稳定性，这样才能确保使用人员的人身安全，同时避免再次修补。据调查和研究分析发现在地震来临时，高层建筑会受到各个不同方向的作用力，因此，建筑的抗震能力是极为重要的。特别是在对建筑薄弱位置的设计，与建筑的具体情况相结合，在不影响建筑质量的前提下，对结构设计进行优化，尽可能不使用过于复杂的结构设计方案。建筑设计是决定高层建筑地震抵抗能力的关键所在，因此为了使建筑在地震发生时可以有效分散地震带来的冲击力，设计人员在设计时必须遵循科学、合理的原则，提高建筑的抗震能力，确保建筑的安全和稳固。

3.3 合理的刚度

在建筑施工或者使用中会出现结构弯曲或者变形的情况，为了避免这一情况的出现必须重视建筑的刚度，控制其在合理范围之内。所以在设置结构抗侧力刚度时要根据建筑的实际情况合理制定，刚度不能过高，否则在地震发生时，会对建筑造成很大的影响。与此同时，在进行配筋构造施工时，可以增加其截面积，进而促进结构刚度的增加，实现提高高层建筑抗震能力的目的，同时这种方法的成本还较低，有利于工程效益的提高。

3.4 建筑形状的选择

（1）建筑的平面布置应简单规则。（2）建筑物竖向布置应均匀和连续。前而两条在《建筑抗震设计规范》表3.4.3-1和表3.4.3-2均有体现，在设计中确保结构的简单性是为了使高层建筑结构在地震作用时的传力途径直接有效，并且便于通过计算分析高层建筑抗震结构的薄弱部分，及时对其进行加强设计，以此来实现对高层建筑结构抗震设计的优化与完善，提高建筑结构整体的抗震能力，提高高层建筑结构的安全性。（3）质量中心与刚度中心必须保持一致，若是二者不重合，必然会出现扭转效应，导致距离刚度中心比较远的构件出现较小的应力，进而出现安全质量问题。（4）对于复杂体型的处理，通常两种做法：设缝，将建筑物划分成规则的单元；在对建筑物进行细致的抗震分析后，采取加强措施以提高结构的抗变形能力。

4 结语

总而言之，在高层建筑结构设计过程中需要考虑诸多因素，概念设计在建筑结构设计中的应用能够有效推动高层建筑结构设计的可持续发展，提升高层建筑的社会及经济效益。因此。希望该文提到的有关高层建筑的概念设计方法，能够为高层建筑结构的设计提供一定的帮助。

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