刍议高层建筑结构设计中的概念设计

荆智术

摘要：随着我国国民经济的发展及人们生活水平的提高，对建筑结构设计提出了更高的要求，其在建筑行业中占据着重要位置，因此，加强建筑结构设计，注重概念设计与结构设计之间的关系，提高工程师的设计水平，使建筑结构设计取得良好的成果。本文结合概念设计的特点，对高层建筑结构概念设计中的几个相关问题进行了分析和探讨。

关键词：高层建筑；结构设计；概念设计

中图分类号：TU208文献标识码： A

前言

在经济发展的带动下，我国的城市化进程不断加快，城市规模的迅速扩大和城市人口的不断增加，使得城市建设用地急剧减少。为了缓解日益紧张的人地矛盾，满足城市居民的住房需求，建筑逐渐向着高层化的方向发展，高层建筑在城市形象中发挥着不可替代的作用，做好建筑的结构设计，凸显建筑的造型创意，在建筑中更加完美地展现设计时的设计理念，对于城市形象工程的建设是十分重要的。

一、概念设计的相关概念

概念设计，是指由分析用户需求，到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动，表现为一个由粗到细，由模糊到清晰，由抽象到具体的不断进化的过程。具体来讲，概念设计就是利用设计概念，并以其为主线，贯穿整个设计过程的设计方法，是一个完整而全面的设计过程。对于建筑设计领域而言，概念设计主要是建筑设计人员根据自身丰富的工作经验，以及对建筑整体结构布局的了解和判断，对建筑设计方案进行构思，从宏观层面，决定建筑的结构、形态等基本问题。要想确保建筑设计的合理性和科学性，必须有正确的概念设计为指导，以避免因经验不足或者错误判断而产生不符合客观事实的现象。

二、概念设计与建筑结构设计之间的关系探讨

概念设计是指以设计师的个人经验为基础进行的定性设计，而结构设计是根据概念设计的要求及力学等定量设计来实现的一个逆向过程，其中，定量设计主要包括建筑结构内力、配筋数量及结构变形等参数。若概念设计不合理，将会影响整个建筑的结构设计，由于概念设计是体现出设计师的一种先进设计思想，因此，在建筑结构设计中，设计师需要根据建筑的整个概念进行结构设计，并对构件与结构之间的关系进行协同处理。所以，概念设计与结构设计两者之间的关系是相辅相成的。

三、高层建筑结构概念设计的相关问题

在高层建筑结构概念设计中，需要遵循几个一般性的原则:

(1)合理选择设计方案:一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案 ,即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确 ,传力简捷 ,同一结构单元不宜混用不同结构体系 ,地震区应力求平面和竖向规则。总之 ,必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析 ,并与建筑、水、暖、电等专业充分协商 ,在此基础上进行结构选型 ,确定结构方案 ,必要时还应进行多方案比较 ,择优选用。

(2)合理选择计算简图: 计算简图与实际结构之间不可能完全一致，必然会存在一定的误差，只要这些误差在允许的范围内，都可以正常使用，但是如果误差较大，就需要重新进行处理和计算。在这个过程中，计算简图的选择是非常关键的，选取不当很容易引发安全事故，因此需要相关设计人员的重视。

(3)正确分析计算结果: 在计算机技术和软件技术不断普及的现在，建筑结构设计过程中，很多时候都会采用各种各样的专业软件进行设计，但是由于软件程序等因素，设计出来的建筑结构可能不会十分精准，从而导致计算结果的偏差和错误。对此，设计人员需要正视计算机得出的结果，结合自身的实际工作经验，对其进行分析和判断，确保计算结果的准确性和可靠性。这里针对高层建筑结构中几个关键性的部位，对其概念设计进行分析和探讨。

1.楼层平面刚度

在对高层建筑进行结构设计时，由于建筑自身的复杂性，计算数据庞杂，因此一般都是通过计算机进行计算。当前常用的计算程序，通常都是将楼层假设为刚性楼面(楼板平面内刚度无限大)，极个别的软件会考虑弹性楼板的情况。如果确定楼层为刚性楼面，则认为其在平面空间内，只作刚体运动，而不会发生剪切和弯曲变形。而由于采用了刚度无限大的假设，则在对建筑楼层进行结构设计时，楼面的构造需要保证楼板刚度的无限大。在现行的标准中认为，当楼板在自身平面内的挠度小于1/2000，可以将其看做刚性楼板。在这种情况喜爱，模拟计算的结果基本上可以准确地反映建筑结构的真实受力情况，以此为基础所设计出来的建筑结构，是比较合理的，在安全方面也有着很大的保障。反之，如果设计的楼板变形较为明显，如楼面宽度狭窄、平面上存在较长的外伸段、存在错层结构等，如果按照刚性楼面进行计算，则很难保证结果的准确性，结构的安全性和合理性也就存在很大的不足，对于这种情况，需要按照柔性楼面对其进行计算和设计。

2.抗震设计

建筑自身的抗震能力直接影响着建筑的稳定性和安全性，因此，建筑设计人员在对高层建筑进行设计时，需要将建筑的抗震概念设计充分考虑进去，以减少强烈震动对于建筑的影响和破坏。从建筑的整体结构来看，不仅存在有敏感薄弱的部位，也存在有坚固抗震的部位，当震动到来时，震动波作用在建筑上，如果集中于建筑的敏感薄弱部位，则很可能造成建筑结构的损坏，甚至可能瞬间倒塌。而为了使得建筑具备较强的抗震能力，设计人员可以通过科学合理的设计，使得建筑可以在面临强烈震动时，对受到的冲击作用进行分散，从而确保建筑的稳定和安全。建筑抗震概念设计需要考虑几个基本原则: 首先，结构应该简单。当地震来袭时，建筑应该具有直接而且明确的传力途径，以确保对作用力的快速分散。其次，结构规则而且均匀。规则均匀的建筑结构，其承载力也会分布的比较均匀，传力途径突变的概率也会比较小，建筑自身的安全性更强。然后，结构的刚度和整体性。在地震中，建筑承受的作用力方向是不规则的，可能来自任意一个方向，因此，在对建筑进行设计时，需要确保其在各个方向上都具备一定的承载能力，在结构设计时，对结构的刚度进行合理选择，确保结构的整体性，可以有效减少地震对于建筑的破坏。

3.基础埋深

对于高层建筑而言，由于自重较大，对于基础的承载能力要求较高，因此，建筑设计人员在对建筑进行设计时，为了保证建筑的稳定性和抗震性，需要适当增加建筑基础的埋深。在相关规范中，对于高层建筑的基础埋深，有着非常明确的标准，如果采用的是天然地基或者复合地基，则基础埋深应该为建筑自身高度的 1/15，如果采用的是桩基础，则基础埋深应该为建筑高度的1/18。从这个标准来看，建筑基础的埋深仅仅需要考虑基础的型式以及建筑自身的高度，但是在实际施工中，基础埋深的设计还需要充分考虑建筑的裙房底座宽度、地下室底盘宽度、高宽比等各方面的因素。当建筑的高度和基础型式相同时，如果高宽比较大，则基础埋深应该适当增大; 当地下室面积与塔楼投影面积相同时，基础埋深同样需要加大。建筑设计人员需要充分理解高层建筑基础埋深的本质涵义，在实际工程设计中进行灵活运用，以确保高层建筑结构设计的合理性和可靠性。

(4)采取相应的构造措施: 始终牢记“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉原则” 注意构件的延性性能 加强薄弱部位 注意钢筋的锚固长度 ,尤其是钢筋的直线段锚固长度 考虑温度应力的影响。除此之外 ,还应注意按均匀、对称、规整原则考虑平面和立面的布置 综合考虑抗震的多道防线 尽量避免薄弱层的出现 以及正常使用极限状态的验算等等都需要概念设计作指导。

结语

总而言之，在高层建筑设计中，结构概念设计受到了越来越多的重视，建筑设计人员在保证建筑结构安全性的基础上，不断创新，使得概念设计在建筑设计中发挥着越来越重要的作用，推动了建筑结构设计的科学发展。

参考文献：

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