高层建筑结构概念设计应用与分析.pdf

044 高层建筑结构概念设计应用与分析高层建筑结构概念设计应用与分析 郭彦旭 摘 要 伴随着高层建筑的产生，一些有关高层建筑的问 题也接踵而至，如高层建筑结构的设计就是目前工程师面 临的最严峻的考验。本文对概念设计的定义和意义展开了 详细的论述，并对高层建筑结构的概念设计中存在的一些 注意事项和应用事宜进行了探索和解析。 关键词 高层建筑结构 概念设计 优化设计 高层建筑结构设计对工程师的要求特别高，因 此在进行高层建筑的时候，工程师们首先要做的第 一件事就是概念设计，即对高层建筑结构的设计展 开探索。通过概念设计，可以很好地设计出科学合 适的建筑结构体系，保证结构性能的良好。因此， 一定要提高对概念设计的重视程度，提高对高层建 筑结构设计过程中需要注意的问题的重视程度，才 能为高层建筑的稳固性提供保障。 一、 高层建筑结构概念设计概述 1. 概念设计的定义 所谓概念设计， 就是建筑设计师结合工作经验， 在分析用户需求的基础上，明确地震作用与结构性 能的基础上，以设计概念为主导，对建筑的形态、 结构等进行裁决和布局，对构建布置、材料使用、 结构体系等进行确定，是贯穿全部设计过程的一种 设计方法。概念设计围绕设计概念展开，可以说， 设计概念就是概念设计的主题思想，牵引着概念设 计的各个方面。 2. 概念设计的意义 在进行高层建筑结构设计的时候，极其容易受 到局部改变的影响，因此，在设计的时候要明确设 计方向，合理运用概念设计。由于高层建筑的高度 比平常建筑物的高度要高，所以，在进行高层建筑 结构设计的时候，抗震设计的难度比较大。为了解 决这种问题，同时也为了防止设计计算需求与最初 制定的结构体系难以相符情况的发生，要认真对待 概念设计，严格控制侧移变形参数、水平荷载力、 水平轴向作用力等影响因素， 做好每一项设计工作， 杜绝大量物力、人力、财力白白浪费的情况的发生。 不得不承认，合理科学的概念设计可以很好地降低 地震作用的效应，可以合理选择结构体系和建筑体 型，可以有效地提高结构的抗震性能，可以增加高 层建筑工程的安全性和经济性。 二、 高层建筑结构概念设计时需要注意的问题 1. 基础结构设计 在进行高层建筑结构设计的时候，基础结构的 设计是一项基本的设计环节，也是最关键、最重要 的一个设计环节，因此，在设计过程中一定要优化 基础结构设计，提高对基础结构设计的重视程度。 例如，规范中指出，基础埋深应该为建筑高度的 1/18，因此，对于高层建筑的基础埋深，要充分考 虑建筑自身的高度以及基础的型式，以保证高层建 筑的稳定性。当然，如果对于高层建筑的稳定性没 有太大的把握的话，也可以对基础埋深进行调整， 适当的增加建筑基础的埋深。此外，还要提高基础 整体性，选择整体性良好的方案，并保证同一结构 单元都采用的是相同的基础形式，以确保结构以及 基础能整体传力。最后，还要重视抗扭转刚度能力 与抵抗扭转振动，要对抗震性能中的薄弱环节进行 严格控制，要保证梁的受弯能力比柱的低，要做好 基础结构设计工作。只有做好基础设计工作，只有 灵活运用概念设计，才能保证高层建筑结构设计的 可靠性和合理性，为高层建筑的稳固性提供可靠的 保障。 2. 抗震结构设计 可以说，抗震结构设计是概念设计中难度系数 最高的设计环节， 也是高层建筑结构设计中最重要、 最不可或缺的一个设计环节。高层建筑的抗震能力 直接影响着建筑的安全性和稳定性，因此，为了使 得建筑拥有较强的抗震能力，为了减少强烈震动对 建筑的破坏和影响，一定要从性能目标、抗震的性 能水平与目标选用三个方面入手，保证抗震结构设 计的合理性。例如，对于抗震的性能水平来说，要 做到震中、震后都能经得起考验。尤其是震后，要 达到建筑结构依旧保持完好、薄弱构件与结构重要 部位保持完好，尽量不采取修复措施。众所周知， 高层建筑在地震中承受的作用力方向是不规则的， 所以，当震动到来时，对建筑结构的抗震性能有着 极大的考验性。因此，要加固高层建筑敏感薄弱的 部位，针对高层建筑实际情况，尽可能对结构进行 简单的设计，不要采用太复杂的结构设计方案，减 少地震对高层建筑的损坏。当然，为了使得高层建 筑具备较强的抗震能力，为了分散强烈震动时高层 建筑受到的冲击作用力，相关设计人员一定要对高 层建筑进行科学合理的设计，以防止对人们造成一 定的伤害，提高高层建筑的安全性能。 3. 合理的刚度 为了防止建筑发生弯曲变形或剪切，有效控制 建筑结构变形，要加大对建筑刚度的重视程度，合 理控制建筑刚度。值得注意的是，结构的抗侧力刚 度不宜过大，一旦过大，就会造成结构承受的水平 力加大，使得地震作用加大，不利于对地震的抵抗。 同时，为了节约成本，提高结构的安全性，要加强 配筋构造措施，还要适当的加大截面尺寸，这样才 能提高结构的刚度，确保传利途径的直接和简单， 确保高层建筑的抗震性能。 4. 遵循谨慎性原则 在进行高层建筑结构设计的时候，要遵循谨慎 性原则，合理选择设计方案，合理布置结构竖向构 件，合理选择计算简图，正确分析计算结果。例如， 在合理选择设计方案的时候，要提前对施工现场周 围的环境进行考察，尤其是地质水文条件、周边环 境等影响因素，要加大考察力度，针对现场情况科 学合理的选择适合的方案。同时，为了安全起见， 也可以制定多个不同的方案， 一旦一个方案不合适， 可以及时更改方案，保证工程的顺利实施。又如， 对于合理选择计算简图，也要认真对待，毕竟实际 结构和计算简图之间会存在一定的误差，为了减小 误差，一定要对计算简图认真选择。一旦误差过大， 要重新进行处理和计算，以确保计算结果的可靠性 和准确性。 三、 高层建筑结构概念设计的应用 1. 将抗震概念设计运用到概念设计中 地形条件对建筑结构破坏的程度的影响很大， 两者之间有着密切的联系，因此，在高层建筑结构 抗震概念设计的过程中， 要合理应用抗震概念设计， 认真考量场地、地基条件，考量环境、地势以及气 候等影响因素，借助抗震概念设计有效避免高层建 筑工程施工的抗震危险地段。值得注意的是，要尽 量选择土质坚硬的场地，以确保良好的稳定性。同 时，还要注意结构选型与布置的合理性，认真分析 工程结构钢筋配率，并确保竖向布置的均匀性以及 平面布置的对称性，以保证建筑结构可以满足工程 施工的实际需求。将抗震概念设计运用到概念设计 中，可以避免高层建筑物在发生地震时发生破坏， 对高层建筑结构的稳固性有很好的保证作用。 2. 利用概念设计优选施工设计方案 利用概念设计优选施工设计方案，可以保证高 层建筑结构施工设计方案的合理性、实用性和经济 性。所以，在进行高层建筑结构设计的时候，设计 人员要综合考虑各种影响因素，全面分析高层建筑 结构的抗震系统，制定科学建筑结构施工方案。当 然，需要注意的是，还要在施工方案中采取相应的 应对措施，保证方案的可靠性。施工设计方案对建 筑工程来说相当重要，只有选好了施工设计方案， 才能为建筑工程的顺利实施提供保障，为建筑实施 提供正确的方向，提高工程的质量。所以，一定要 科学合理的运用概念设计，借助概念设计，选择出 适合高层建筑工程的方案。 四、 结语 虽然牵制高层建筑结构设计的因素有很多，但 是，只要加强对概念设计的重视，将高层建筑结构 概念设计中需要注意的问题做好，就一定会推动高 层建筑结构设计的发展，提高经济效益。希望本文 提到的有关高层建筑的概念设计方法，能够为高层