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(guī)劃的需求，高層建筑項目越來越多。由于高層建筑具有結(jié)構(gòu)復雜、樓層多、施工技術要求高等特點，為了確保其結(jié)構(gòu)設計的可持續(xù)發(fā)展，就必須要加強對高層建筑結(jié)構(gòu)設計的優(yōu)化?，F(xiàn)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(jié)構(gòu)概念設計應注意的問題，以供參考。

關鍵詞：結(jié)構(gòu)體系 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)工程師，其最主要的工作就是將總體結(jié)構(gòu)方案的設計完全落實到既定的建筑空間之中，并合理協(xié)調(diào)不同構(gòu)件和結(jié)構(gòu)之間的關系?，F(xiàn)階段的結(jié)構(gòu)設計多是采用的一體化計算機結(jié)構(gòu)程序，但是對于計算機結(jié)果中出現(xiàn)問題或者不合理部分，很多工程師都不能及時發(fā)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(chuàng)新思想日益退化。之所以大力推行概念設計是因為現(xiàn)階段的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)時，其使用彈性理論來計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，但是卻使用塑性理論的極限狀態(tài)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(jié)構(gòu)的設計，只能通過概念設計的方式來設計出最適用于結(jié)構(gòu)要求的設計方案。

2 概念設計應用原則

2.1 優(yōu)化選型原則

（1）優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系。在進行建筑結(jié)構(gòu)體系的設計時，首先需要全面掌握建筑基本構(gòu)件特征，其次要根據(jù)建筑環(huán)境、荷載以及具體使用情況來選擇優(yōu)化的方案，之后再仔細地判斷各種情況之間的聯(lián)系，并以此來建立結(jié)構(gòu)單元，最后通過平面、線型、疊合、交叉等集合形式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)單元，進而使其形成主要結(jié)構(gòu)體系。（2）優(yōu)化結(jié)構(gòu)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(tǒng)以及柱墻豎向支承系統(tǒng)進行優(yōu)化布置。同時，還需將建筑承載力、側(cè)向與豎向變形、地質(zhì)條件、支承作法等結(jié)構(gòu)進行比較，進而確定其是否具備合理性、科學性與優(yōu)越性。

2.2 空間作用原則

通常來說建筑物作為空間結(jié)構(gòu)，因此需要對整個建筑的結(jié)構(gòu)直至建筑的施工質(zhì)量進行全方位的管理和控制，比如：建筑中空調(diào)冷熱源、建筑負荷等的設計，確保設計的質(zhì)量，與此同時，設計人員還需要重視建筑中節(jié)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(zhì)量的同時，盡可能提高建筑的經(jīng)濟性。項目質(zhì)量管理與暖通空調(diào)設計的經(jīng)濟性密切相關，將質(zhì)量管控措施有效落實到暖通空調(diào)設計之中，確保設計方案科學性、全面性和經(jīng)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(jié)構(gòu)概念設計應注意的問題

3.1 基礎結(jié)構(gòu)設計

基礎結(jié)構(gòu)作為整個建筑重量的承載結(jié)構(gòu)，它的質(zhì)量直接關系著建筑的整體質(zhì)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(jié)構(gòu)設計，確?；A設計的質(zhì)量。比如：在施工規(guī)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(jié)合相關的資料及信息，設定合理的埋深，確保建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。如果不能確保高層建筑的穩(wěn)定性，則可以適當調(diào)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(jié)構(gòu)單元，其基礎必須相同，這樣才能夠保證基礎結(jié)構(gòu)的性能，確保整體傳力能力的良好。最后，抗扭轉(zhuǎn)剛度能力與抵抗扭轉(zhuǎn)振動也是基礎設計中需要重視的環(huán)節(jié)之一，對建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設計的科學性和有效性，為高質(zhì)量的工程建筑奠定基礎。

3.2 抗震結(jié)構(gòu)設計

在各個環(huán)節(jié)的概念設計之中，抗震結(jié)構(gòu)設計是最困難的，并且也是最重要和最關鍵的設計環(huán)節(jié)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(chǎn)生的不良影響，為了有效確保這一目標的實現(xiàn)，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(zhì)量的抗震結(jié)構(gòu)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(wěn)固性。特別是在地震后，必須確保建筑關鍵結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(jù)調(diào)查和研究分析發(fā)現(xiàn)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(jié)合，在不影響建筑質(zhì)量的前提下，對結(jié)構(gòu)設計進行優(yōu)化，盡可能不使用過于復雜的結(jié)構(gòu)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(fā)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(wěn)固。

3.3 合理的剛度

在建筑施工或者使用中會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)彎曲或者變形的情況，為了避免這一情況的出現(xiàn)必須重視建筑的剛度，控制其在合理范圍之內(nèi)。所以在設置結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度時要根據(jù)建筑的實際情況合理制定，剛度不能過高，否則在地震發(fā)生時，會對建筑造成很大的影響。與此同時，在進行配筋構(gòu)造施工時，可以增加其截面積，進而促進結(jié)構(gòu)剛度的增加，實現(xiàn)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(guī)則。（2）建筑物豎向布置應均勻和連續(xù)。前而兩條在《建筑抗震設計規(guī)范》表3.4.3-1和表3.4.3-2均有體現(xiàn)，在設計中確保結(jié)構(gòu)的簡單性是為了使高層建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的薄弱部分，及時對其進行加強設計，以此來實現(xiàn)對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的優(yōu)化與完善，提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震能力，提高高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性。（3）質(zhì)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(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應，導致距離剛度中心比較遠的構(gòu)件出現(xiàn)較小的應力，進而出現(xiàn)安全質(zhì)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(guī)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(jié)構(gòu)的抗變形能力。

4 結(jié)語

總而言之，在高層建筑結(jié)構(gòu)設計過程中需要考慮諸多因素，概念設計在建筑結(jié)構(gòu)設計中的應用能夠有效推動高層建筑結(jié)構(gòu)設計的可持續(xù)發(fā)展，提升高層建筑的社會及經(jīng)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(jié)構(gòu)的設計提供一定的幫助。

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