芻議高層建筑結構設計中的概念設計

荊智術

摘要：隨著我國國民經濟的發展及人們生活水平的提高，對建筑結構設計提出了更高的要求，其在建筑行業中占據著重要位置，因此，加強建筑結構設計，注重概念設計與結構設計之間的關系，提高工程師的設計水平，使建筑結構設計取得良好的成果。本文結合概念設計的特點，對高層建筑結構概念設計中的幾個相關問題進行了分析和探討。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；概念設計

中圖分類號：TU208文獻標識碼： A

前言

在經濟發展的帶動下，我國的城市化進程不斷加快，城市規模的迅速擴大和城市人口的不斷增加，使得城市建設用地急劇減少。為了緩解日益緊張的人地矛盾，滿足城市居民的住房需求，建筑逐漸向著高層化的方向發展，高層建筑在城市形象中發揮著不可替代的作用，做好建筑的結構設計，凸顯建筑的造型創意，在建筑中更加完美地展現設計時的設計理念，對于城市形象工程的建設是十分重要的。

一、概念設計的相關概念

概念設計，是指由分析用戶需求，到生成概念產品的一系列有序的、可組織的、有目標的設計活動，表現為一個由粗到細，由模糊到清晰，由抽象到具體的不斷進化的過程。具體來講，概念設計就是利用設計概念，并以其為主線，貫穿整個設計過程的設計方法，是一個完整而全面的設計過程。對于建筑設計領域而言，概念設計主要是建筑設計人員根據自身豐富的工作經驗，以及對建筑整體結構布局的了解和判斷，對建筑設計方案進行構思，從宏觀層面，決定建筑的結構、形態等基本問題。要想確保建筑設計的合理性和科學性，必須有正確的概念設計為指導，以避免因經驗不足或者錯誤判斷而產生不符合客觀事實的現象。

二、概念設計與建筑結構設計之間的關系探討

概念設計是指以設計師的個人經驗為基礎進行的定性設計，而結構設計是根據概念設計的要求及力學等定量設計來實現的一個逆向過程，其中，定量設計主要包括建筑結構內力、配筋數量及結構變形等參數。若概念設計不合理，將會影響整個建筑的結構設計，由于概念設計是體現出設計師的一種先進設計思想，因此，在建筑結構設計中，設計師需要根據建筑的整個概念進行結構設計，并對構件與結構之間的關系進行協同處理。所以，概念設計與結構設計兩者之間的關系是相輔相成的。

三、高層建筑結構概念設計的相關問題

在高層建筑結構概念設計中，需要遵循幾個一般性的原則:

(1)合理選擇設計方案:一個成功的設計必須選擇一個經濟合理的結構方案 ,即要選擇一個切實可行的結構形式和結構體系。結構體系應受力明確 ,傳力簡捷 ,同一結構單元不宜混用不同結構體系 ,地震區應力求平面和豎向規則?？傊?,必須對工程的設計要求、地理環境、材料供應、施工條件等情況進行綜合分析 ,并與建筑、水、暖、電等專業充分協商 ,在此基礎上進行結構選型 ,確定結構方案 ,必要時還應進行多方案比較 ,擇優選用。

(2)合理選擇計算簡圖: 計算簡圖與實際結構之間不可能完全一致，必然會存在一定的誤差，只要這些誤差在允許的范圍內，都可以正常使用，但是如果誤差較大，就需要重新進行處理和計算。在這個過程中，計算簡圖的選擇是非常關鍵的，選取不當很容易引發安全事故，因此需要相關設計人員的重視。

(3)正確分析計算結果: 在計算機技術和軟件技術不斷普及的現在，建筑結構設計過程中，很多時候都會采用各種各樣的專業軟件進行設計，但是由于軟件程序等因素，設計出來的建筑結構可能不會十分精準，從而導致計算結果的偏差和錯誤。對此，設計人員需要正視計算機得出的結果，結合自身的實際工作經驗，對其進行分析和判斷，確保計算結果的準確性和可靠性。這里針對高層建筑結構中幾個關鍵性的部位，對其概念設計進行分析和探討。

1.樓層平面剛度

在對高層建筑進行結構設計時，由于建筑自身的復雜性，計算數據龐雜，因此一般都是通過計算機進行計算。當前常用的計算程序，通常都是將樓層假設為剛性樓面(樓板平面內剛度無限大)，極個別的軟件會考慮彈性樓板的情況。如果確定樓層為剛性樓面，則認為其在平面空間內，只作剛體運動，而不會發生剪切和彎曲變形。而由于采用了剛度無限大的假設，則在對建筑樓層進行結構設計時，樓面的構造需要保證樓板剛度的無限大。在現行的標準中認為，當樓板在自身平面內的撓度小于1/2000，可以將其看做剛性樓板。在這種情況喜愛，模擬計算的結果基本上可以準確地反映建筑結構的真實受力情況，以此為基礎所設計出來的建筑結構，是比較合理的，在安全方面也有著很大的保障。反之，如果設計的樓板變形較為明顯，如樓面寬度狹窄、平面上存在較長的外伸段、存在錯層結構等，如果按照剛性樓面進行計算，則很難保證結果的準確性，結構的安全性和合理性也就存在很大的不足，對于這種情況，需要按照柔性樓面對其進行計算和設計。

2.抗震設計

建筑自身的抗震能力直接影響著建筑的穩定性和安全性，因此，建筑設計人員在對高層建筑進行設計時，需要將建筑的抗震概念設計充分考慮進去，以減少強烈震動對于建筑的影響和破壞。從建筑的整體結構來看，不僅存在有敏感薄弱的部位，也存在有堅固抗震的部位，當震動到來時，震動波作用在建筑上，如果集中于建筑的敏感薄弱部位，則很可能造成建筑結構的損壞，甚至可能瞬間倒塌。而為了使得建筑具備較強的抗震能力，設計人員可以通過科學合理的設計，使得建筑可以在面臨強烈震動時，對受到的沖擊作用進行分散，從而確保建筑的穩定和安全。建筑抗震概念設計需要考慮幾個基本原則: 首先，結構應該簡單。當地震來襲時，建筑應該具有直接而且明確的傳力途徑，以確保對作用力的快速分散。其次，結構規則而且均勻。規則均勻的建筑結構，其承載力也會分布的比較均勻，傳力途徑突變的概率也會比較小，建筑自身的安全性更強。然后，結構的剛度和整體性。在地震中，建筑承受的作用力方向是不規則的，可能來自任意一個方向，因此，在對建筑進行設計時，需要確保其在各個方向上都具備一定的承載能力，在結構設計時，對結構的剛度進行合理選擇，確保結構的整體性，可以有效減少地震對于建筑的破壞。

3.基礎埋深

對于高層建筑而言，由于自重較大，對于基礎的承載能力要求較高，因此，建筑設計人員在對建筑進行設計時，為了保證建筑的穩定性和抗震性，需要適當增加建筑基礎的埋深。在相關規范中，對于高層建筑的基礎埋深，有著非常明確的標準，如果采用的是天然地基或者復合地基，則基礎埋深應該為建筑自身高度的 1/15，如果采用的是樁基礎，則基礎埋深應該為建筑高度的1/18。從這個標準來看，建筑基礎的埋深僅僅需要考慮基礎的型式以及建筑自身的高度，但是在實際施工中，基礎埋深的設計還需要充分考慮建筑的裙房底座寬度、地下室底盤寬度、高寬比等各方面的因素。當建筑的高度和基礎型式相同時，如果高寬比較大，則基礎埋深應該適當增大; 當地下室面積與塔樓投影面積相同時，基礎埋深同樣需要加大。建筑設計人員需要充分理解高層建筑基礎埋深的本質涵義，在實際工程設計中進行靈活運用，以確保高層建筑結構設計的合理性和可靠性。

(4)采取相應的構造措施: 始終牢記“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉原則” 注意構件的延性性能 加強薄弱部位 注意鋼筋的錨固長度 ,尤其是鋼筋的直線段錨固長度 考慮溫度應力的影響。除此之外 ,還應注意按均勻、對稱、規整原則考慮平面和立面的布置 綜合考慮抗震的多道防線 盡量避免薄弱層的出現 以及正常使用極限狀態的驗算等等都需要概念設計作指導。

結語

總而言之，在高層建筑設計中，結構概念設計受到了越來越多的重視，建筑設計人員在保證建筑結構安全性的基礎上，不斷創新，使得概念設計在建筑設計中發揮著越來越重要的作用，推動了建筑結構設計的科學發展。

參考文獻：

[1]王允.淺析高層建筑結構設計的相關問題[J].中華民居(下旬刊).2013．

[2]王榮書.高層建筑結構概念設計探析[J].黑龍江科技信息，2010．

[3]范小平.高層建筑結構概念設計中相關的幾個問題應用分析[J].福建建材.2008．

[4]王若冰.淺談高層建筑結構概念設計的相關問題[J]中華民居(下旬刊).2013．