对高层建筑结构的设计分析

【摘要】随着经济的不断发展，高层建筑不断增加，建筑结构设计不断复杂，通过采取概念设计理念进行结构设计成为当前结构设计的重要思想，它可以改变以往设计中的不合理现象，而且可以有效的体现设计人员的主观能动思想，从而提高结构的安全性和经济效益。

【关键字】概念设计；结构设计；高层建筑；难点分析

一、何为概念设计

具体的讲，是指在没有进行认真运算的时候，通过大层次的控制特征对构造等的综合内容以及分部信息开展的一种整体的设计理念。概念指的是当我们在开展具体活动的时候，通过一定的认知能力而发展变化得到的。现在，我们在开展实际的结构探索的时候仍然面临许多的不利现象，在开展设计的时候是按照假定等的方式来进行的。所以，规定构造设计人员对综合内容和不同的分层内容进行深入的了解，特别是对那些不容易进行细致的力学探索或者是在活动中无法辨别的事项中结合综合构造和分部间的理论内容，将其运用到具体的活动里，改变了传统模式中的呆板模式，进而能够有效的体现出设计人员的主观能动思想。

二、结构设计中概念设计的体现

1、合理选择结构方案

一个成功的结构设计必须选择一个经济合理的方案，即选择一个切实可靠的结构形式和结构体系。结构设计必须对建筑的功能要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析，在此基础上进行结构选型，确定最优结构方案。概念设计在工程设计一开始就应把握好场地情况、建筑体型、结构体系、刚度分布、构件延性等几个方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节。

2.选用恰当的结构计算模型，正确分析计算结果

结构计算是在计算模型的基础上进行的，即对作用的荷载与构件的约束状态进行一定的简化，使其接近实际状态。现在的建筑物功能复杂多样，结构计算只能通过计算机来完成。所以，将实际工程的结构形式转变成可以用于计算机计算的模型和保证有足够的精确度就成为结构设计的关键问题。现在结构设计中有许多软件可以供结构设计人员选择，但不同软件往往会导致不同的计算结果。因此，设计人员在进行结构计算前，应先要全面了解该程序软件的适用范围和技术条件，使用时要避免操作失误，对电算的结果再用概念设计进行科学分析，做出正确的合理判断。

3、施工图绘制

在施工图的绘制过程中，我们不应过分地相信计算机，应用我们的结构知识和结构概念对计算模型、设计方法以及易出问题的关键部位重点审查，对重要计算参数逐一检查，对重要问题、参数、特殊构件及特殊荷载，设计者应给出书面文稿以便复查、核查，运用结构概念对计算结果的合理性进行分析判断，对重要结构构件应用手工进行核算。

三、高层建筑结构设计的基本要求

1、结构的规则性

1.1不应采用严重不规则的结构体系。建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，应符合下列要求：

（1）应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；

（2）应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；

（3）对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施予以加强。

1.2高层建筑的结构体系尚宜符合下列要求：

（1）结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位。

（2）宜具有多道抗震防线。

2、规则结构的主要特征

建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

规则结构一般指：体型（平面和立面）规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度；结构竖向布置均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀，无突变。

3、规则平面布置需满足的要求

3.1结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确，传力直接，力争均匀对称，减少扭转的影响。在地震作用下，建筑平面要力求简单规则，风力作用下则可适当放宽。抗震设防的高层建筑，平面形状宜简单、对称、规则，以减少震害。

3.2在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。

3.3抗震设计的B级高度钢筋混凝土高层建筑、混合结构高层建筑，其平面布置应简单、规则，减少偏心。

四、设计难点分析

1、剪力墙布置方面

高层建筑应有较好的空间工作性能，剪力墙结构应双向布置，形成空间结构。在抗震结构中，应避免单向布置剪力墙，并宜使两个方向抗侧刚度接近，即两个方向的自振周期宜相近。

剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使结构具有适宜的侧向刚度。

剪力墙和加强部位主要体现在以下三个方面：（1）抗震结构中出现塑性铰的部位应作为加强部位。而剪力墙顶层、楼电梯间墙等不宜作为加强部位，这样可以对塑性铰部位可以有更明确的措施，与由于温度、收缩等需要的加强措施区别；（2）剪力墙塑性铰出现后，剪力墙应具有足够的延性，剪力墙底部塑性铰出现都有一定范围，该范围内应当加强构造措施，提高其抗剪切破坏的能力；（3）为安全起见，设计剪力墙时将加强部位范围适当扩大，抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值，当剪力墙高度超过150m时，为避免加强区太高，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10。

2、短肢剪力墙的设置方面

在新规范中，对墙肢截面高厚比为5～8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制。因此，短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙，一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙。近年兴起的短肢剪力墙结构，有利于住宅建筑布置，又可进一步减轻结构自重，应用逐渐广泛。但是由于短肢剪力墙抗震性能较差，地震区应用经验不多，考虑高层住宅建筑的安全，其剪力墙不宜过少、墙肢不宜过短，可以对短肢剪力墙的应用范围应在设计中加以限制，并采取一些加强措施。

3、嵌固端的设置方面

嵌固端的设计方面，其有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置。在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

五、结术语

综上所述，作为一名结构工程师，在高层建筑结构设计中，应始终坚持概念设计的理念，既不盲目照搬规范，也不盲从于一体化计算机结构设计程序，任其随意摆布； 只有始终坚持概念设计的理念，才可能不断地追求尽善尽美的设计思想，而其结构的概念、经验、判断力和创造力才会随年龄与实践的增长而越来越充实，其设计成果才能不断创新。

参考文献

[1]陈峻帆.谈高层建筑结构设计[J].科技创新与应用，2012.

[2]于险峰.高层建筑结构设计特点及其体系[J].建筑技术，2009（24）.

[3]高海虎.结构设计过程中概念设计的应用[J].山西建筑.2012（01）：30-31.

[4]林同炎.结构概念和体系[M].北京：中国建筑工业出版社.2010.