1、<p>　　高層建筑結構概念設計</p><p>　　摘要：建筑結構概念設計在設計人員中提到的比較多，但很多未能夠很好的將結構概念應用到工程中。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展&#160;,為結構設計提供了快速、準確的設計計算工具。但作為結構工程師來說，不可一味的迷信電腦&#160;,應該要有自己的判斷，真正做到讓電腦為我們所用。我們應該利用自己的結構概念指導我們的設計。 </p>

2、<p>　　關鍵詞：建筑結構；概念設計；應用 </p><p>　　中圖分類號: TU2 文獻標識碼：A </p><p>　　1 結構整體方案的概念設計 </p><p>　　概念設計是結構設計的核心和靈魂，他貫穿于結構設計的全過程。結構概念設計運用得好，不但能使結構滿足建筑要求，而且可以用最直接的傳力方式將荷載傳遞到基礎上，創(chuàng)造更為安全、舒適的工作和

3、生活環(huán)境。概念設計的目的是力求使結構設計方案安全、可靠、經濟、合理，是對結構優(yōu)化的過程，筆者主要從以下三個方面對結構設計進行宏觀控制。 </p><p>　　(1) 結構工程師應在建筑方案設計階段與建筑師密切合作，通過不斷地分析比較，確認方案的可行性。在抗震設計中，合理的結構布置在抗震設計中尤為重要，需要建筑師和結構工程師相互配合、溝通、協(xié)調，充分考慮建筑的平、立面外形尺寸，抗側力構件布置、質量分布、承載力分布等

4、諸多因素的綜合要求，力求平、立面簡單對稱。結構工程師應在滿足建筑功能的前提下，去尋求相對最佳的結構方案。 </p><p>　　(2) 在結構方案設計滿足建筑功能的情況下，從宏觀的角度考慮結構的整體性及主要分體系的相互關系，確定建筑結構的總體布置方案。 </p><p>　　(3) 在理論設計過程中應綜合考慮各方面因素對結果的影響，以判斷理論設計的準確性，并對一些工程中難以作出精確分析或在

5、規(guī)范中未精確規(guī)定的問題，根據(jù)實際經驗采用相應的結構構造措施進行處理。 </p><p>　　2 結構設計中概念設計的體現(xiàn) </p><p>　　2.1概念設計在結構設計流程中的體現(xiàn) </p><p>　　結構設計的流程一般分為三個部分: 前期的方案選擇、中期的結構計算及后期的施工圖繪制，這三個階段在結構設計中都缺一不可。 </p><p>　

6、　(1) 合理選擇結構方案。一個成功的結構設計必須選擇一個經濟合理的方案，即選擇一個切實可靠的結構形式和結構體系。結構設計必須對建筑的功能要求、地理環(huán)境、材料供應、施工條件等情況進行綜合分析，在此基礎上進行結構選型，確定最優(yōu)結構方案。概念設計在工程設計一開始就應把握好場地情況、能建筑體型、結構體系、剛度分布、構件延性等幾個方面，從根本上消除建筑中的抗震薄弱環(huán)節(jié)。 </p><p>　　(2) 選用恰當?shù)慕Y構計算模

7、型，正確分析計算結果。結構計算是在計算模型的基礎上進行的，即對作用的荷載與構件的約束狀態(tài)進行一定的簡化，使其接近實際狀態(tài)?，F(xiàn)在的建筑物功能復雜多樣，結構計算只能通過計算機來完成。所以，將實際工程的結構形式轉變成可以用于計算機計算的模型和保證有足夠的精確度就成為結構設計的關鍵問題?，F(xiàn)在結構設計中有許多軟件可以供結構設計人員選擇，但不同軟件往往會導致不同的計算結果。因此，設計人員在進行結構計算前，應先要全面了解該程序軟件的適用范圍和技術條件

8、，使用時要避免操作失誤，對電算的結果再用概念設計進行科學分析，做出正確的合理判斷。 </p><p>　　(3) 施工圖繪制。在施工圖的繪制過程中，我們不應過分地相信計算機，應用我們的結構知識和結構概念對計算模型、設計方法以及易出問題的關鍵部位重點審查，對重要計算參數(shù)逐一檢查，對重要問題、參數(shù)、特殊構件及特殊荷載，設計者應給出書面文稿以便復查、核查，運用結構概念對計算結果的合理性進行分析判斷，對重要結構構件應用手

9、工進行核算。 </p><p>　　2.2 抗震設計中應注意的概念設計問題 </p><p>　　抗震設計是結構設計的重要組成部分。地震是一種隨機震動，要準確預測建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)，目前尚難做到。現(xiàn)在所采用的地震參數(shù)只是概率意義上的估計值，而結構在地震作用下的性能有許多不確定性。因此，抗震設計不能過分依賴理論計算，概念設計在抗震設計中顯得尤其重要。 </p><

10、;p>　　(1) 選擇合適的場地。地震造成建筑物的破壞情況是各不相同的: 一是由于地震時地面強烈運動，使建筑物在震動過程中因喪失整體性或強度不足、變形過大而破壞;二是由于水壩倒塌、海嘯、火災、爆炸等次生災害而造成;三是由于斷層錯動、山崖崩塌、河岸滑坡、地層陷落等地面嚴重變形直接造成。前兩種可以通過工程措施加以防治，而后一種情況，單靠工程措施很難達到預防的目的。因此，選擇工程場址時，應進行詳細勘察，搞清地形、地質情況，盡可能避開對建

11、筑抗震不利的地段。任何情況下均不得在抗震危險地段建造可能引起人員傷亡或較大經濟損失的建筑物。 </p><p>　　(2) 選擇合適的基礎方案?；A設計應根據(jù)工程地質條件，上部結構類型及荷載分布，相鄰建筑物影響及施工條件等多種因素，選擇出經濟合理的基礎方案。基礎設計應有詳盡的地質勘察報告，一般情況下同一結構單元不宜采用兩種不同的類型。 </p><p>　　(3) 采用剛柔相濟原則。在抗震

12、設計中不能一味地提高結構的抗力，一般是根據(jù)初定的尺寸和混凝土等級算出結構的剛度，再由結構剛度算出地震力，然后計算配筋。剛柔相濟原則可以通過合理控制設計總信息來實現(xiàn)。比如周期、位移、地震力應滿足建筑抗震設計規(guī)范限值要求或者不超規(guī)范太多。 </p><p>　　(4) 堅持多道設防原則。強烈地震后往往伴隨多次余震，如果只有一道設防，結構將會因余震損傷的積累而導致坍塌。建筑物抗震結構體系，應由若干個延性較好的分體系組成

13、，并由延性較好的結構構件連接起來協(xié)同工作，如框架－ 剪力體系是由延性框架和抗震墻兩個分體系組成。 </p><p>　　(5) 采用合理的建筑結構體系。一是抗側力構件應布置合理。如在框架－ 剪力墻結構中，剪力墻宜均勻布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過大; 平面形狀凹凸較大時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻; 縱、橫剪力墻宜組成L 型、T 型等形式，剪力墻宜貫通

14、建筑物的全高，避免剛度突變; 剪力墻開洞口宜上下對齊; 剪力墻的布置宜使結構各主軸方向的側向剛度接近; 二是結構的整體性要好。高層建筑結構中，樓板對于結構的整體性起到非常重要的作用。樓板相當于水平隔板，他不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側力的子結構，而且要使這些子結構能協(xié)同承受地震作用，特別是當豎向抗側力子結構布置不均勻或布置復雜或各抗側力子結構水平變形特征不同時，整個結構就要依靠樓板使各抗側力子結構能協(xié)同工作。樓板體系最重要的作用是提

15、供足夠的平面內剛度和抗力，并與豎向各子結構有效連接。所以房屋的頂層、結構轉換層、平面復雜或開洞過大的樓層、作為上部結構嵌固部分的地下室樓層應采用現(xiàn)澆樓蓋結構。 </p><p>　　(6) 采取相應的構造措施。遵循“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件”的設計原則，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，應考慮溫度應力的影響。 </p><p>　　3

16、 結構設計中概念設計的應用 </p><p>　　某大廈為高層公寓，建筑高度90.5 m，建筑面積30948 m2 ，平面形狀復雜。該建筑物地下一層為六級人防地下室，地上一～二層為幼兒園(平面形狀為工字型) ，層高3. 8 m; 三～ 三十層為標準層住宅，平面形狀縮為凸字型，層高3. 0 m。 </p><p>　　經勘察，場地地質條件良好，無不利地段。該工程采用框架－剪力墻結構體系，由于

17、該地區(qū)抗震設防列度為7度，設計基本地震加速度值為0. 15 g，除通過計算滿足規(guī)范要求外，還必須采取有效的抗震構造措施。為確保結構的經濟、安全與舒適，概念設計主要通過以下幾個方面來體現(xiàn): </p><p>　　(1) 結構工程師在建筑方案設計階段，就根據(jù)建筑平面布置及使用功能要求，把結構抗震概念設計融入初步方案中，如有意識將樓梯、電梯、管道井等豎向公共設施盡量布置在建筑物中心部位，并利用樓梯、電梯間設置剪力墻筒體

18、; 另外在建筑物外周邊轉折處布置水平抗側力構件 ( 剪力墻) ，以此加強結構抗側移和扭轉剛度，并盡可能考慮剛心與質心的重合，以減少水平作用下由于結構偏心而引起的空間扭轉效應。 </p><p>　　(2) 合理考慮樓層的平面布置，增大外周邊框架梁、連梁斷面，增大豎向剛度變化大的樓層平面剛度，把三層樓板板厚設為120 mm，以加強周邊抗側力構件的聯(lián)系，增強結構整體性及空間協(xié)同工作能力。 </p>&l

19、t;p>　　(3) 在結構計算過程中，首先根據(jù)工程的實際情況，對結構參數(shù)和特殊構件進行正確設置。并根據(jù)初算結果，按規(guī)范限值調整平面中剪力墻相對比度; 調整剪力墻沿豎向的厚度變化，控制周期比、層間位移及層間位移比，同時注意控制框架柱及小墻肢的軸壓比，增強結構延性，以求經濟與安全的統(tǒng)一。 </p><p>　　(4) 在構造設計時，有針對性地對轉折部位、連接部位以及由于水平力作用引起結構受力變形復雜或相對薄弱部

20、位的結構構件進行構造及配筋的加強，使主要受力構件具有良好的變形能力及耗能能力，以提高結構的抗側變形性能。如對建筑物中部的電梯、樓梯、管道井及周邊的梁板加強，板厚加至150 mm，以減少該處樓板開洞對平面內剛度的削弱影響。 </p><p>　　(5) 盡量采用輕質墻體，以減輕樓層自重，從而降低地震力，同時要求加強地下室外回填土的夯實，通過人防地下室高強度的側壁與周邊回填土的共同作用，增強對結構的約束，以提高結構抗

21、側的整體穩(wěn)定性，減少地震能量的放大。 </p><p>　　(6) 在構造措施中按“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件”的設計要求，對梁柱墻的承載力進行調整，并適當提高框架柱縱向鋼筋的最小配筋筋率。 </p><p>　　通過以上概念設計，使該工程結構構件在剛度、延性、承載力方面相匹配，形成一個在抗震、抗風中高效協(xié)同工作的結構整體，從而使建筑物在經濟、安全、適用、美觀的矛盾中找到了統(tǒng)一。該工

22、程竣工后投入使用，各方對工程質量給予了高度評價。 </p><p><b>　　4 結束語 </b></p><p>　　綜上所述，作為一名結構工程師，在高層建筑結構設計中，應始終堅持概念設計的理念，既不盲目照搬規(guī)范，也不盲從于一體化計算機結構設計程序，任其隨意擺布; 只有始終堅持概念設計的理念，才可能不斷地追求盡善盡美的設計思想，而其結構的概念、經驗、判斷力和創(chuàng)造力

23、才會隨年齡與實踐的增長而越來越充實，其設計成果才能不斷創(chuàng)新。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　［1］計學閏，計鋒，王力.結構概念和體系[M].北京：高等教育出版社，2009． </p><p>　?。?］梁寧.高層建筑結構概念設計的研討[J].四川建材，2008，22． </p><p&