高层建筑结构概念设计浅谈

翟晶晶 晋城市建筑设计院

1 概念设计与结构措施概述

1.1 概念设计

建筑结构设计阶段，概念设计主要为：设计人员按照客户标准，结合设计经验与理念，对施工现场进行查看，对工程情况做出分析，设计图纸的整个过程，以及过程期间对解决产生的各类问题的具体措施。简而言之，即设计人员开展建筑结构设计工作阶段，对设计经验与理念通过概念设计做出充分体现。因此，概念设计也成为建筑结构设计的关键基础与重要前提，并对建筑结构设计与方案的科学性与可行性产生重要影响。

1.2 结构措施

建筑结构设计阶段，结构措施属于设计的先导，成为支撑结构设计的重要部分，是结构设计的重要骨架以及灵魂。基于建筑设计内涵，结构措施不但属于概念设计，同样属于概念设计内容的拓展延伸以及具体深化。设计人员开展设计工作阶段，均基于概念设计入手，即对建筑外形、功能以及内部情况等采取全面综合分析，并根据建筑场地所处区域的地质地理以及自然气候等情况，按照各类建筑标准以及操作规范，对力学概念做出科学系统分析之后，构建科学的结构体系。基于此能够得知，设计人员在对结构做出明确阶段，会由于专业能力、经验以及主观因素等产生影响。

2 结构概念设计的重要性和必要性

2.1 结构概念设计的重要性

概念设计是一种基于理论基础知识的设计思想，结合先进的设计工具、设计技术等制定全面科学的设计方案，使理论和实际结合起来，从而实现结构体系在力学特性、构造处理等方面都比较适合的结构方案。概念设计一方面可以激发结构设计师的主动与创造性，另一方面能全面提高建筑结构设计的质量。一名优秀的结构设计师必须要首先详细了解概念设计的内容、特点和作用等，才能提高建筑结构设计水平。此外，在设计方案制定初期，必须要结构设计师结合具体情况作出判断，这就要求结构工程师们必须要全面掌握建筑结构的概念，才能制定出比较好的结构方案。

2.2 结构概念设计对建筑结构设计的必要性

在计算机技术迅速发展的背景下，结构工程师们对于计算机过于依赖，但计算机并不能代替设计，只有加强结构概念设计的意识，才能更加客观真实地理解建筑结构的工作性能，合理地进行设计。在进行建筑结构设计时需要做出各种力学数值来计算和分析，但是一般会借助计算软件来工作，使得结构工程师缺乏对建筑设计工作深入的思考，也会存在因软件问题而带来的危害。比如在进行结构平面布置时，计算时通过计算加大材料能够满足软件计算的承载力和使用要求，但是并不是合适的结构方案，使得结构臃肿，浪费材料。如果概念设计的思想与方法更加清晰，就能处理好整体结构体系和构件之间的关系，使最终形成的方案更加准确合理，从而免去了后期工作中的一些烦琐计算。此外，概念设计的应用还能对计算机输出的数据进行判断，避免出现电算误差和软件操作错误，在实际工作时采用概念设计理论有利于探讨更深层次的设计问题，从而使设计总体质量得到提升，不仅简化了设计的流程，而且也保证了计算数据结果的准确性。

3 概念设计在建筑结构设计中的应用

3.1 科学选择建筑结构刚度

建筑领域各项指标中，建筑结构刚度属于十分关键的内容，在建筑结构设计中占据着非常关键的位置。所以，务必要确保对建筑刚度的科学合理选择。以此同时，选择科学合理的建筑刚度，对建筑自振周期的有效增加、抗震性能等方面均有着非比寻常的影响和意义。除此之外，良好的刚度，同样可以使空间使用率得到相应的增加，节约成本，使建筑平面能够得到更加充分高效的利用，对建筑设计做出有效优化。

3.2 科学选择建筑主体结构

合理、对称属于建筑结构设计应该遵循的基本原则，此原则可以有效减少建筑材料的使用，节约成本，保证建筑结构中重要结构构件良好的安全性以及稳定性，还可以减小建筑结构的扭转。建筑结构具备的对称性特点，属于建筑结构内部、整体或部分的相互对应以及统一一致。具体设计阶段，为确保建筑结构可以保持对称，可对建筑质心或平面形心的实际距离做出合理的调整，通过对重心的有效调整，确保建筑结构可以保持对称。

3.3 基于场地情况选择建筑基础方案

选定建筑区域，开展勘测设计，应根据建筑形式以及区域地形，对建筑基础做出科学合理的选择。建筑基础通常涵盖桩基础与筏板基础等，筏板基础具有良好的整体刚度，能够使荷载均匀扩散，确保建筑更加安全稳定，避免由于受力不均匀的情况，产生基础沉降，可以使建筑抗震性能得到有效的增强。桩基础作为建筑基础方案的不同形式，该结构通常在地表松软或是荷载相对较大的高层建筑较为多见。该种形式基础结构，可以对上部结构产生的荷载传递至稳定的基础持力层，保证建筑更加安全、稳定、可靠。

3.4 合理选择建筑场地

对建筑场地的选择属于建筑设计的关键内容，选择标准因素包括：日照间距、建筑退界。安全防护距离等方面。除此之外，同样需重视不宜在危险区域进行选址，以防地质灾害等情况对安全产生严重影响，尤其是地震灾害产生的威胁影响。位于危险地域建设项目，应对建筑抗震等级进行适当的提高，并采取相应的具体抗震措施。应对施工地点做出科学合理选择，并重视开展必要的勘测以及研究工作。

3.5 竖向设计

高层结构抗侧力结构的刚度应从下往上逐渐过渡，避免因为突变而减弱了对水平荷载的抵抗能力。竖向设计时可以通过“刚柔并济”的方法加强某些构件，减弱某些构件，如美洲银行大厦，通过设置较大刚度的束筒和较弱的连梁，达到很好的消能减震的作用。另外结合建筑的要求，结构可以进行适当创新设计，如深圳万科中心设计采用斜拉索的结构形式，采用了类似于斜拉桥的设计方法，在首层形成了连续大空间。

3.6 平面设计

为提高建筑的抗震能力，在平面设计时宜选择规则的结构布局形式，控制结构的扭转，避免薄弱连接，可设置抗震缝将结构划分成若干抗震单元。在高层建筑平面设计中，由于建筑需要承受更多的风压，所以必须保证建筑外形是流线型，如圆形建筑平面的风荷载较矩形平面的小。平面上两个正交方向的刚度宜尽量接近，抗侧力结构（柱、剪力墙）宜设置在四周，以增大整体的抗侧刚度及抗扭刚度，同时，应加大梁或楼层的刚度，使柱（或剪力墙）能承担较大的整体弯矩。

4 结束语

所谓的“概念设计”，就是将设计方向明确之后，对于设计资料的收集、整理以及分析工作都是由工程师完成，对设计的具体步骤以及设计的内容予以分解，将新的设计方案制定出来，确保与建筑方案的构思吻合。在概念设计中需要对建筑有关的各个方面问题予以考虑，诸如施工场地所在地理环境、建筑的整体形状以及建筑所发挥的功能等等，对于这些问题，需要深入分析，运用科学的方法将多种要素融入到概念设计中。