高层民用建筑结构设计的几点重要思考

赵变青

（太原市建筑设计研究院，山西太原 030002）

0 引言

在高层民用建筑结构设计中，存在众多设计元素、影响因素和设计要点等待建筑高师进行综合考虑。一旦某个细节存在设计不当的问题，就会给施工过程和日后使用过程带来安全隐患。为此，当代建筑设计师有必要结合高层民用建筑结构设计的需求特点，针对设计过程中的关键点进行深入透彻的研究，确保设计的规范性与高标准，为建造出优质工程打下坚实可靠的基础。

1 高层民用建筑结构设计原则

在针对高层民用建筑结构进行设计时，设计师不仅要关注结构计算的准确性，还要全面考验建筑结构的安全可靠性、耐久性、节能环保性以及经济适用性等方面。必要时，可以依据当地居民的生活习惯、文化层次、生产要求、审美品味、消费能力等方面同时设计出多款设计方案。之后，综合工程技术人员、施工单位、监理工程师等多方意见，选择一套最具科学合理性的设计方案。这样既可以消除设计方案本身的局限性，又可以最大限度保证其规范性与安全可靠性；另外，在设计过程中，设计人员还要综合考虑施工区域的地质水文条件、施工现场地势因素、当地气候条件、相邻建筑物等情况，针对高层建筑结构、荷载性能、外观样式、建筑用料、施工工艺进行合理把控，最大限度消除各种客观因素对施工过程、工程质量所造成的不利影响，为后续施工及日后使用安全提供前提保障[1]。

2 概念设计

在建筑工程领域内，概念设计主要包括建筑概念设计和结构概念设计这两个方面，二者之间的对象与作用方面存在着些许差异。建筑概念设计可以赋予建筑物实用功能和优美的外观造型，并且为总建筑方案设计提供指导性文件；而结构概念设计则是针对某个特定的建筑空间开展结构设计，具体是指处理好构件与结构、结构与结构之间的关系，满足建筑结构的功能需求、施工技术要求以及经济要求。同时，施工单位凭借这种最优的结构关系，选择适合的建筑施工材料，结合适宜的施工技术使关键部位呈现出科学完善、经久耐用的构造，最终实现建筑概念设计和结构概念设计的和谐统一[2]。

3 高层民用建筑结构设计重用目标

在高层建筑结构设计中，主要包括梁、板、柱、墙和基础构成等设计要素，因这这些结构共同构成建筑整体结构基本形体以及力学体系。所谓建筑结构设计重，是指建筑结构设计师利用那些成型的设计成果和设计经验应用到本工程设计任务执行过程当中，以此来提高设计效率。对于一个建筑工程而言，或多或少的会存在一些重复性设计的工作，例如相同格局的楼层、房间等等。在建筑结构设计中，通过使用重用目标方法，可将相同布局的楼层归并为一个标准层。此后，建筑设计师便可以将这个标准层视为一个独立的设计单元，只需要针对这些单元开展细化设计即可。另外，高层建筑结构设计是一种非常复杂的定制型工程，这就意味着在设计过程中难免存在一些变更与修改。这些环节往往会占用大量设计时间，而通过采用重用目标方法，便可以大幅减少重复设计工作。在需要针对设计方案进行修改时，只需要修改一个设计单元，其他相关标准层也会随之一同修改，使建筑结构设计效率获得大幅提升[3]。

4 关于高层民用建筑结构设计选型的几点思考

4.1 结构选型的规范性

在针对高层建筑进行选型时，需要从整体、和谐、实用以及经济的角度出发，开展选型设计工作。目前，房层民用建筑基础选型主要包括箱型基础、筏板基础等，在进行建筑结构设计时，需要事先了解本工程项目的建筑类型、载荷要求及地基承受范围，并且将这些工程信息作为建筑结构选型的重要参考依据。只有这样，才能确保最终所形成的设计方案满足工程建设需要和业主要求。除此之外，建筑设计师还需要充分考到建筑结构的变形范围。基于此范围进行结构设计，优先保证设计方案符合国家对建筑安全方面的规范要求，之后再探讨如何体现建筑结构的经济性、美观性与实用性。楼层数及地基承载能力的设定，是高层建筑结构设计中最为重要的参数之一，建筑结构设计师务必对其给予高度重视。避免在设计方案当中存在重大缺陷问题，从而工程项目带来无可挽回的经济损失。

4.2 结构设计的合理性

在建筑结构设计中，建议设计师优先采用规则的平面布置与立面对称结构。之后，再从安全角度出发，针对整个建筑结构进行性优化设计。之所以这样建议，主要因为平面设计及对称立面结构具有最强的稳定性，可以赋予建筑结构最强的抗震性能。然而，在市场经济环境下，很多建设单位和建筑设计师都比较追求建筑外观的华丽与美观。但是，这样反而会降低民用高层建筑的安全系数。因此，在开展建筑结构设计的过程中，要尽量避免出现大面积扭转这一类结构样式，务必保证楼内居民的安全性，建议以简单、对称的结构设计为主[4]。

4.3 高层民用建筑结构的计算分析

在高层民用建筑结构设计中，需要进行内力分析与计算，以此来适应结构设计的相关要求。在这项工作中，主要包括以下关键点：首先，选择计算软件。目前，可供建筑设计师选择的专业计算软件种类比较多。但是，在使用不同的软件进行模型的计算时，都会得到不同的计算结果。因此，在针对工程整体结构进地计算，设计人员要谨慎选用软件。正确的做法是根据建筑结构的基本类型选择适合的计算软件[5]。之后，再使用其他软件对计算结果进行验证与比较，还可以借助本建筑工程信息作为参考依据，判断最终结果的精准性与有效性。如果多次计算结果之间的差异过大，则必要重新计算，务必保证计算结果的有效性与可靠性，建筑结构设计方案的可操作性提供必要保障，减少施工过程中安全隐患和返工率；其次，保证建筑结构的抗震性能。这一部分设计工作，始终在建筑工程领域内受到高度关注。尤其国家新近出台的建筑规范当中，要求高层民用建筑结构设计方案必须根据大量的工程实测以及周期数据计算出自振周期以及折减系数，确保建筑物在遇到地震灾害呈现出较强的抗震性能；最后，在我国颁布的建筑新规范中，新增了振型参数这一新概念，并且针对此参数的限值做出了明确规定。因此，在今后的建筑结构设计计算与分析工作当中，要提高对这一全新概念的应用效率。不仅如此，为了确保计算结果的精准性，有必要针对计算结果及各项参数进行科学化验证。最终针对是否需要对振型数目取值进行调整做出精准判断与正确决策[6]。

4.4 提高建筑结构的安全系数

一直以来，建筑结构设计都需要优先保证其安全性。尤其对于高层民用建筑而言，提高结构设计方案的安全性更是重中之重。在我国目前的建筑行业设计规范体系当中，与安全规范相关的条例内容已经越来越规范。对此，需要设计师在开展设计工作时，严格落实国家现行规范要求与法规政策，注重提升自身的安全意识与合规意识，赋予建筑结构设计方案较强的安全系数。例如结构中的含钢量要达到国家要求的最低标准，以此来保证建筑结构的安全系数；另外，在市场经济背景下，建筑结构作为一种特殊的商品，其设计安全性已经不仅仅隶属于政府部门管辖，还同时关系到房屋开发商、施工单位、保险机构和住宅居民等多个方面。因此，高层民用建筑结构设计师在开展设计工作时，不仅要保证建筑物本身的安全可靠性，还要保证全体居民的使用安全和出入安全。只有这样，才能称得上一套成熟完善的设计方案；最后，建议建筑结构设计理师采用可靠度理论开展设计工作。由于这一理论需要借助失效概率来描述建筑结构的可靠性，需要设计人员将作用效应与抗力相互区分开来，进行独立分析。在我国现有的建筑设计规范当中，可靠度理论已经拥有非常广泛的应用。不仅如此，这一理论在国际领域内也受到高度认可，曾经多次在国际安全年度会议上得到业内专业人士的大力推荐。这更进一步说，建筑结构设计师要善于学习和应用先进的设计理论与技术手段，不断提高建筑结构设计过程中的规范化程度，并且充分考虑到工程设计中的各类风险因素，通过科学合理的结构设计，最大限度消除风险因素，使建筑工程具备较高的安全系数[7]。

5 结语

本文针对高层建筑结构设计的几个重点问题和要点环节进行了一次较为系统全面的研究。但是，相对于不断发展变化的建筑工程需求和安全保障需求，建议广大建筑设计从业人员，要不断学习和领会新的设计理念与设计思维，掌握更加多样化设计手法，不断增强安全意识与质量意识。时刻将国家所颁布的建筑行业规范装在心中，落实到具体的工程设计实践当中，使设计方案呈现出较高的专业水平。