试论概念设计在高层建筑结构设计的重要性(修订).doc

试论概念设计在高层建筑结构设计的重要性 摘 要：随着国内经济的快速发展，建筑结构越来越高，建筑结构的形式也越来越复杂，文中着重阐述了概念设计在高层建筑结构的重要性。 关键词：结构；概念；设计 引言 随着国内经济的快速发展，建筑结构越来越高，同时由于人们对建筑美观的追求，建筑结构的形式也越来越复杂，这就对结构工程师的工作提出了更高的要求，在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅此往往不能满足结构的安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，还必须非常重视概念设计。近几次震害分析表明：良好的概念设计是确保结构在地震中能够保持使用性能的必要条件。设计者对于结构概念设计的准确把握，在结构抗震设计中的重要作用。 1概念设计的含义及作用 结构的概念设计一般是指不经过数值计算，在对高层建筑结构的地震作用、风作用、温度作用、场地土特征、结构的真实效应和一些基本概念的深刻理解的基础上，从整体的角度来指导建筑结构的选型、总体布置和抗震措施。概念设计是从整体上把握结构的抗震性能，具体说来，首先就是要有效地选择结构体系，然后再从平面形式、立面形式等方面综合进行协调，使各空间的要求与其所对应的平、立面形式相吻合，最后充分考虑一些细部构造。运用概念设计的思想，可以拓宽结构的设计思路，突破常规，进行真正的创造性设计工作，这才是结构设计的最高目标。 2结构概念设计的原则 2.1全面考虑原则 结构概念设计时，首先要对其所涉及的各个方面作全面考虑。它包括建筑、结构和施工方面的考虑，使用、功能、美观、技术和经济方面的考虑，以及整体、局部和它们之间关系方面的考虑。在上述三维构思基础上进一步就是二维构思的技术设计阶段，这时主要是分别解决好水平分体系和竖向分体系各自的构件选择和它们的双边关系。在二维构思基础上再进一步就是一维构思的施工图阶段，这时主要是设计计算组成分体系的每个一维构件。 2.2实际出发原则 结构概念设计时必须从实际出发处理所遇到的各种问题。例如认真考虑当地固有的自然条件、当地历史形成的人文条件、当地当时的资源条件等。 2.3减轻自重原则 结构所承受的荷载就是两种：竖向荷载和横向荷载。竖向荷载85％以上是建筑物自重，水平荷载中的地震荷载与建筑物的自重直接相关，所以减轻自重是一条重要的结构设计原则。 2.4合理受力原则 （1）从受力和变形看，均匀受力比集中受力好，多跨连续比单跨简支好，空间作用比平面作用好，刚性连接比铰连接好，超静定的受力体系比静定的受力体系好，传力简捷比传力曲折好，要避免不明确的受力状态。 （2）从受力和变形分析看，要尽可能利用结构的对称性、刚度的相对性、变形的连续性和协调性；既要分析各部分构件的直接受力状态，也要分析整体结构的宏观受力状态。 （3）从抗力和材料看，要尽可能选用以轴向应力为主的受力状态，尽可能增加构件和结构截面惯性矩和抗弯刚度、抗剪切能力和抗减刚度，并合理地选用材料和组织构件的截面。 （4）从结构构件自身看，混凝土构件要避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋与混凝土的黏结破坏先于构件自身破坏，以避免造成脆性失效。 2.5优化选型原则 （1）优化结构体系。优化结构体系的前提是掌握各类基本构件的特征，根据环境、使用、建筑和荷载实况优化选择合适的基本构件，确定它们间的联系，形成基本结构单元和它的支撑做法。 （2）优化结构布置。在满足使用要求和建筑意向前提下，优化布置楼层盖水平系统、柱墙竖向支撑系统和基础系统。 （3）合理构造做法。重点是结构构造做法和建筑构造要求相一致。结构的理论构造要求和施工的实际构造做法相一致。 3结构概念设计 3.1结构的平面布置 结构的平面布置在结构设计中有着重要的地位，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3—2002，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。地震区高层建筑结构的平面布置应符合下列要求：平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心，平面长度L及结构平面外伸部分长度均不宜过长。 对于任何平面形式的高层建筑来说，其抗侧力结构的布置原则都是尽量使平面的质量中心接近于抗侧力结构的刚度中心，简洁、规整、均匀对称的平面设计对于合理布置抗侧力结构是有利的。但是在实际中，质量的分布不可能做到绝对的均匀，因此不可避免地会产生扭转效应，这时除了考虑平面形状对称外，要注意通过抗侧力构件的布置来提高结构的抗扭转能力。抗侧力构件的不同布置形式见图1。研究表明：把所有立柱放在建筑平面的四侧（见图1a），比立柱均匀分布或者集中在内部（见图1b）更能提高结构的抗扭能力。因此，在布置抗侧力构件如柱、剪力墙时，应尽量往四周布置。 a b 《高层建筑混凝土结