淺析概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

身份證號(hào)碼：440183198608061755

摘要：隨著我國(guó)建筑行業(yè)的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快，高層建筑越來(lái)越多，人們對(duì)高層建筑的質(zhì)量也提出了新的要求，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高高層建筑質(zhì)量的有效途徑。本文通過(guò)分析概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，為提高高層建筑的質(zhì)量提供一定的參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì)；高層建筑；優(yōu)化設(shè)計(jì)

眾所周知，建筑行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱型行業(yè)，在土地資源日益緊張的今天，建筑開(kāi)始向著高層方向發(fā)展，因此，人們的日常生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量有著千絲萬(wàn)縷般的聯(lián)系，需要我們建筑設(shè)計(jì)師根據(jù)相關(guān)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，合理分析工程的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出科學(xué)有效的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，最大程度地優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)。一般而言，在對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)較多的采用概念分析，因此需要我們對(duì)概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用足夠的重視[1]。本文通過(guò)淺析概念設(shè)計(jì)，并以具體的某工程為例，進(jìn)行簡(jiǎn)要分析概念設(shè)計(jì)是如何在高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用的。

一、淺析概念設(shè)計(jì)

建筑工程的概念設(shè)計(jì)是指在建筑工程施工開(kāi)始之前的一個(gè)初步設(shè)計(jì)，是建筑設(shè)計(jì)師總結(jié)已往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并且與建筑的設(shè)計(jì)理論和具體的工程特征相結(jié)合，合理有效地用最科學(xué)的方式對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到最好的結(jié)構(gòu)布置效果。隨著建筑結(jié)構(gòu)日益的復(fù)雜化，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師提出了新的要求，設(shè)計(jì)師不能盲目地對(duì)建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)閷⒏拍钤O(shè)計(jì)應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能夠設(shè)計(jì)出更加符合要求的建筑結(jié)構(gòu)體系，所以目前概念設(shè)計(jì)成為了現(xiàn)今建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要思想。概念設(shè)計(jì)的前提是對(duì)地區(qū)的規(guī)劃、建筑的意圖以及使用功能的需要有一個(gè)整體的把握，另外對(duì)工程的資金狀況、建筑材料等的具體情況也需要全面的了解。而其使用的主要手段是建立在對(duì)力學(xué)概念、材料性能、結(jié)構(gòu)體系以及建筑技術(shù)的熟練使用的基礎(chǔ)之上的。

概念設(shè)計(jì)有其現(xiàn)實(shí)的可行性[2]。首先體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，與查找手冊(cè)以及利用計(jì)算機(jī)程序等傳統(tǒng)方式不同，概念設(shè)計(jì)要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師將設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)相結(jié)合，并通過(guò)一定符合實(shí)際的想象力和創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)新性的建筑結(jié)構(gòu)；其次，概念設(shè)計(jì)通過(guò)分析、綜合、評(píng)估三步具體工作優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果，全面了解建筑中存在的問(wèn)題，選出最可靠最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案，有效地防止了高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后期出現(xiàn)的繁復(fù)瑣碎的計(jì)算；最后，由于概念設(shè)計(jì)是以正確的理念和原則為前提，再加上建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師自身能力的發(fā)揮，有利于設(shè)計(jì)師提升自身的設(shè)計(jì)能力。

二、概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在對(duì)眾多的工程實(shí)踐分析中可以知道，采取概念設(shè)計(jì)理念對(duì)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠最大程度上讓建筑結(jié)構(gòu)在荷載的作用下，破壞性減少到最低。高層建筑的結(jié)構(gòu)極具復(fù)雜性，所以更有必要將概念設(shè)計(jì)運(yùn)用到結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，下面就從具體的工程來(lái)分析概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

該工程項(xiàng)目預(yù)計(jì)建成集高檔公寓、普通住宅、寫(xiě)字樓等為一體的多功能型商業(yè)建筑群體。本文選用的是該工程項(xiàng)目中的A區(qū)進(jìn)行分析，其占地面積為10萬(wàn)平方米，地下有主要用于商業(yè)、設(shè)備用房和車庫(kù)的兩層地下室，地上是2到4層的裙房以及40層高的兩棟住宅樓。

（一）對(duì)于基礎(chǔ)及地下室的設(shè)計(jì)

該工程的地理位置處在山前坡洪積平原，地質(zhì)現(xiàn)象良好，區(qū)域穩(wěn)定性較強(qiáng)，很適合工程的建設(shè)，根據(jù)仔細(xì)的勘察，并考慮到抗浮的要求，工程的裙房部分的基礎(chǔ)選用了筏板基礎(chǔ)，與抗沖切要求相結(jié)合，把筏板對(duì)應(yīng)尺寸的柱墩設(shè)于框架柱所在的方位[3]。在塔樓的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮了天然筏板基礎(chǔ)和大直徑人工挖孔樁基礎(chǔ)兩種方案，多方分析判斷，最終采用了大直徑人工挖孔樁、墻下承臺(tái)梁和防水板基礎(chǔ)，主要是因?yàn)樗鼈髁^為直接。該工程地下室的抗浮設(shè)計(jì)水位是-0.25米，在對(duì)其進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)選用了抗拔錨桿。另外，由于地下室的平面尺寸要大于相關(guān)規(guī)定的要求，而設(shè)縫會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，需要適當(dāng)?shù)膽?yīng)用結(jié)構(gòu)措施、建筑措施和施工措施等，讓地下室沒(méi)有變形縫。此外，工程還需要解決主裙樓之間的差異沉降問(wèn)題，對(duì)沉降后澆帶的設(shè)置位置也有一定的規(guī)定，最好的解決辦法是把沉降后澆帶放在主樓和裙樓之間，封閉收縮后澆帶時(shí)，要充分依據(jù)沉降觀測(cè)的結(jié)果，在最適當(dāng)?shù)臅r(shí)間將其封閉。

（二）對(duì)于工程上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

對(duì)于工程的上部結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中特別設(shè)置了兩道抗震縫，把兩棟住宅塔樓設(shè)置在了項(xiàng)目的左上角和右下角，而框架結(jié)構(gòu)處在左下部分。住宅樓的平面外包尺寸、高、寬等都嚴(yán)格按照了相關(guān)的規(guī)定建設(shè)，并且很好地應(yīng)用了剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)高118.9米，是A級(jí)高度的鋼筋混凝土高層建筑。在對(duì)工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師嚴(yán)格按照了概念設(shè)計(jì)的規(guī)定，合理科學(xué)地對(duì)剪力墻的平面進(jìn)行了布置。為了確保符合普通剪力墻的要求規(guī)范，對(duì)剪力墻的墻肢長(zhǎng)度加以控制。另一方面，為了提高建筑物的抗震能力，特意布置了帶有翼緣的剪力墻[4]。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中間的交通核心能夠形成強(qiáng)大的剪力墻內(nèi)筒抗側(cè)力，所以工程巧妙地對(duì)其加以利用，有效地減小了外圍剪力墻的數(shù)量和大小。工程還多角度地分析和判斷了上部整體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析結(jié)果，充分利用了結(jié)構(gòu)的規(guī)則性原則和整體性原則，經(jīng)過(guò)對(duì)上部結(jié)構(gòu)反復(fù)修改優(yōu)化之后，才最后將方案定下來(lái)。

（三）對(duì)結(jié)構(gòu)整體的計(jì)算分析

對(duì)結(jié)構(gòu)整體的計(jì)算分析主要采用了兩種方法，第一是振型分解反應(yīng)譜法，在具體的計(jì)算分析中應(yīng)用了兩種不同的計(jì)算軟件，在剛開(kāi)始的計(jì)算階段，選用的是SATWE這款軟件，在驗(yàn)證的階段，選用的是中文版的Etabs軟件。在計(jì)算地震作用時(shí)，工作人員充分考慮了扭轉(zhuǎn)歐聯(lián)振動(dòng)影響的振型分解反應(yīng)譜法，深入計(jì)算了兩座住宅樓。結(jié)果，根據(jù)這兩款軟件的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果沒(méi)有存在明顯的不同，出入不大，并且其結(jié)果完全符合有關(guān)的規(guī)定；第二種方法是彈性時(shí)程分析補(bǔ)充計(jì)算法，對(duì)于工程結(jié)構(gòu)和抗震設(shè)防烈度都較高的工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，要對(duì)其進(jìn)行多遇地震下的彈性時(shí)程補(bǔ)充分析計(jì)算，文中所提到的工程就是一個(gè)很好的例子。工程的工作人員選擇了1條人工波RHITG035和兩條實(shí)際的地震記錄TAF-2TH2TG035，而選用SATWE進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析，輸入了地震加速度的最大值，通過(guò)這種計(jì)算分析，一旦發(fā)現(xiàn)大部分樓層的剪力平均值比振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算的結(jié)果小或比振型分解譜法計(jì)算的結(jié)果大，就需要在SATWE軟件中采用地震力放大系數(shù)的方法加以解決。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，概念設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心，是保證建筑設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師通過(guò)利用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)的全部性能整體的把握，科學(xué)合理地判斷計(jì)算分析結(jié)果，確保工程符合既定的目標(biāo)。如今，概念設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)今的高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師將概念設(shè)計(jì)合理地融入到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，在有效衡量設(shè)計(jì)師專業(yè)水平和技術(shù)水平的同時(shí)，加強(qiáng)了高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和堅(jiān)固性，從而確保了高質(zhì)量的高層建筑。

參考文獻(xiàn)：

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