關于高層民用建筑結構設計的思考

李潤祖

摘要：隨著城市建設的發(fā)展，土地資源的匱乏和人口的不斷增長導致民用建筑用地使用越來越緊缺，高層民用建筑的建設是解決問題的必然之路。高層民用建筑使用范圍廣、功能多，它的建筑結構設計是一項系統(tǒng)且復雜又責任重大的工作。建筑高度不斷增加，建筑的功能和用途不斷的改變，對建筑結構的要求也會增大，因此，建筑的結構設計研究是高層建筑的重中之重。本文就高層民用建筑結構設計中的部分問題進行了探討，對建筑設計的發(fā)展趨勢也給出了自己的一些見解，主要思考重點是在建筑結構的設計原則、重用設計目標、安全度三個方面。

關鍵詞：高層；民用建筑；結構設計；思考

中圖分類號：TU973.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—180—02

前言

根據我國《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》規(guī)定，10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高層民用建筑屬于高層建筑。在建筑結構設計中，隨著建筑高度和樓層的不斷增加，建筑結構設計的類型與功能也會越來越復雜，結構體系越來越復雜，建筑結構的優(yōu)劣關系著人們的生命安全，也決定了建筑功能的適用性、經濟性、合理性及美觀。所以，建筑結構設計師必須認真思考設計重點和規(guī)范，高標準、嚴要求的結合工程實際做好相關的設計工作。

1高層民用建筑結構設計的原則

在民用建筑結構設計過程中，有些結構設計師往往過于將目光放在結構計算的準確上，而忽略了結構設計方案的具體情況，沒有對建筑結構設計作出多個方案的選擇，也沒有根據當地居民生活習性、文化特征、生產要求等具體情況進行具體分析，從而出現設計的局限性、設計規(guī)范性的不足以及安全理念等問題。在進行高層民用建筑結構設計的時候，還要遵循國家規(guī)定的高層建筑原則和理念，其中就包括選擇建筑結構計算簡圖，保證誤差在國家規(guī)定的范圍之內，確保高層建筑安全：綜合考慮高層建筑上部的結構、荷載、施工條件、氣候條件和相鄰的建筑物等結構基礎設計各個因素影響。

2概念設計

概念設計包括建筑概念設計和結構概念設計兩個方面。建筑概念設計是對滿足建筑使用功能、造型優(yōu)美、技術先進的總建筑方案的確定；結構概念設計是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計。結構概念設計旨在有意識地處理構件與結構、結構與結構的關系，滿足結構的功能要求和建筑功能的需要，以及技術經濟可能的設計原則，確定最優(yōu)的結構體系，選擇適用的建筑材料和合理的關鍵部位構造、結合適宜的施工及合理的效益達到房屋設計的統(tǒng)一。

3建筑結構設計特點

隨著人們對現代建筑要求的提高，在當前的城市高層建筑建設過程中更是離不開對混凝土結構的應用，在高層建筑混凝土結構設計中，如何才能夠提高混凝土結構設計的水平和提高建筑的質量和性能，就成為了當前建設單位所亟待解決的問題，而當前高層建筑結構設計的特點有：

（1）側向力（風或水平地震作用）成為影響結構內力、結構變形及建筑物土建造價的主要因素。高層建筑和低層建筑一樣，承受自重活載雪載等垂直荷載和風、地震等水平力，在低層結構中，水平荷載產生的內力和位移很小，可以忽略不計。

（2）結構應具有適宜剛度。隨著高度的增加，高層建筑的側向位移迅速增大。因此設計高層建筑時，不僅要求結構有足夠的強度，而且要求結構有適宜的剛度，使結構有合理的自振頻率等動力特性，并使水平力作用下的層位移控制在一定范圍之內。

4高層民用建筑結構設計選型的思考

4.1根據建筑的整體、實用和經濟性選型

建筑結構設計基礎選型一般包括有箱形基礎、筏板基礎、條形交叉梁基礎等。在選擇建筑基礎形式上，我們應根據建筑的上部結構類型、層數、荷載及地基的承載能力選擇整體好、滿足地基承載力和建筑整體允許變形要求的基礎形式，以達到建筑結構的安全實用和經濟合理的目的。如果在選型基礎上沒有考慮以上因素的存在，當高層建筑物層數較多、地下室柱距較大、基底反力較大時，選型使用筏板基礎中的梁板式而非平板式，這樣建筑基礎梁截面較大，其必然增加基礎埋置深度，且當建設水位高時，梁板的混凝土需要分層澆筑，這樣必會增加梁板支模的時間，使工期增長，實用和經濟效益反而比平板式差。

4.2高層建筑結構設計

高層建筑結構設計應盡量采用規(guī)則的平面布置和立面對稱造型在高層建筑方案設計初期階段，應提倡平面布置和立面造型簡單對稱。簡單、對稱的建筑結構設計中，震害不容易破壞，在民用建筑結構方案設計時，首先應考慮抗震的概念設計，多采用規(guī)則的、對稱的建筑設計方案，避免采用不規(guī)則的、不對稱的設計方案。在平面、豎向建筑結構設計中沒有明顯的、突出的突變，并應盡量避免整體扭轉不均勻的現象出現，使質量中心和剛度中心基本相重合。在建筑結構體型上簡單、抗側力體系的剛度和承載力上下變化應連續(xù)。

5高層民用建筑結構設計重用目標的思考

建筑結構包括梁、板、柱、墻和基礎等構成，這些結構組成建筑整體結構基本形體的力學構件和體系。從本質上來說，設計重用是通過充分利用已有的設計成果提高新設計的設計效率。一個建筑工程內都存在很多重復設計的內容，這種重用目標的方法在設計過程中，設計工程師通常把相同布局的樓層歸并為標準層，并將標準層作為相對獨立的設計單元進行設計，最后將每個標準層逐一設計，并具有單獨成套的圖紙。建筑工程作為一種復雜的定制型工程，設計變更和修改占據了設計過程的大部分時間，如果采用設計重用，就可用一個可重用單元替代重復設計部分，這樣，修改可重用單元就可將修改自動作用于相關標準層，避免了逐一修改各標準層。

6高層民用建筑結構設計安全的幾點思考

6.1根據國家安全設計規(guī)范制定建筑物的設計安全

隨著城市建設的發(fā)展，城市建筑安全規(guī)范要求較以前更加健全，建筑結構設計安全是一個國家設計施工水平與材料質量水平的綜合反映。在我國建筑市場的各類設計規(guī)范中，與結構相關的各類設計規(guī)范要求都比較合理規(guī)范，因此，在建筑設計安全規(guī)范中，需要我們充分考慮到國家的實際政策，始終貫穿建筑物安全和施工意識，認真執(zhí)行國家的標準和規(guī)范。如結構設計中最低標準鋼量的使用，在不考慮震害的情況下，規(guī)范中最小含鋼量應在1%左右，在民用建筑結構設計時，需要我們在這個標準上增加使用的鋼量，以確保使用的安全度。

6.2結構設計要有轉變設計思想，提高安全度

建筑結構作為市場特殊商品，其設計安全的高低不再是政府行為，它的安全性關系到房屋開發(fā)商、施工單位、保險和使用戶主。所以，建筑的結構設計安全需要我們設計者轉變思想，不僅要保證建筑物的安全，也要保證用戶使用的安全。

6.3建筑結構采用可靠度理論進行設計

建筑結構設計可以采用了先進的可靠度理論，采用失效概率來描述建筑結構的可靠性，將作用效應與抗力相互的獨立開來，在我國的建筑設計規(guī)范中廣泛應用的這一理論。這套理論在國際標準組織和多次國際安全年度會議中也得到大力的推廣和應用。因此，我們應該多學習和應用現代先進的技術手段，不斷改進和完善可靠度理論應用在建筑結構設計規(guī)范中的問題，同時在現有的可靠度設計規(guī)范中應考慮到更多的風險因素，為建筑的安全性保駕護航。

7結語

綜上所述，建筑結構設計的重點要點，需要我們設計者牢記于心，在實際應用中不斷發(fā)揮潛力，確保建筑結構設計的合理規(guī)范。同時也要相信，隨著建設部關于建筑結構設計有關規(guī)定的出臺，中國建筑設計體系將進一步建立健全，建筑結構設計的安全度、適用性和穩(wěn)定性將會更加突顯，最終促進我國建筑質量與安全水平的提高。