概念设计在高层建筑结构优化设计中的应用

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1、概念设计在高层建筑结构优化设计中的应用李光明安徽省化工设计院安徽省合肥市230009摘要：越来越多的建筑设计师采用概念设计理念完成了众多的成功建筑案例，概念设计的理念被我国的建筑设计行业广泛地应用，特别是在智能建筑、高层建筑等要求高的建筑设计中发挥着巨大的作用。木文首先说明了概念设计及其重要性，然后分析了高层建筑概念设计的基木原则，最后详细阐述了概念设计在高层建筑结构优化设计中的应用。关键词：概念设计；高层建筑；结构优化；体系；基础设计一、概念设计及其重要性简单说来，所谓概念是指你方案的根木出发点比如你是要看场地内部的树或者外围的景色，或者其他的想法。设计的深入就是通过建筑的手法

2、把概念实现和贯彻出来，特别是那些难以做出精确分析，并且难于规范的结构体系，是从工程经验中获得的一些宏观可行的设计角度。你想要的空间就是通过建筑的设计来体现的；所有的外观和细部的创意都是为了体现你的概念。从整体的角度来确定建筑结构的总体布局和设计重点，并能得出估算值，与实际相差不远，所得方案具有一定的经济可靠性，但乂避免了繁琐的计算。所谓概念设计指的是一个由粗到精、由模糊到清晰、由具体到抽象的不断提高和优化的过程。也就是在进行设计的过程中，以设计概念为主线，从而对全部的设计过程进行贯穿，整个设计过程较为完全、全面。同时通过设计概念，有效将设计者的瞬间思维、感性认识两者结合，使其统一

3、上升至理性思维后完成设计。二、高层建筑概念设计的基木原则第一，以承载力、刚度、延性为主导目标，实施多道防线、刚柔结合的结构形式。即应異有一定大的刚度和承载力来抵御风荷载和小震，随着第一道防线破坏，结构变柔后仍有足够大的弹塑性变形能力和延性耗能能力来抵御未来可能遭遇的罕遇大震。第二，在对结构进行分析计算吋，应该运用最简单、最直接、概念最清楚的计算方法，将结构的受力与传力途径设计成简单、直接、明确。尽可能避免出现以抗扭为主导的关键性传力构件。第三，尽可能使结构平面布置的正交抗侧力刚度中心（简称刚心）和建筑物表面力（风力）作用中心或质量重心（质心）靠近或重合，以避免或减小在风荷载或地震

4、作用下产生的扭转效应。第四，建筑物竖向布置的抗侧力刚度构件也最好设计成均匀、连续，避免出现软弱层和上下层间的剪切刚度、弯曲刚度和轴压刚度的突变。第五，应重视上部结构与其支承结构整体共同作用的机理，即传力与受力结构两者之间的共同作用；例如，在高层建筑的箱基和筏基的底板设计中，计算软件无法进行上部结构一地下室一地基基础的相互作用分析，计算出来的底板内力远远大于底板实际受到的内力。三、概念设计在高层建筑结构优化设计中的应用（一）建筑结构总体概念设计1、建筑结构的对称性的重要性高层建筑体系中，对称性主要是指抗侧力主体结构对称，在平面设计中。一般比较容易实现平面设计中简体框架结构、桐架结构

5、和剪力墙结构的对称。而在竖向结构布置中，无论是那些几何图形还是楼层刚度的相关的变化，对称性都应该是立面设计中最值得考虑的问题。不对称的布置会产生刚度以及强度上的突变，使得竖向的应力集中或者是变形集中，从而导致建筑在中小型地震中遭到了损坏、而在大震吋就会面临倒塌的严重后果。对于L型、T型、S型等不对称的平面复杂结构，主要取决于建筑功能和设计风格和方向，但这种结构内部结构的基本对称也是可以实现的，结构工程师会对这样的平面做合理的结构布置。设计结构的不对称除了引起变形不利于抗力承重以外，也容易造成材料浪费，成本增加。在水平荷载作用下结构侧移己成为高层建筑设计中的关键控制因素，建筑平面的

6、形状宜选用风压较小的形式，并应考虑邻近高层建筑对其风压分布的影响，还必须考虑有利于抵抗能力和竖向荷载，在地震作用下，建筑平面要力求简单规则。风荷载作用下则可适当放宽，因为结构整体弯曲变形所引起的侧移与结构体系抵抗倾覆力矩的有效宽度的三次方成反比例关系，所以不宜建筑宽度很小的建筑物。2、合理的建筑结构体系选择①概念设计应对建筑物结构体系有明确的简图和合理的抗震说明。②设计应对整体抗震能力和重力荷载有一定承载能力和防御能力，不能因为部分结构的破坏而影响整体结构。③结构体系宜具奋合理的刚度。主体抗侧力结构的刚度合理是高层建筑结构设计的重要指标之一。1）主体抗侧力结构刚度过大，结构的基本

7、自振周期缩短，地震作用加人，结构承受的水平力，倾覆弯矩加大，地基基础的负担加大，此吋结构的截面和相应的构造配筋增加较大，不经济。2）主体抗侧力结构刚度过大，势必造成结构所占的面积，空间加大，影响建筑作用，降低建筑平面利用系数，不合理。（二）建筑结构的简化计算1、科学选用结构方案科学的结构方案包含结构体系以及结构形式的合理性，要确定结构体系的整体布置、抗震节点设计等。在设计吋，建筑师对建筑体要求，材料，结构特征以及地质条件施工技术等做整体评估，并同施工方和业主方协商，简化计算，确定