对现代高层建筑结构设计的探讨

对现代高层建筑结构设计的探讨
（1浙江工业大学建筑规划设计研究院有限公司；2浙江工业大学建筑规划设计研究院有限公司）
摘要：现在高层建筑结构设计就是用结构语言来表达建筑师所要表达的东西；建筑结构语言就是结构师从建筑和其它专业图纸中所简化出来的结构元素；最后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系。

本文作者结合多年工作经验主要介绍建筑结构的基本内容，然后针对目前建筑结构设计当中因循守旧的现象，提倡采用概念设计思想来促进结构工程师的造性，推动结构设计的发展，对建筑结构设计常见问题做了分析，供同行参考！
关键词：建筑结构；结构设计；结构体系
建筑结构设计是个系统的，全面的工作，需要扎实的理论知识功底、灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。

千里之行始于足下，设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计。

在工作中应事无巨细，应善于反思和总结工作中的经验和教训。

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。

发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型、高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。

其中，打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的，因为他们是结构设计革命的推动者和执行者，这则需要工程界和教育界进行
共同的努力，推广概念设计思想是一种有效的办法。

一、高层建筑结构的基础设计
在对高层建筑结构进行设计的过程中，首先应研究建筑所处的地基基础对建筑抗震能力的应力影响，再做出适当的选择，这也是高层建筑结构设计的重要内容。

基础作为高层建筑的根基，也是建筑中最重要的组成部分。

一般高层建筑基础类型的选择较复杂，甚至比上部结构的选型更难，由于高层建筑地基的影响因素诸多，因此要慎重选择。

高层建筑的基础类型，应根据地基的性质、载荷特性、结构类型及施工条件等综合因素加以考虑，应制定多个方案以便选择最经济合理的类型。

二、结构设计的基本内容
1.1 结构平面图
在绘制结构平面布置图前有个问题需要说明一下，就是要不要输入结构软件进行建模的问题。

当建筑地处抗震设防烈度为6 度区时，根据建筑抗震设计规范，是可以不用进行截面抗震验算的但应符合有关的抗震措施要求。

那么对于砌体结构来讲如果时间不是很充足的话应该可以不用在软件中建模的，直接设计即可，但要注意受压和局部受压的问题。

必要时进行人工复核。

对于局部受压的防御措施是要按规定对梁下设梁垫以及设置构造柱等措施。

如果时间不是很紧张的话建议还是输入建模较好，有一个便利就是可以利用软件来进行荷载导算。

另外，当建筑地处抗震设防烈度为7 度及以上时我的观点是必须要输入软件建模计算的，绘制结构平面图
时如果没有建模的话就可以直接在建筑的条件图上来绘制结构图了，这一步必不可少的是删除建筑图中对结构来讲没有用的部分，简单快捷的方法是利用软件的图层功能，直接冻结相关的层。

然后再建立新的结构图层：圈梁层、构造柱层、梁层、文字层、板钢筋层等等。

这样做的目的是提高绘图效率，方便在不同结构平面图间的拷贝移动和删除。

1.2 屋顶（面）结构图
当建筑是坡屋面时，结构的处理方式有两种：梁板式及折板式。

梁板式适用于建筑平面不规整，板跨度较大，屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面。

反之，则适用折板式。

两种形式的板均为偏心受拉构件。

板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。

板厚基于构造需要一般不宜小于120 厚。

此外梁板的折角处钢筋的布置应有大样示意图。

至于坡屋面板的平面画法，建议采用剖面示意图加大样详图的表示方法。

1.3 大样详图
大样详图的绘制可以在建筑详图的基础上直接绘制，前提是建筑详图的准确无误。

也可以在以前做过的详图的基础上来局部改进绘制。

要注意的是在保持建筑外形的前提下尽量的使结构受力合理和施工方便。

在标高和外形尺寸上一定要和建筑专业协调一致。

需要提醒的是建筑标高和结构标高的关系要搞清楚。

该减的减，不该减的就不要减。

1.4 楼梯
楼梯梯板要注意挠度的控制，梯梁要注意的是梁下净高要满足建筑的要求，梯梁的位置尽量使上下楼层的位置统一。

局部不合适处可以采用折板楼梯。

折板楼梯钢筋在内折角处要断开分别锚固防止局部的应力集中。

阁楼层处的楼梯由于有分户墙的存在要设置抬墙梁。

注意梁下的净空要求，并要注意梯板宽度的问题。

首段梯板的基础应注意基础的沉降问题，必要时应设梯梁。

1.5 基础
基础要注意混凝土的标号选择应符合结构耐久性的要求。

基础的配筋应满足最小配筋率的要求。

条基交接部位的钢筋设置应有详图或选用标准图。

条基交叉处的基底面积不可重复利用，应注意调整基础宽度。

局部墙体中有局部的较大荷载时也要调整基础的宽度。

基础图中的构造柱，当定位不明确时应给予准确定位。

三、概念设计
所谓的概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。

运用概念性近似估算方法，可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择，易于手算。

所得方案往往概念清晰、定性正确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。

概念设计就是从结构总体方案没计一开始，就运用人们对建筑结构抗震已有的正确知识去处理好结构设计中将遇到的问题，诸如：房屋体形，结构体系、刚度分布、构件延性等等。

从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理，再辅以必要的计算和构造措施。

从而消除建筑物抗震的薄弱环节，以达到合理抗震没计的目的。

也就是说概念设计是工程师运用思维和判断力，根据从大量震害经验得出的结构抗震原则，从宏观上确定结构设计中的基本问题。

因此，工程师必须从主体上了解结构抗震特点，振动中结构的受力特征，抓住要点，突出主要矛盾，用正确的概念来指导概念设计，才会获得成功。

由于概念设计包括的范围极广，因此不仅仅要分析总体方案确定的原则，还要顾及非材料的正确使用和关键部位的细部构造。

但是首先和最重要的还是结构总体概念设计、材料选型和细部构造等问题，这些设计原则和结构概念中，较为重要的是结构总体设计。

概念设计的重要性：概念设计是展现先进设计思想的关键，一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计，并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。

一般认为，概念设计做得好的结构工程师，随着他的不懈追求，其结构概念将随他的年龄与实践的增长而越来越丰富，设计成果也越来越创新、完善。

遗憾的是，随着社会分工的细化，大部分结构工程师只会依赖规范、设计手册、计算机程序做习惯性传统设计，缺乏创新，更不愿创新，有的甚至拒绝对新技术、新工
艺的采纳。

大部分工程师在一体化计算机结构程序设计全面应用的今天，对计算机结果的明显不合理、甚至错误不能及时发现。

随着年龄的增长，导致他们在大学学的那些孤立的概念都被逐渐忘却，更谈不上设计成果的不断创新。

结束语
高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，高层建筑结构设计中应根据实际情况做好结构分析，多做方案比较。

否则任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。