概念设计的主要内容及其设计原则

概念设计的主要内容及其设计原则我国的塔是古代建筑中的典型代表，与埃及金字塔相比，我国古代的塔建筑形式和结构上已经有相当高的水平，大多采用木结构与砖砌，有一些塔经历了数千年的风吹雨打，甚至经历了强烈的地震而保留至今，足见其结构的合理、工艺精良。但是古代建筑是宗教和权力的象征，是纪念性建筑，其空间实用性很小，高度也受到限制。

随着人们对建筑功能要求的多样化，高层建筑类型和功能愈来愈复杂，结构体系日趋多样化，出现了各种形式的多塔、错层、带转换层、楼板局部大开洞的结构类型。概念设计的重点在于方案设计阶段。高层建筑在本质上是一个竖向的悬臂结构，垂直荷载使建筑物产生轴向力与建筑物的高度大体为线性关系。

1概念设计的主要内容

1.1包括以下4个方面：

结构平面形状和立体体型的选择，平面形状宜简单、规则，避免过多的外伸、内凹，以预防地震时产生大的灾害。建筑结构尽量对称，建筑的平里面刚度不对称，地震时产生扭转破坏。尽可能满足建筑竖向均匀布置，立面设计中优先考虑几何图形、楼层刚度变化规则匀称。对于任何平面形式的高层建筑，抗力结构的布置原则都是尽量使平面的质量中心接近于抗力结构的刚度的中心。承载力和刚度在平面内及高度尽量均匀分布，避免突变和应力集中，有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌，使地震作用能在各个子结构之间重分布，充分发挥整个结构耗散地震能量的作用。在实际工程中，质量分布不可能做到绝对均匀因此不可避免的会产生扭转效应，这时，除了考虑结构的平面对称以外，要通过结构抗力构件的布置来提高结构的抗扭能力。研究表明，把所有立柱放在建筑平面的四周，比立柱均匀分布或集中布置在内部更能提高结构的抗扭能力。因此，布置抗力构件，如柱、剪力墙时，应尽量往四周布置。分析结构的破坏机制和过程，以加强结构的关键部位恶化薄弱环节，预估和控

制各类结构结构件塑性区可能出现的部位和范围。

《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.3.5条规定，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比，A级建筑不应大于0.9，B级高层建筑、混合结构高层建筑及该规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85.限制周期比的目的就是使结构具有必要的抗扭刚度，防止产生不必要的扭转。当不满足要求时，宜调整抗侧力结构布置，尽可能沿四周布置，最大限度地加大抵抗扭转的内力臂而提升整个结构的抗扭能力。

1.2电梯间的布置，电梯间会对楼板产生较大的削弱，还应避免电梯间开洞后将建筑物

分成两段，在纯框架中，电梯井一般不宜采用钢筋混凝土井筒，框架结构和框剪结构必须明确，框架结构不宜设计剪力墙，框剪结构的剪力墙数量必须满足。高层结构不宜设计错层，对于因局部取消梁板而形成的联层柱，因控制其高度。防震缝的设置与建筑物密切相关，影响建筑物立面效果，不宜采用似分不分，似连不连的结构方案。

1.3抗震抗风设计，高层建筑除了必须承受建筑物的垂直荷载外，更重要的是能有效的受侧向的风荷载和地震作用。高层建筑结构的抗侧力刚度在高度方向上是逐层变化的，因此，在多层之间会出现一些相对薄弱层，这是侧力变形和应力集中处结构设计中应该尽量避免。在高层建筑中，建筑设计与结构设计要密切配合，力求减少各相邻层之间刚度偏心矩的变化率。建筑结构的抗风设计是高层建筑结构设计中的重要因素。

1.4延性设计，在中等地震作用下，允许部分结构构件屈服进入弹塑性，大震作用下，结构不能倒塌，因此，在建筑抗震概念设计中，结构延性设计也是高层概念设计的一个重要内容，结构的整体性与延性主要依靠构造措施给予控制和保证。延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或者基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性—即塑性变形能力的大小。塑性变形可以耗散地震能量，大部分抗震结构在中震作用下有部分构件进入塑性状态而耗散地震能量，耗能性能也是延性好坏的一个指标。在延性设计中应该做到“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点”、“强锚固”的要求，也可通过提高各个构件的延性来提高整体结构的延性。对于框架剪力墙和剪力墙结构中各段剪力墙高宽比不宜小于2，使其在地震作用下呈弯剪破坏，且塑性屈服，且有足够的变形能力，使墙段发挥抗震作用前不失效。按照强墙弱梁的原则加强墙肢的承载力，避免墙肢的剪切破坏，提高其抗震能力。那么，提高延性设计主要采取的措施有提高梁的延性设计和提高柱的延性设计，其中，提高梁的延性设计可采取的方法有： 梁上配置受压钢筋； 选取合适的梁断面； 采用现浇结构，提高混凝土的等级，采用中低强度钢筋，加密梁的箍筋。提高柱的延性设计的方法：

严格控制柱的轴压比；

尽量选取剪跨比较大的长柱，设计中应避免采用短柱，尽量使受力处于大偏心状受压态；

加密柱箍筋，采用复合箍筋；

提高混凝土强度等级，采用双向纵向配筋，以及采用中低强度钢筋。

1.5基础设计，随着高层上部结构的不断发展，地下空间的利用也变得至关重要，如各个不同功能要求的建筑过去采用沉降缝分成若干个独立的整体，现在建筑的地下室一般为两

层，其高度与长度的比值约为1/10左右，它的刚度能否调节不均匀沉降成为大底盘设计中的关键问题。因此，对于基础进行合理设计已成为高层建筑结构设计中的一个重要环节。那么，基础设计主要包括以下两个方面：

基础与上部结构的协同作用，基础除了与地基相互作用外，与上部结构的作用也很复杂。除在建筑的边缘部位荷载很大以外，一般的基础变形都是呈锅底形，中部沉降多，外缘沉降少。在建造下部几层时，基础钢筋应力不断增长，建筑到四五层时钢筋应力达到最大值，以后随着层数和荷载的增加又逐渐减小，这种现象是基础和上部结构协同作用的结果。当上部结构高低层数差别较大，而地下室有直通要求的，应该做成整体基础。高低层不分开是有条件的，首先要地基地质好，或采用桩基，要求沉降量不宜过大，重要的是控制高低层的沉降差。天然地基的建筑，高层部分一般采用满堂基础，低层部分采用双向条形基础或者单独基础。高层建筑常设有通往地下车库的通道，通道紧贴高层的外壁，并平行与外壁，较好的做法是将地下室基础底板直接延伸出来，作为车道的底板，便于铺防水层，从而也保证了高层建筑的整体连接。

基础的选型与特点，根据不同建筑物的位置和结构形式可选择桩基础、箱型基础和筏型基础。对于桩基础，它主要适用于地基土质较软弱，建筑物层数较多，荷载较大的情况，天然地基不能满足地基承载力的要求可采用桩基将上部结构荷载直接传到下部坚实的持力层，桩基础可采用预制钢筋混凝土桩、混凝土灌桩和钢管桩。筏型基础分为梁板式和平板式两种类型，其选型应根据地基土质、上部结构体系、柱距、荷载大小、使用要求以及施工条件等因素确定。框架—核心筒结构和筒中筒结构宜采用平板式筏型基础。

1.6三缝的设计，三缝是指伸缩缝、沉降缝和防震缝。在高层建筑中，为防止结构因温度变化和混凝土干缩变形而产生裂缝，常隔一定距离设置温度伸缩缝；在结构平面狭长而立面有较大变化时，或者地基基础有显著变化，或高层塔楼与底层裙房之间可能产生不均匀沉降，此时需要设置沉降缝；对于有抗震设防的建筑物，当其平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使其成为较规则时，宜设置防震缝。通过三缝的设置，使其结构趋于规则，避免温度、沉降等作用对结构产生不利影响，避免不必要的破坏。

2.概念设计的原则

全面考虑的原则，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，包括建筑、结构和施工方面，使用、功能、美观、技术和经济方面的考虑，以及整体与局部之间的关系。在三维构思基础上进一步就是二维构思的技术阶段，这时主要是解决好水平体系和竖向分体系各自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