论现代高层建筑概念设计

论现代高层建筑的概念设计

摘要：阐述了在现代高层建筑结构设计中应当考虑的概念设计及其原则，并通过高层建筑结构的平面布置、竖向布置和基础布置介绍了高层建筑概念设计，并说明了结构体系与建筑功能的关系。

关键词：高层建筑；概念设计；平面布置；竖向布置；基础布置

abstract：this article recommends the consideration should be given to the concept of design and its principles of the modern high-rise buildings design, introduces the concept design methods from the plane layout, vertical layout and foundation design, and illustrate how to deal with the relation between structural system and the architectural function.

key words: high-rise buildings; the plane layout; the vertical layout; foundation design

中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：

一、前言

所谓的“概念设计”，首先在1984年由beitz和pahl于《engineering design》中提出的[1]，french也曾经定义过“概念设计”：应当首先弄清楚设计要求和条件，然后生成框架式的广泛意义上的解[2]。在建筑领域中，首先提出建筑结构概念设计的是美国伯克利加州大学教授、美国建筑工程院士林同炎[3]，他认

为，必须找到一种办法，使建筑和结构的设计人员在系统设计内容中将技术知识概念化。

高层建筑的结构概念设计，即在高层建筑结构的温度作用、地震作用、风载作用、场地岩土特征、结构的真实效应和一些基本概念深刻理解的基础上，运用正确的思维方法对建筑设计进行指导。

[4]

二、高层建筑概念设计的重要性

随着现代社会经济和建筑技术水平的飞速发展，人们对高层建筑结构功能的要求越来越高，高层结构体系的样式也趋于多样化，同时，也出现了一大批新的结构类型，比如带转换层的高层结构、多塔结构、错层结构等，所有的这些都对高层建筑的设计提出了更高的要求。

作者简介：*孙海伦（1972--），男，山东文登，本科学历，市政工程管理

构件进行设计时，截面设计采用的是基于塑形理论的极限状态设计方法，但内力计算却是基于弹性理论，这一矛盾使得计算结果与结构的实际受力状态存在着较大的差异。为了解决诸如此类的不足，都需要在设计时采用合适的概念设计与结构措施，结构设计人员只有加强概念设计的培养，才能更加真实、客观地理解建筑结构的工作性能。[5]

三、高层建筑概念设计的内容

3.1概念设计的原则

概念设计的原则是人们在基于建筑材料、建筑结构、力学分析、建筑理论、施工技术以及施工管理的认识上，对建筑结构功能需求的理解，是长期的工程实践所总结出的基本要求，对做好概念设计有着重要的指导作用。

在做结构概念设计时，应当对其所涉及的各个方面作全面的考虑。包括建筑、结构和施工等方面的综合考虑，以及整体、局部及两者间关系方面的考虑。这三个方面的考虑构成了结构概念设计时的三维构思。应当协调建筑、结构和施工之间的功能，以便尽可能取得较大的经济效益。[6]

3.2平面布置

对于高层建筑结构来说，水平荷载是决定因素，其中，风荷载与地震作用是主要的水平荷载。高层建筑在均不水平荷载作用下，其竖向平面结构构件的弯矩与建筑的总高度呈二次方的关系，且不同体型的高层建筑结构及布局方式对气流的阻挡作用，将影响到风的流向、流速和流场，从而又影响着建筑的风荷载。因此，应当采用风压较小的建筑平面形状，并考虑到其风压的分布受到邻近高层建筑群的影响。由于结构整体弯曲变形所引起的侧移和结构体系抵抗倾覆力矩的有效宽度的3次方有着反比例关系，故建筑物的整体宽度不宜过小。一般情况下，应当将建筑结构的高宽比h/b控制在5~6以下，当抗震设防烈度在8度以上时，h/b限制应该更严格一些。此外，建筑平面的长宽比也不宜过大，一般宜小于6，以避免

两端相距太远造成的振动不同步现象，从而产生扭转变形等复杂的振动形式，而使结构受到损害。在规则平面中，若结构的平面刚度不对称，则仍然会产生扭转。因此，对任何平面形式的高层建筑来说，其抗侧力结构的布置原则都是尽量使抗侧力结构的刚度中心接近于平面的质量中心。所以，规整、均匀、简洁、对称的平面设计，对于抗侧力结构的合理布置极为有利。[7]

3.3竖向布置

高层结构的传力体系支撑着建筑的空间形态，传力体系的竖向体型布置，决定了结构沿垂直方向传递荷载的路径，同时对于建筑物的使用性能也影响较大。所以，高层结构的剖面设计应当注意控制其高宽比，而且高层建筑结构的抗侧力结构刚度，应注意由基础向顶层逐渐过渡,要尽量避免出现在竖向上刚度发生突变的现象，以免由于刚度的较大突变而削弱其抵抗水平荷载的能力。

当因业主的要求而使结构的刚度变化较大，或结构的竖向布置发生变化时，应当考虑设置结构转换层。同时，若底层或底部若干层不设柱子或剪力墙而设置转换层时，应当适当增加转换层和落地剪力墙以下柱子的截面，提高转换层板的厚度，可以最大限度地减少刚度的削弱，避免上下两层发生刚度突变的现象。

此外，高层建筑必须有相应的锚固深度，此锚固深度可结合布置设备用房和地下停车库的需要，作为一层或多层地下空间，这有利于降低高层建筑结构的重心，可以提高建筑抗潜伏能力及抗震能力。[8]

如果高层建筑结构的剖面形状对于侧向力不太敏感，可以利用其自身几何形状所具有的力学优点，采用截锥形、上窄下宽形、新月形等，使结构受力均衡且不影响建筑的高度，在抗风和抗震方面也有一定的优越性。

3.4基础设置

随着高层建筑结构上部主体结构的不断发展和城市空间的拓展需要，建筑下部空间的开发利用越来越受到重视。地下结构一般为两层，其高度与长度相比在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。所以，高层建筑结构基础的合理设计便成为高层建筑结构设计的一个重要环节。基础除了与地基相互作用外,与上部结构作用的关系也很复杂。除非在建筑的边缘部位荷载很大的情况以外,一般建筑基础的变形总是成锅底形，中部沉降多,外缘沉降少。当地下室的设计需要直通要求时，应当做成整体基础。如果建筑采用桩基，或者是地基地质条件较好，带有裙房的建筑基础可以不必分开。

根据不同建筑的地理位置、结构形式，可以选择桩基础、筏板基础、箱型基础。在该地区地基土质较为软弱时，建筑物的层数较多，荷载较大的情况下，天然地基不能满足地基承载力的要求时，便可以采用桩基将上部结构荷载直接传到下部坚实的持力层。高层建筑的桩基础可采用混凝土灌注桩、预制钢筋混凝土桩或者是钢管桩。[3]

四、结语