結構設計要素分析

王愛華

東營市建筑設計研究院，山東東營 257091

0 引言

最近十幾年的時間，我國在高層建筑的建設領域取得了舉世矚目的成就，而且越來越成熟。但是在發展過程中對于高層建筑的研究方面卻過多的停留在了對美學藝術等外在形式的追求上，而對于建筑的功能分區、空間組織布局、結構設計等方面卻沒有足夠多的研究，在建筑技術方面的經驗和自主設計能力有待提高，當前我國許多著名的超高層建筑都是由國外的建筑設計事務所設計的，我國在這方面與世界發達國家相比還有較大的差距，通過對結構的深入研究可以幫我我們改善這種現狀，促進我國高層建筑設計領域的良好發展。高層建筑設計要素主要有以下幾方面。

1 思想上重視概念設計

概念設計是指在施工過程中設計人員根據相關規律和經驗，得到對對象的概念把握，而不采用任何數值方法。對于一些復雜的力學問題分析，設計師通過采用此辦法確定總體結構方案，可以得到思路較為明確、方法較為簡單的方案，也可以有效避免設計后期階段的一些繁瑣數據統計計算。在實際過程中為了實現概念設計，通常要注意以下幾個方面：

1）在設計過程中要注意選擇合適的結構體系和形式，滿足各個方面的基本要求。并且同一個結構單元應該選用相同的結構體系，保證建筑結構的安全和規則性；

2）在實際情況中，建筑結構的安全性能出現問題通常是由于計算簡圖的差錯造成的，所以在設計過程中要根據實際情況來確定合理的計算簡圖，合理正確的計算簡圖對于保證建筑結構的安全有著重要的作用；

3）現代建筑結構設計中計算機發揮著重要的作用，設計計算軟件的出現為人們省去了許多不必要的麻煩，但是由于不同的軟件側重點不一樣，對最終結果的影響也不一樣，所以選擇合適的設計計算軟件也是十分重要的。如果選擇不恰當，不僅會在計算過程中浪費大量時間精力，還有可能對設計結果造成一定的影響，為結構的不安全因素埋下隱患。

2 了解高層建筑結構變形特點

在豎向荷載的作用下，高層建筑結構的形變主要是豎向結構部件的壓縮變形，在施工過程中，做好對基底應力的調整。防止建筑基礎出現不均勻沉降現象。高層建筑的水平位移對高層建筑結構的影響很明顯，高層建筑結構設計要做好對水平荷載的作用力的控制。

3 做好地基基礎的設計要素

地基基礎是建筑穩定的保證，要滿足承載力和沉降條件的需求。地基基礎設計之前，要對當地地質環境做一個詳細的了解，并要排除所有不利因素。根據高層建筑自身特點和所在地質環境，確定地基基礎等級。

4 結構的軸向變形應該引起足夠重視

由于高層建筑體量很大，自重也很大，在結構中能夠引起很大的軸向形變，所以對建筑承受豎向荷載的能力要求也自然會提高。建筑的豎向荷載并不是一次性施加的，而是在建設過程中隨著高度上升自重不斷增大，對各部分的豎向荷載是動態變化的過程。對梁彎矩產生持續影響，在計算過程中要注意荷載動態變化，將每個步驟都處理好，計算出軸向形變值，對剪力和水平荷載力也要考慮在內，綜合確定構建形變情況。

5 充分考慮結構的延展性問題

高層建筑與低層建筑相比，對外部荷載所產生的影響更加敏感，應該有更好的柔韌性要求。過于剛硬性的結構設計對剛層建筑本身是一種損害，為了確保結構在進入塑性變形階段后仍然具有較強的形變能力，在構造設計方面，要采取適當措施，保證其延展性。

6 在滿足要求的前提下，建筑應選擇適宜的高度

在設計過程中要嚴格控制建筑高度，高度不同，設計規范參考要求不同，施工技術也不同。在滿足要求的前提下，要盡量控制高度。建筑高度過高不僅會為施工帶來諸多麻煩，還會引起建筑材料的不充分利用，由于大多數高層建筑和超高層建筑的外層并沒有過多的保護設施，建筑本身能耗太大，造成資源的過度浪費，而且會對周邊環境產生許多不可避免的影響，對我國的節能減排的可持續發展戰略的順利實施也產生了一定的影響。

7 建筑材料和結構體系的選擇

當前我國建筑大部分是采用鋼筋混凝土作為建筑材料，在地震高發地區也是如此，而在國外則主要采用鋼結構來減少地震的破壞。高層建筑的鋼筋混凝土結構要承受的剪力很大。所以要增大結構的剛度來實現抗剪力能力的提高。在高層建筑中，根據我國現狀，盡量采用鋼骨混凝土、鋼管混凝土結構或鋼結構，達到減小柱斷面尺寸，并改善抗震性能。鋼骨混凝土結構對于減小風荷載影響有很大優勢，尤其是適宜作超高層建筑的結構骨架。

8 建筑非結構構件的計算

在高層建筑中，為了實現對建筑環境的美化所增加的不在主體承重骨架體系之內的部分叫做非結構構件。由于高層建筑受到的風荷載和地震荷載很大，在設計計算中要充分考慮各方面的因素，尤其是對高層建筑屋頂結構部件的計算。必須要嚴格遵守規范中的各項要求，保證建筑安全性。

9 結論

總之，在進行建筑結構設計時，首先要充分重視概念設計的重要性，并根據實際情況做好結構的分析，同時要設計多個方案思路并進行比較選擇，選擇出最佳結果。設計要綜合考慮多方面的因素，并且要針對各種影響因素制定出相應應對措施。要嚴格遵守各種相關設計規范和法律法規，正確處理對待結構設計的基本要素和難題，不斷優化設計成果。通過研究結構設計要素，可以使我國高層建筑的建設工藝更加成熟，更好地服務于我國的現代化建設。

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