高層民用建筑結構設計的幾點重要思考

趙變青

（太原市建筑設計研究院，山西太原 030002）

0 引言

在高層民用建筑結構設計中，存在眾多設計元素、影響因素和設計要點等待建筑高師進行綜合考慮。一旦某個細節存在設計不當的問題，就會給施工過程和日后使用過程帶來安全隱患。為此，當代建筑設計師有必要結合高層民用建筑結構設計的需求特點，針對設計過程中的關鍵點進行深入透徹的研究，確保設計的規范性與高標準，為建造出優質工程打下堅實可靠的基礎。

1 高層民用建筑結構設計原則

在針對高層民用建筑結構進行設計時，設計師不僅要關注結構計算的準確性，還要全面考驗建筑結構的安全可靠性、耐久性、節能環保性以及經濟適用性等方面。必要時，可以依據當地居民的生活習慣、文化層次、生產要求、審美品味、消費能力等方面同時設計出多款設計方案。之后，綜合工程技術人員、施工單位、監理工程師等多方意見，選擇一套最具科學合理性的設計方案。這樣既可以消除設計方案本身的局限性，又可以最大限度保證其規范性與安全可靠性；另外，在設計過程中，設計人員還要綜合考慮施工區域的地質水文條件、施工現場地勢因素、當地氣候條件、相鄰建筑物等情況，針對高層建筑結構、荷載性能、外觀樣式、建筑用料、施工工藝進行合理把控，最大限度消除各種客觀因素對施工過程、工程質量所造成的不利影響，為后續施工及日后使用安全提供前提保障[1]。

2 概念設計

在建筑工程領域內，概念設計主要包括建筑概念設計和結構概念設計這兩個方面，二者之間的對象與作用方面存在著些許差異。建筑概念設計可以賦予建筑物實用功能和優美的外觀造型，并且為總建筑方案設計提供指導性文件；而結構概念設計則是針對某個特定的建筑空間開展結構設計，具體是指處理好構件與結構、結構與結構之間的關系，滿足建筑結構的功能需求、施工技術要求以及經濟要求。同時，施工單位憑借這種最優的結構關系，選擇適合的建筑施工材料，結合適宜的施工技術使關鍵部位呈現出科學完善、經久耐用的構造，最終實現建筑概念設計和結構概念設計的和諧統一[2]。

3 高層民用建筑結構設計重用目標

在高層建筑結構設計中，主要包括梁、板、柱、墻和基礎構成等設計要素，因這這些結構共同構成建筑整體結構基本形體以及力學體系。所謂建筑結構設計重，是指建筑結構設計師利用那些成型的設計成果和設計經驗應用到本工程設計任務執行過程當中，以此來提高設計效率。對于一個建筑工程而言，或多或少的會存在一些重復性設計的工作，例如相同格局的樓層、房間等等。在建筑結構設計中，通過使用重用目標方法，可將相同布局的樓層歸并為一個標準層。此后，建筑設計師便可以將這個標準層視為一個獨立的設計單元，只需要針對這些單元開展細化設計即可。另外，高層建筑結構設計是一種非常復雜的定制型工程，這就意味著在設計過程中難免存在一些變更與修改。這些環節往往會占用大量設計時間，而通過采用重用目標方法，便可以大幅減少重復設計工作。在需要針對設計方案進行修改時，只需要修改一個設計單元，其他相關標準層也會隨之一同修改，使建筑結構設計效率獲得大幅提升[3]。

4 關于高層民用建筑結構設計選型的幾點思考

4.1 結構選型的規范性

在針對高層建筑進行選型時，需要從整體、和諧、實用以及經濟的角度出發，開展選型設計工作。目前，房層民用建筑基礎選型主要包括箱型基礎、筏板基礎等，在進行建筑結構設計時，需要事先了解本工程項目的建筑類型、載荷要求及地基承受范圍，并且將這些工程信息作為建筑結構選型的重要參考依據。只有這樣，才能確保最終所形成的設計方案滿足工程建設需要和業主要求。除此之外，建筑設計師還需要充分考到建筑結構的變形范圍。基于此范圍進行結構設計，優先保證設計方案符合國家對建筑安全方面的規范要求，之后再探討如何體現建筑結構的經濟性、美觀性與實用性。樓層數及地基承載能力的設定，是高層建筑結構設計中最為重要的參數之一，建筑結構設計師務必對其給予高度重視。避免在設計方案當中存在重大缺陷問題，從而工程項目帶來無可挽回的經濟損失。

4.2 結構設計的合理性

在建筑結構設計中，建議設計師優先采用規則的平面布置與立面對稱結構。之后，再從安全角度出發，針對整個建筑結構進行性優化設計。之所以這樣建議，主要因為平面設計及對稱立面結構具有最強的穩定性，可以賦予建筑結構最強的抗震性能。然而，在市場經濟環境下，很多建設單位和建筑設計師都比較追求建筑外觀的華麗與美觀。但是，這樣反而會降低民用高層建筑的安全系數。因此，在開展建筑結構設計的過程中，要盡量避免出現大面積扭轉這一類結構樣式，務必保證樓內居民的安全性，建議以簡單、對稱的結構設計為主[4]。

4.3 高層民用建筑結構的計算分析

在高層民用建筑結構設計中，需要進行內力分析與計算，以此來適應結構設計的相關要求。在這項工作中，主要包括以下關鍵點：首先，選擇計算軟件。目前，可供建筑設計師選擇的專業計算軟件種類比較多。但是，在使用不同的軟件進行模型的計算時，都會得到不同的計算結果。因此，在針對工程整體結構進地計算，設計人員要謹慎選用軟件。正確的做法是根據建筑結構的基本類型選擇適合的計算軟件[5]。之后，再使用其他軟件對計算結果進行驗證與比較，還可以借助本建筑工程信息作為參考依據，判斷最終結果的精準性與有效性。如果多次計算結果之間的差異過大，則必要重新計算，務必保證計算結果的有效性與可靠性，建筑結構設計方案的可操作性提供必要保障，減少施工過程中安全隱患和返工率；其次，保證建筑結構的抗震性能。這一部分設計工作，始終在建筑工程領域內受到高度關注。尤其國家新近出臺的建筑規范當中，要求高層民用建筑結構設計方案必須根據大量的工程實測以及周期數據計算出自振周期以及折減系數，確保建筑物在遇到地震災害呈現出較強的抗震性能；最后，在我國頒布的建筑新規范中，新增了振型參數這一新概念，并且針對此參數的限值做出了明確規定。因此，在今后的建筑結構設計計算與分析工作當中，要提高對這一全新概念的應用效率。不僅如此，為了確保計算結果的精準性，有必要針對計算結果及各項參數進行科學化驗證。最終針對是否需要對振型數目取值進行調整做出精準判斷與正確決策[6]。

4.4 提高建筑結構的安全系數

一直以來，建筑結構設計都需要優先保證其安全性。尤其對于高層民用建筑而言，提高結構設計方案的安全性更是重中之重。在我國目前的建筑行業設計規范體系當中，與安全規范相關的條例內容已經越來越規范。對此，需要設計師在開展設計工作時，嚴格落實國家現行規范要求與法規政策，注重提升自身的安全意識與合規意識，賦予建筑結構設計方案較強的安全系數。例如結構中的含鋼量要達到國家要求的最低標準，以此來保證建筑結構的安全系數；另外，在市場經濟背景下，建筑結構作為一種特殊的商品，其設計安全性已經不僅僅隸屬于政府部門管轄，還同時關系到房屋開發商、施工單位、保險機構和住宅居民等多個方面。因此，高層民用建筑結構設計師在開展設計工作時，不僅要保證建筑物本身的安全可靠性，還要保證全體居民的使用安全和出入安全。只有這樣，才能稱得上一套成熟完善的設計方案；最后，建議建筑結構設計理師采用可靠度理論開展設計工作。由于這一理論需要借助失效概率來描述建筑結構的可靠性，需要設計人員將作用效應與抗力相互區分開來，進行獨立分析。在我國現有的建筑設計規范當中，可靠度理論已經擁有非常廣泛的應用。不僅如此，這一理論在國際領域內也受到高度認可，曾經多次在國際安全年度會議上得到業內專業人士的大力推薦。這更進一步說，建筑結構設計師要善于學習和應用先進的設計理論與技術手段，不斷提高建筑結構設計過程中的規范化程度，并且充分考慮到工程設計中的各類風險因素，通過科學合理的結構設計，最大限度消除風險因素，使建筑工程具備較高的安全系數[7]。

5 結語

本文針對高層建筑結構設計的幾個重點問題和要點環節進行了一次較為系統全面的研究。但是，相對于不斷發展變化的建筑工程需求和安全保障需求，建議廣大建筑設計從業人員，要不斷學習和領會新的設計理念與設計思維，掌握更加多樣化設計手法，不斷增強安全意識與質量意識。時刻將國家所頒布的建筑行業規范裝在心中，落實到具體的工程設計實踐當中，使設計方案呈現出較高的專業水平。