结构概念设计研究与探索

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摘要：结构概念设计是指不经过数值计算，针对一些复杂结构和特殊结构，从工程结构特点出发而突出结构的主要矛盾，并结合实际工程经验解决工程结构问题的一种定性分析法。本文介绍了现在高层建筑和复杂工程结构概念设计的一般思路。

关键词：结构概念设计 结构体系

Abstract: The structure of the conceptual design without numerical calculation, for some complex structures and special structures, starting from the characteristics of engineering structures and prominent structure of the principal contradiction, combined with practical engineering experience to solve the problem of engineering structures, a qualitative analysis. This article describes a high-rise buildings and complex engineering structure conceptual design ideas.

Keywords: structural conceptual design , architecture.

中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：

由于传统的多层结构其层数相对较少，所受的水平荷载较小，因此，结构设计中在满足竖向承载力的要求下，其水平承载力一般也满足要求。然而对于当代的超高层建筑，抗侧力已成为其设计控制因素，因此在高层结构设计中要突出抗侧力这一控制性因素并建立概念设计的思路。

在高层结构设计我们通常从两个方面去分析这一控制性因素

1.侧向力

高层建筑其侧向力主要是由风荷载与地震荷载引起，结构侧向位移随着侧向力的增大而增大，为满足结构侧向位移的限制条件，此时必须增大结构的刚度，然而，增大结构的刚度必然会对结构形式和材料形式产生很大影响。

1.1风荷载

通常风荷载计算公式为:

式中 为风荷载标准值； 为z高度上等的风振系数， 为风荷载体形系数， 为 z高度处的风压高度变化系数； 为基本风压

各系数参见中华人民共和国荷载规范

1.2地震荷载

地震荷载通常采用阵型分解法，具体方法参见中华人名共和国抗震规范

2.抗力

高层结构的抗力主要取决于结构的材料形式和结构体系。

2.1结构的材料形式

当代常用的建筑材料有混凝土和钢材两种，其中混凝土是典型的抗压不抗拉材料但其造价较低，故通常在合理的设计情况下首选混凝土材料。钢材具有良好的抗压和抗拉性能但其造价高昂，故对于处于地震多发，台风频发等地质情况不良地区的高层建筑应适当考虑采用钢结构。同时伴随着我国环境保护的白日化，低碳建筑的倡导，以及钢铁产业的提升，和各种非传统非简单非对称的特殊结构的出现，使钢结构的需求量开始不对的攀升。对于各种受力不均结构不对称，或高度较高推荐使用钢结构。

2.2结构体系

现今常见的高层建筑中通常所选用的结构形式有：框架结构，该结构平面布置简单，并且作为承重构件的柱子相对于对整体空间较小，所以一般框架结构在需要大开间的商业用房较试用，但是框架结构属于柔性结构，在侧向力的作用下侧向位移很大，所以一般框架结构一般设计到达一定高度后很难再有所突破。剪力墙结构，该结构具有结构刚度大抗侧力较大的特点，但由于剪力墙的布置必须连续贯通，一般不允许在其上开门窗等，由于剪力墙是主要的抗侧力构件导致剪力墙的数量较多，故剪力墙占用了很大的平面，在平面中很难得到大开间限制了它的空间利用，所以该结构常见于高层住宅，其代表性建筑有天津津塔 .框架剪力墙结构，该结构兼有剪力墙和框架结构的特点，由于其有框架结构对空间的适应性所以通常该结构使用与商品和住宅混用结构。4筒体结构，筒体结构由于其具有良好的异向抗侧能力和抗扭性能所有广泛运用与复杂的超高层建筑，其代表性建筑有台北101大厦等。通常合理的结构形式在满足其适用性的条件下可以大幅度的削减结构造价，现代高层结构通常根据各种结构结构体系的最大适用高度和规范中规定的结构高宽比限制选定合适的结构体系。

随着我国大量的工程设计实践的积累出现了多种组合式的结构体系如张梁弦试结构，壳体结构，薄膜结构，悬挂式结构等，张弦梁结构是由弦、撑杆和抗弯受压构件组成的新型结构．是通过在弦中施加预应力来改善抗弯受压构件的受力性能的自平衡体系．具有受力合理、施工简单和运转方便等优点，因此对于一些跨度很大的屋架等结构可以考虑采用．而壳体和薄膜结构具有轻质的特点，所以成为体育馆，歌剧院等大跨结构的首选。悬挂式结构是以核心筒，钢架，拱等作为竖向承重结构，全部楼面均通过钢丝束，吊索挂牢在上述承重结构上的一种结构体系，由于该结构充分的利用了钢丝绳的抗拉强度减轻了结构的自重，最终达到了轻质高强，是未来结构发展的又一方向。

现代高层建筑中对于构件的受力分析和结构选型通常是熟悉了上述荷载条件和结构体系条件后遵从以下原则进行细部设计：1受力平衡即结构承受荷载在空间中满足静力平衡原则，2变形协调即结构体系内各构件之间的变形要相互协调避免在各构件之间出现较大的变形差而产生导致结构破坏的应力，3力走捷径即力的传递要简洁明了避免设置多余的构件，4刚者多劳即结构中刚度大的构件会承受较大的荷载，5多重设防，即将结构设计成超静定结构避免因结构的局部构件破话而导致整体结构变为瞬时机动体系而破话等。

3.总结

结构概念设计是整个结构设计的初步设计，它是确定结构形式和结构材料的设计过程，选择正确的结构形式可以使结构在满足其使用性和安全性的前提下，大幅度降低工程造价，因次实际工程中的概念设计必须与以重视。

参考文献

[1]高层建筑结构设计.付光耀 北京：中国铁道出版社

[2]中华人名共和国标准 建筑结构荷载规范 中国建筑工业出版社 北京

[3]中华人名共和国标准 建筑抗震设计规范 中国建筑工业出版社 2010北京