高层建筑结构概念设计应用与分析
【摘要】 随着我国建筑工业的快速发展，高层建筑已成为我国建筑行业的核心元素，概念设计作为高层建筑物结构设计的基础，本文通过对高层建筑物的建筑特点和结构特点进行分析和对概念设计设计原则和自身意义进行论述，探讨了概念设计对当今高层建筑物结构设计的重要作用。
【关键词】 高层建筑 ；结构设计 ；概念设计 ；应用
当今社会，高层建筑已成为社会经济发展和科学技术发展的必然成果，人们的工作和居住环境逐渐从低层建筑向高层建筑转移，因高层建筑物自身的结构特点，其复杂性和多样性要求高层建筑的结构设计必须做到事无巨细的将各类条件因素综合考虑在内，在完成相应的设计后需要概念设计来进一步完成结构设计工作。
1. 对建筑业概念设计意义和设计原则的探讨
概念设计在建筑行业中是指具有基础性、整体性、综合性和关键性的设计原则和设计方法。它是由结构工程师运用自身的建筑结构知识和相关工作经验经大量的事故分析和模拟实验等的定量定性分析及长期的国内外设计与使用经验进行探讨、归纳并总结出来的设计方法。建筑设计师在实际工作中要科学合理的运用概念设计，将自己的专业知识和实际工作能力综合利用起来，在充分了解和掌握高层建筑物建筑结构整体与各个单个结构模块间的关系基础上，进行全面分析高层建筑结构的特点和建筑结构要素，在初步设计时需要注重建筑设计的整体性设计原则，将高层建筑结构概念设计的基本原则如结构简单、规则、均匀并需要一定的建筑结构水平刚度和抗震能力充分考虑在内。设计过程中要考虑高层建筑结构在设计中的问题并相应提出解决问题的方案，经过一系列结构设计师的充分思考，反复探究和反复模拟实验，设计师才能顺利地制定出一科学合理的建筑结构设计方案。
2. 现代高层建筑结构的特点和设计过程存在的问题如今，我国的高层建筑在如雨后春笋般拔地而起的同时，高层建筑在建造过程中的问题也随之而来，在进行结构设计时建筑工程师首先要将高层建筑的特点和可能存在的问题考虑在内才可以制定出合理的结构设计方案。
2.1 有关高层建筑物建筑结构的特点
低层建筑结构在设计分析时，一般只需考虑弯矩项，因为建筑结构的轴力项影响很小，而剪切项一般可不考虑。而对于高层建筑结构，设计情况与低层建筑结构设计情况就有很大不同，由于高层建筑的层数多，高度大，轴力值很大，沿高度积累的轴向变形显著的特点，轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生显著的改变的特点。所以高层建筑引发的轴向因素要被完全考虑在内。对于高层建筑的荷载问题，在考虑高层建筑的轴向变形因素时，要考虑施工过程中分层施加竖向荷载这一因素，不能简单的按一次性施加荷载来考虑，否则将影响结构设计的计算结果，除此之外，在楼层的增加的过程中，横向荷载加大使结构出现侧向变形的结果，这些都是高层建筑的结构特点而引起的相关问题，因此，在设计高层建筑结构时，不仅建筑结构要具有一定的强度，可以承受风力作用产生的内力，还要具有相当的抗侧刚度，使结构在水平荷载下不至于产生较大偏差， 保证高层建筑结构在建造完成后拥有良好稳定性。
2.2 高层建筑结构设计过程中存在的问题
目前，我国建筑行业在进行建筑结构的设计时都会遵循相应的建设设计规范，但这些建筑行业规范往往只起到参考的作用，建造过程中并没有明确的规定对一些具体问题进行分析说明，因此，在高层建筑物的结构设计时在遵循这些建筑规范的同时仍需对设计过程可能存在的问题进一步分析研究。另一方面，高层建筑物的结构设计对于设计工程师在工作内容和工作经验方面的要求都非常高，虽然科技进步为建筑行业提供了很大的益处，但在开始设计建筑方案的时候， 方案设计计算不可以完全依靠计算机来进行相关的计算，而要借助其他方法和计算机同时做运算的步骤，。因为适当的估算概念设计对于设计方案的体系选择与构成有很大的促进作用，这样会使结构设计运算合理准确，另外，在进行建筑设计时不能完全依靠计算机软件来完成，相关软件对高层建筑物的结构设计的安全性和合理性不能做到完全的评估作用，仍需要工程师利用工程软件的相关结果综合加以分析其他因素完成。高层建筑在结构设计时除以上影响因素和存在问题仍存在一些不确定的因素和随机可能产生的问题，因此建造设计和施工人员要有充分的专业技能和相关工作经验来解决这些问题，才能保证高层建筑物的安全可靠，让城镇居民安心的居住在一个温馨舒适的建筑环境。
3. 概念设计在高层建筑结构设计中的功能
3.1 概念设计对建筑设计方案的促进作用
建筑设计师在设计方案开始，需要对高层建筑整体结构体系的功能和结构受力及变形的情况进行分析和判断，同时根据高层建筑物所在的地理位置、建筑环境、施工条件等因素进行不断地研究、探索和改进才可以制定出理想的建筑设计方案。设计过程由方案设计阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段三个主要阶段构成，要从不同阶段反应建筑设计的要求，也要在不同阶段对整体方案进行反馈分析，将阶段性内容和整体性内容相互联系，而且设计方案要求设计师在构思结构总体时充分考虑建造材料、施工环境的安全可靠性因素和设计方案的可行性与经济性要求，因此设计师可由概念设计入手，进行合理性设计方案。
3.2 概念设计可进行合理的建筑结构体系设计
高层建筑结构因自身层数高、高度大等特点，在结构设计中需要考虑各方面因素来完成设计方案，这时便可依据概念设计来进行相关设计部分，受力因素是高层建筑物设计时考虑的要点，高层建筑结构体系应具备科学合理的传力途径，使加载于高层建筑物上端的纵向和横向荷载力可以传输到建筑物基础部分，避免建筑物受力产生迂回。其次结构设计要尽可能制定正确合理的计算简图，使建筑物的计算模型数据与建筑物实际情况基本相同。减小因两者误差对结构产生的影响，所以高层建筑中因具有转换层、错层等复杂结构体系的特点，概念设计不仅可以形成明确的传输力途径还可以保证多道防线措施的运用，使高层建筑物更加安全可靠。
3.3 使建筑结构的整体性加强
概念设计使结构设计的整体性加强，建筑结构整体性可以保证建筑物结构各体系和构件间合理工作，建筑结构的抗震能力是建筑物重要的建筑结构要素，因此高层建筑的整体刚度的大小都要适应抗震能力的要求。高层建筑结构中，楼盖对结构的整体性起着非常重要的作用，它需要承受竖向荷载力的作用并且需要起到竖向抗侧力构件的水平支撑作用，同时需要保证各部分构件协调工作，而且当竖向抗侧力结构布置不均匀和各抗侧力构件水平位移不同时，楼盖体系来保证抗侧力结构的协同工作作用将更加明显，对于建筑物结构的稳定性，为避免由于不同部分构件出现问题导致整体结构的承载能力下降引发的严重问题，使用概念设计充分考虑建筑结构在承载能力和刚性要求的情况下合理设计方案。
4. 结语
概念设计作为高层建筑结构设计中至关重要的设计方法，在设计过程中的主要任务就是在特定的建筑任务中用整体的概念来完成高层建筑结构总体方案的设计，并在一定情况下，可以合理有效的归纳分析出构件与结构、结构与结构、部分与整体之间的关系。因此， 现阶段要把概念设计作为建筑结构设计过程中的重要组成部分，并不断优化概念设计从而优化建筑结构的设计，让我国的高层建筑结构向着更高水平的科学化、功能化建筑方向发展。
参考文献
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[2] 李国强，多高层建筑钢结构设计，中国建筑工业出版社，2003
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