高层建筑的概念篇1

关键词：超高层；概念设计

中图分类号：S611 文献标识码： A

引言：结构设计师的概念设计需要涵盖结构专业前瞻性设计内容，同时应综合运用其他专业（如建筑，设备）的设计元素为后续的施工图设计及建筑的建设建立正确的基础和方向。

一、平面及立面造型对超高层建筑结构安全性的影响

对于超高层建筑而言，其结构的安全性至关重要，是概念设计中需着重考虑的问题。对于超高层建筑，对结构安全性影响较大的是水平荷载，即风荷载和地震荷载。水平荷载作用使建筑产生巨大的变形并会对建筑产生推覆作用，造成结构构件的塑性变形甚至引起建筑的倾覆。而经过结构受力分析显示，建筑平面和竖向刚度、质量的均匀性是水平荷载作用下结构弹性变形的基本保证。平面或者竖向质量、刚度的突变会造成结构应力应变的突变，对建筑结构的破坏。因此，在概念设计中，建筑的造型应尽量减少风荷载和地震荷载对建筑破坏力。比如合理的选择楼层建筑平面形状，能显著降低风荷载对超高层建筑的作用。通过风荷载体型系数就可以明显的看到平面形状不同，风荷载作用的明显差异。例如圆形的风荷载系数为0.8、而V形、Y形、弧形平面建筑的风荷载体型系数为1.4，这就意味着在同样的高度和环境下，圆形平面建筑风荷载比V形、Y形、弧形平面建筑大约可减少43%。 这就意味着，在建筑造价方面，可以通过减少至少43%的代价实现结构的安全性。在地震力方面，也是如此，不规则的建筑平面，如楼板开洞较大或平面凸出凹进过大，都会使地震力在突变位置或楼板开洞薄弱区域产生巨大的应力应变，对建筑产生不可预见的巨大破坏。合理的平面选型是建筑质量和刚度均匀的前提条件，而适当的质量和刚度如同超高层建筑健康的肌肉与骨骼，是建筑生命健康的保证。台北101大厦，香港中银大厦等等可谓是建筑选型的典范，其简洁明了的结构传力体系，规则的立面使其健康的体魄抵御了强劲的飓风和地震灾害。因此，结构设计师进行概念设计的时间应该推前到建筑方案阶段，在建筑方案设计之初，就应该和建筑专业密切配合，参与到建筑方案设计当中，权衡利弊，使建筑的选型达到最优。

二、概念设计中建筑朝向设计对建筑使用和节能的影响

超高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响。容积率过高很难满足日照要求，阳光有着巨大辐射能量。在寒冷地区人们十分珍惜阳光带来的温暖。据有关资料分析，地球每年接收的能量有60亿亿千瓦，这么大能量弃之可惜，从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器，阳光不仅对人的身体健康有着很大影响，对建筑的节能也有着十分重要意义。寒冷地区城市规划应注重应用日照原理。合理的确定建筑位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此，建筑的方位与节能有着直接关系。不同朝向，不同季节，建筑物所得到的太阳辐射热能量不同，热损失也不同，在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况，按其太阳高度角做出日影响图，以确定冬季每天的日照时间，建筑南向开窗面积尽可能大些，在满足采光条件下，北向、东向窗尽可能小些，从而获得更多的太阳光线，减少热损失，保持室内舒适的温度环境。

三、建筑节能材料的使用

超高层建筑作为城市中高容积率空间，其节能设计是概念设计中必要考虑的元素。而除了城市的综合环境、气候条件、总体布局，建筑朝向等因素外，对建筑节能影响较明显的是护结构（包括）保温、隔热的性能等许多综合性因素构成。

外墙是围护结构的主体部分，高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋，前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重，因此，围护结构属于填充材料，为了减轻荷载，达到保温、隔热要求，采用轻质高效保温材料，目前在寒冷地区常用的墙体做法有、页岩陶粒混凝土空心砌块；粘土空心砖与实心砖复合墙体；粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多，节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区的同一气候条件下，由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同，为防止墙体内产生冷凝水，保温层设在外侧更为妥些。高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板(舒乐板、PG板)，岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年，多则上百年，材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体，笔者认为存在以下不足之处：1）抗震能力差，易松散，与结构构件结合不好，整体性能差。2）不能承受外部装修贴、挂荷载，如：贴石材，安装装饰构件等。

3）不能承受有振动的凿、刨的装修，如：剁斧石面层、予留洞。槽易出现冷桥。

4）墙表面易出现裂纹。除此之外，复合墙体由于框架梁拉、剪力墙的嵌入，墙体内容易造成冷桥，是保温、隔热的薄弱环节。据测定，高层建筑所出现的冷桥约占整个热损失的5％－13％，因此应引起设计者重视，采取有效构造措施尽可能避免产生冷桥。国外普遍推广采用混凝土空心砌块用于高层建筑围护结构保温，欧、美各国取得不少先进经验。某些欧美国50％左右的建筑已应用多种形式的混凝土空心砌块。由于混凝土空心砌块保温效果好，又具有一定强度，避免了轻质复合材料墙体的一些弊端。能源消费正以惊人的速度增长，节能建筑在为环保地球行动有着深重的意义。

四、概念设计中建筑设备的参与

除了结构和建筑这两大主要的专业参与概念设计外，设备专业如机电、暖通、室内、灯光等也应参与到概念设计当中来，紧密结合建筑和结构专业的设计思路，及时发现问题，找出最佳的解决方案，以免在施工图阶段产生专业交叉矛盾。

五、结束语

超高层建筑如同擎天巨人，其健康的体魄是由建筑、结构，设备组成的有机整体。各个专业在概念设计中紧密沟通和配合，确保概念设计成为建筑设计和建设过程中的一盏明亮的导航灯。

参考文献：

[1]刘惠佳.简析超高层及高层建筑的造型设计.

高层建筑的概念篇2

从20世纪70年代以来，人们在总结大震灾害经验中发现:对结构抗震设计来说，“概念设计”远比“计算设计”更重要。然而抗震概念设计的重要性和丰富内涵往往在严格的规范规定和一体化的程序设计中被淡化了。历次地震表明:如果概念设计不利于抗震，那么不论计算多“精密”，也常常无济于事;如果概念设计非常成功，建筑物往往能承受大大超过计算时的抗震烈度而安然无恙。但设计中建筑师不可能完全按照结构“概念设计”的准则进行设计，常常是结构师要向业主、建筑师作一定的妥协和让步。从工程安全、经济出发，妥协让步不是无底线的，结构师面临的难点就是如何守住结构不规则的底线。现行的《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3 -2002(以下简称《高规》)对抗震概念设计的要求作了更全面、更符合实际的规定，并作了诸多定量的限制，使得抗震概念设计在工程应用中能更具体、更明确地落到实处。本文主要从现行规范的相关规则性条款为切人点讨论结构抗震概念设计中应该注意的若干问题。

1 结构平面布置中的规则性探讨

1.1 位移比对扭转不规则的控制

《高规》对于扭转不规则的控制主要可概括为对位移比、周期比两个宏观比值的控制，对楼层最大位移与平均位移比值的下限和上限分别是1.2和1.5，扭转不规则对抗震的不利影响可根据如下分析:δ1为同一侧楼层角点竖向构件最小水平位移或最小层间位移;δ2为同一侧楼层角点竖向构件最大水平位移或最大层间位移。当δ2达到不规则判别准则的界限值时，即:δ2=1.2 ；δ2 =1.5δ1（下限）或δ2=1.5 ；δ2 =3δ1（上限）；此时整个结构无论是竖向受力体系还是水平受力体系都处于受力非常不均匀的状态。

高层建筑结构按单向水平地震作用计算位移比时，需考虑质量偶然偏心的影响，比《抗震规范》的规定严格(多层建筑可不考虑)，这主要是考虑高层建筑结构的需要。当质量与刚度分布明显不对称、不均匀时，应按双向水平地震作用计算扭转影响，此时可不考虑质量偶然偏心的影响。

1.2 周期比对扭转不规则的控制

当扭转振型成为结构第一振型时，结构抗扭刚度小，扭转振动成为主振型，对结构抗震非常不利。《高规》4.3.5条规定:结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85。当两者接近时，由于振动耦连的影响，结构的扭转效应明显增大。但《高规》对T1与T2的比值却无限制，主要考虑该限制对一般工程偏严。对特殊工程(如比较规则、扭转中心与质心相重合的结构)，当两个主轴的侧向刚度相差过大时，可对T1与T2的比值加以限制，一般不宜大于1.0。

从抗震历史经验看，《高规》对缝宽的规定是底线，只可提高，不得放宽。

1.3凹凸不规则和楼板局部不连续的的控制

《高规》5.1.5条规定:进行高层建筑内力与位移计算时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，相应设计时应采取必要措施保证楼板平面内的整体刚度。但当楼板平面比较狭长、有较大的凹入和开洞而使楼板有较大削弱时，楼板可能产生显著的面内变形和应力集中效应，且平面有较长的外伸时，外伸段容易产生局部振动而引发凹口处破坏。从实际设计情况来看，高层住宅建筑常采用井字形、凹形等平面以有利于通风采光，而将楼电梯间集中配置于中央位置从而出现此类情况。可采用的应对措施主要有:

1.3.1 从计算角度看，这时宜采用考虑楼板变形影响的计算方法，使受力、变形计算模型更符合实际情况，减少计算误差，具体可根据情况采用不同的处理方法:对于平面尺寸较小的建筑(如点式建筑)，可将整个楼面都考虑为弹性楼板，使建模和计算比较简单，并且计算精确，但计算工作量较大;其他情况可采用分块刚性模型加弹性楼板连接的计算模型，可将凹口周围两开间或局部突出部位的根部开间的楼板考虑为弹性楼板，而其余楼板考虑为刚性楼板。

1.3.2 从构造措施看，由于楼电梯间无楼板而使楼面产生较大削弱，对楼板应力集中部位(凹入部位、局部突出楼板的根部及洞口的四角)和弱连接的楼板截面的配筋予以加强，剩余板厚加厚，改善这些楼板关键部位的强度和延性;

1.3.3 当凹口深度接近超限上限时，宜在凹口部位设计拉梁或拉板。当开口尺寸接近最大限值时宜在洞口周围设置钢筋混凝土梁增加整体性，拉梁和拉板宜每层均匀设置。

2 结构立面布置中的规则性探讨

实际工程中，常由于以下几个方面原因产生竖向不规则体系:

2.1 建筑立面造型导致立面体型复杂，如立面收进、外挑结构、立面大开洞、连体建筑、大底盘多塔楼。

2.2 建筑平面布置变化导致竖向结构不连续(如带转换层的高层结构)、错层结构及有薄弱层的结构形式。

2.3 沿竖向分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级。

《高规》4.4.2条规定:抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。在实际工程中，往往沿竖向分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级，这种改变使刚度

发生变化。从施工的角度讲，改变次数不宜太多;但从结构受力角度讲，改变次数太少，每次变化太大易产生刚度突变。所以一般沿竖向变化不超过4次。每次改变，梁、柱尺寸减少100～150mm,墙厚减少50 mm，混凝土强度降低一个等级为宜。最好尺寸减少与强度等级降低错开楼层，避免同时改变。刚度发生变化的另一种情况是底层或若干层由于取消一部分剪力墙或柱子产生的刚度突变，常出现在底部大空间框支剪力墙结构。设计时应该尽量加大落地剪力墙和下部柱的截面尺寸，并提高这些楼层混凝土强度等级，尽量减少刚度削弱的程度。

立面收进和外挑在《高规》4.4.5条也有明确的规定，设计时应与建筑协调采用台阶式多次内收的立面。

连体建筑也是容易出现竖向规则性超限。连体建筑顶部重量大，不利于抗震，要尽量减轻连体的质量(如采用轻质隔墙等)，一般情况下连体部位的层数不宜超过建筑总层数的20%。

大底盘多塔建筑近些年在商业与民用建筑中得到大量应用，计算分析的重点是裙房的整体性和裙房协调上部多塔楼变形的能力。计算时可根据裙房工作条件采用不同的计算模型。

高层建筑的概念篇3

作为一名结构工程师，如何去把握，或者说有意识地去进行高层建筑结构的概念设计。一句话，对应于高层建筑结构概念设计的三个阶段，分别进行概念设计。

首先，在建筑方案设计阶段，要正确把握高层建筑结构的概念设计，必须坚持结构设计没有惟一解的设计理念，充分发挥结构工程师的创造力和创新能力，协助建筑师以达到令业主满意的建筑。例如，美国芝加哥第一国家银行大楼建设之初，银行业主追求和向往能在他们银行大楼的整个底部有一个4层～5层楼高的无柱大空间，以充分满足他们银行业务在使用功能和形象功能上的需要。在芝加哥第一国家银行大楼方案设计中，结构工程师和建筑师合作开拓了一种新的结构形式，即将电梯井筒与设备井筒分别设置在建筑物的纵向两侧，作为巨型柱，并将第一道设备层设置在第6层，往上每隔18层再各自设置一道，作为承载力和刚度很大的巨型水平构件，并与周边的巨型柱有机地刚性连接在一起，从而构成了一种巨型框架体系的结构功能与受力特征，不但能有效地抵抗重力荷载和水平荷载，还在整个大楼底部5110m2的面积内无一根柱子，实现了业主梦寐以求的大空间。同时，在建筑方案设计阶段，结构工程师所构思的结构总体系应有一个多道防线、刚柔结合的理想刚度目标。即具有一定大的刚度和承载力抵御风荷载和规范设防烈度水准的地震作用，以及在第一道防线的有意识屈服后，在结构变柔的同时仍具有足够大的弹塑性变形能力和延性耗能能力来抵御可能遇到的罕遇大地震。

其次，在初步设计阶段，要正确把握高层建筑结构的概念设计，必须掌握各种结构体系的近似计算方法。英国工程师A．L．L．Baker讲过:工程师所掌握的最佳计算方法，应该是运用最简单、最直接的计算方法。而近似的计算方法就是对一个结构工程师进行高层建筑结构设计能力的最基本的要求。例如，对于框架结构体系，必须掌握的近似计算方法为:竖向荷载作用下的直接弯矩分配法，水平荷载作用下的近似计算法。同时，结构工程师还必须了解抗侧力构件的变形近似计算，通过获取不同抗侧力结构(或构件)之间的相对刚度比较概念，来大致估算建筑物的变形，以便于提出或比较各种可行的结构总体方案。

最后，在施工图设计阶段，仍然要注意把握和运用高层建筑结构的概念设计。例如，钢筋混凝土框架柱的轴压比超过了规范的限值，我们要结合具体设计综合判断。众所周知，规范控制轴压比限值的目的:要求钢筋混凝土框架柱截面达到具有较好延性功能的大偏心受压破坏状态，以防止小偏心受压状态的脆性破坏。同时我们知道，影响钢筋混凝土框架柱截面延性功能的因素除轴压比外，还有框架柱的配箍特征、核心区混凝土的抗压强度等级、纵向钢筋承担截面轴压的能力、框架柱的截面形状等因素，轴压比限值的大小必须根据具体工程设计综合所有因素进行一定程度的合理调整。

高层建筑的概念篇4

关键词：高层建筑；结构概念设计；特点；抗震

中图分类号：TU208文献标识码： A

近年来我国建筑行业迅猛发展，建筑设计水平也有了很大的提高，一个社会发展的快慢已经渐渐地体现在建筑水平的高低，大量的工程实践证明：对于高层超高层建筑来说，由建筑师和结构工程师的紧密合作在设计前期运用结构概念，对建筑的结构体系有选择性的比较，就能设计出性能较好、经济效益高、让人满意的建筑结构方案，为建筑工程施工打下坚实的基础。本文从高层建筑结构概念设计出发，结合结构抗震设计，给出了一些高层建筑概念设计的方法和措施。

一、建筑结构概念与高层建筑结构的受力性能

建筑所表现的是空间的概念和状态，它是周围总体环境的表现形式，建筑设计师必须灵活的运用物质性的、活动性的和象征性的空间表现形式，以期望能够达到一个科学的、令人满意的环境感。建筑设计师对于一个建筑物最初的方案设计，应该考虑其空间组成多一点，对于空间形式的整体感想，又必须基于建筑形式中负荷和受力之间的一些准则，这就是所说的结构概念，主要包括三个方面：一是固定在地面上的空间形式；二是具有质量与荷载能力的空间形式；三是能够抵抗水平风力与地震的空间形式。

建筑物空间形式竖向的稳定性和水平的稳定性容易受到建筑物底面的影响，建筑物都是由一些体积比较大和重量比较重的构件组成，为了能够保持建筑物的稳定性和安全性，[1]能够将其重量转移到地面上，结构的作用力总是作用在地面上的。

低层、多层和高层建筑，它们竖向和水平方向的结构体系基本上都是同一个设计原理，然而，随着高度和层数的不断增加，竖向结构体系渐渐地成为了结构设计中的控制要素，有两方面的原因：一是随着垂直负载的增大，就必须要有相对应的柱体、墙壁；二是侧向力的倾覆力矩和所产生的的剪切变形比较大。侧向荷载对建筑物的影响是随着建筑物的高度极具增大。比如，在相同的外部条件下，在同等风力的作用下，建筑物基底的倾覆力矩基本上是与建筑物高度的平方成正比的，然而其顶部的侧向位移则不是这样，而是与建筑物高度的四次方成正比，那么地震的影响就会更加的明显。所以，不仅仅是抗剪切力，而且还要考虑整体抗弯能力和抗变形能力在高层建筑的设计中，高层建筑的结构概念设计与受力性能有很大的联系。

二、高层建筑结构一般性概念设计

一般建筑物的结构成分都是由混凝土和钢材构成，如果我们可以遵循以下设计原理和原则，按照高层建筑结构概念合理的、客观的进行结构布置，就能够达到增加高层建筑抵抗变形能力的目的：一是适当的把抗弯结构体系的宽度加大，这样可以有效的减小水平力产生的倾覆力矩，在其他的条件相同的情况下，根据工程实践表明，变形的减少是按照宽度增加的三次方减少的。二是增大承受主要荷载构件的有效截面积。[2]接由主要抗弯构件来承受大部分的垂直负荷，让主要的抗倾覆构件能够受到预压而使建筑物在倾覆拉力的影响下能够保持房屋的稳定性。四是利用实心墙或者斜撑构件布置在竖向结构体系中，这样可以有效的抵抗楼层的部分剪切力，如果抗剪全部用完全受弯的竖向构件需要花费很大的成本，它比用实心墙或者斜撑构件所要的材料多和花费的施工时间长，这是不经济、不科学的。

三、高层建筑结构概念设计中的抗震概念设计

由于地震动对高层建筑的影响具有不确定性，因此，建筑结构计算出来的模型的假设与实际的地震工况有很大的差异，所幸的是地震动又具有一定的规律性。高层建筑的抗震设计，少不了建筑工程师与结构工程师之间的配合，仅仅依赖计算设计是不行的，在很大程度上主要还是取决于一个良好的抗震结构概念的设计，它主要包括建筑设计结构的规则性、合理的结构体系和结构的延性，前两者必须要经过有经验的、有抗震设计能力的建筑师与结构师共同讨论出几种可供参考的结构形式，在实际运用中，根据实地考察和勘查，再结合项目现场的地理环境因素，选择科学合理的结构形式。

（一）关于建筑结构的规则性

在高层建筑抗震设计中首先要考虑的是高层建筑的体形是否对抗震有利，由于结构设计要考虑的因素许多，导致常常会出现布置的结构不规则，它容易增加结构性能的复杂化，如果建筑师和结构工程师没有很好地考虑到这点，很可能会出现严重的问题，甚至是建筑物倒塌。[3]性能的正确理解和分析是识别不规则结构布置的基础，同时也是采取合理的补救措施来减少甚至是避免因结构布置不规则而引起的负面影响的重点。

建筑形状要做到规则和简单，地震对简单和规则的建筑结构造成的破坏相对而言是比较小的，简单的结构容易分析其受力性能和在受到地震影响下的反应，它的内力分布规律也容易找出。建筑结构尽量做到对称，由于建筑物的刚度和质量分布的不对称，在受到地震影响时，往往会发生扭转性破坏。在实际情况中，往往是做不到这点的，因为建筑构件的强度和刚度一般不会对称，建筑物的质量偏离中心等等。开设洞口要整齐，往往需要在建筑物上面开设门、窗、管道等，由于这些洞口的不规则和不整齐，大大地削弱了整体结构的强度和刚度，这在设计初期应该引起重视。防震缝的设置在高层建筑结构设计中是必须要考虑的一项工作，由于它在一定程度上影响了建筑物的立面效果，所以一般要根据具体的实际情况来决定是否必须要设置防震缝，根据建筑物的体形和结构体系的不同，所要设定的防震缝也是不一样的，不建议每个建筑物都设定，也不提倡都不设定；防震缝一定要分的彻底，连的牢固，切忌似分不分、似连不连。

（二）关于高层建筑抗震结构体系的设计

高层建筑抗震结构体系应该符合下面几种原则：一是要有科学合理的地震作用转移途径和经过准确、细致的计算简图，这两者是不可缺少的，前者可以在地震发生时减少地震对高层建筑的破坏，而后者可以设计出最佳的抗震结构体系；二是要设置多道抗震防线，以防止由于某个单一的构件受到破坏而使得整个抗震体系失去抗震能力或者是对重量负荷的承载能力；三是抗震结构体系要具备一定的强度，结构构件要有较好的变形能力，采用的材料要有良好的吸能耗能能力，吸能和耗能主要就是靠塑性变形来达到，这就要求结构构件要有很好的延性，那么耗能能力就会有所提高，这样构件就不会发生脆性破坏，结构也就不会出现失稳和坍塌的问题。四是结构构件的刚度和强度要分布合理，减少因局部削弱或者是突变而导致形成的薄弱部位的出现，比如说剪力墙应该适宜、均匀、对称的分布在建筑物两边附近和建筑平面形状发生变化比较大的地方，而且剪力墙之间的间距不宜过大，也不宜太过集中，要分布适宜。

结语：综上所述，高层建筑结构概念设计在高层建筑工程中是很重要的环节，主要就是处理好建筑空间布局与建筑结构受力之间的一些问题。掌握了高层建筑结构概念设计，在高层建筑进行方案设计时，就能够合理的进行结构布局，抓住全局观念，预见薄弱的环节，再通过详细地分析和探讨，降低和减少在高层建筑结构体系设计中可能出现的问题，建造出更安全、更可靠、使用周期更长的建筑物。

参考文献：

[1]李峰.高层建筑结构概念设计[J]. 山西建筑.2009（10）

[2]李峰.浅谈高层建筑结构概念设计[J]. 建材世界.2010（12）

高层建筑的概念篇5

关键词：高层建筑结构； 概念设计

中图分类号：TU208文献标识码： A

引言

随着经济的发展，建筑结构越来越高，造型越来越复杂，竖向体型不规则，墙体凹凸转折，平面布置不规则，楼板大开洞等结构型式很适应市场的需求，但却对结构工程师的工作提出了更高的要求。随着科技的发展，人们已经不用在进行复杂的手算，通过一体化计算机的计算，可以很快的判断结构结构的强度和变形是否满足规范的要求，但是设计软件的计算都有它的基本理论假定、应用范围、限制条件等，需要对计算的结果作正确的判断和取舍。作为一名结构工程师，在高层建筑结构的设计中，应本着积极、主动的态度，自觉地完成高层建筑结构概念设计，设计符合规范要求又满足人们需求的高层建筑。

一、高层建筑结构概念设计

高层建筑结构概念设计是指工程结构设计人员运用所掌握的理论知识和工程经验，在方案阶段及初步设计阶段，从宏观上、总体上和原则上去决策和确定高层建筑结构设计中的一些最基本、最本质也是最关键的问题，主要涉及结构方案的选定和布置、荷载和作用传递路径的设置、关键部位和薄弱环节的判定和加强、结构整体稳定性保证和耗能作用的的发挥以及承载力和结构刚度在平面内和沿高度的均匀分配；结构分析理论的基本假定等等。概念设计是一种思路，是一种定性的设计，它不以精确的力学分析、生搬硬套的规范条文为依据，而是对工程进行概括性的分析，制定设计目标，采取相应的结构措施。

二、概念设计对于建筑结构设计的意义

2.1方案更完美

概念设计可以在建筑设计的方案阶段有效地对结构体系进行构思、比较并最终做出选择。由概念设计所得到的方案往往概念清晰、定性正确，这一方面能避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，同时也使概念设计具有较好的经济可靠性能。

2.2强烈的创新性

一般来说，概念设计做得较好的工程师，其结构概念将随他实践的积累越来越丰富，设计成果也越来完善。但是，随着社会分工更细，很多结构工程师还停留在只知道依赖规范、参照设计手册、应用计算机程序做习惯性传统设计的阶段，这样做出来的设计缺乏创新。因此，要展现先进的设计思想，就必须引进结构设计概念。

2.3判断电算结果可靠性

掌握好概念设计一方面可以保证正确的设计原则，另一方面也可以解决设计中出现的问题以提高设计水平。而且，当发现设计中出现了技术问题时，可以利用概念设计来分析原因，找到问题的症结所在，这个方法尤其适用于判断电算结果。

三、高层建筑结构概念设计的主要思想

3.1 建筑结构的协调

建筑师往往追求功能齐全、造型独特、新颖的高层的建筑，然而结构工程师要使这样的建筑实现出来往往会有很大的困难，或者付出很大的代价才能实现，不满足适用性和耐久性的要求，所以概念设计要求结构师参与到建筑的方案形成阶段，利用结构师掌握的结构知识协调建筑师进行建筑平立面的选择与调整，使之既功能齐全，美观大方，符合建筑设计的要求，又能使结构尽量规则，符合结构设计的要求。

3.2 结构体系选择与结构布置

结构体系是指结构抵抗竖向荷载和水平荷载时的传力途径及构件组成方式，在高层建筑中，设计中主要考虑抵抗水平力的作用，因此抗侧力结构体系的确定和设计成为结构设计的关键问题，在大多数情况下，它与竖向荷载传力体系是统一的。高层建筑的抗侧力体系近年来有很了很大的发展，由最初的框架、剪力墙结构等基本体系，发展为框架- 剪力墙体系，继而又发展了框架-筒体体系、框架-筒体-伸臂体系、框筒体系、筒中筒体系等等。然而不同结构体系的抗侧刚度、竖向承载力、延性及结构布置的要求是不同的。框架结构建筑平面布置灵活，构件类型少，设计和施工都较简单，但其抗侧刚度小；剪力墙结构整体性好，抗侧刚度大，侧移小，但其平面布置不灵活；而框架－剪力墙结构则综合了框架结构和剪力墙结构的优点，并可以设计成双重抗侧力体系，框架－剪力墙结构设计中要注意的就是剪力墙的布置要均匀，刚心与质心重合或相近，且剪力墙数量不宜过多。

结构水平布置在结构设计中处于举足轻重的地位，它涉及结构安全、受力合理，结构经济、施工方便等方面。结构平面布置宜简单、规则，尽量减少突出、凹进等复杂平面，使结构平面内方向刚度均匀，即使“刚心”与质心尽量靠近，减少结构地震作用下的扭转。影响平面刚度是否均匀的主要因素是剪力墙的布置，不宜将剪力墙集中布置在结构的端部，这样在地震作用下结构会有很大的扭转，将结构对称的布置在结构的两边或将剪力墙布置成井筒可以很好的减少扭转。周边布置剪力墙， 或者周边布置很大的框筒，都是增加结构抗扭刚度的重要措施，有利于抵抗扭转[。

结构沿竖向刚度宜均匀，避免软弱层或薄弱层，减少鞭梢效应，结构宜做成上下等宽或由下向上逐渐变小的体型，做到立面和竖向剖面规则，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下向上逐渐减少，避免建筑立面有较大的收进、局部有大开洞或者顶部有小房间造成建筑立面体型沿高度变化。楼层的刚度突然减小或突然加大都会使该层及其附近楼层出现薄弱层从而使地震反应（位移和内力）发生突变而产生震害。

3.3 高层建筑概念设计的其他问题

高层建筑的概念设计，除了考虑结构体系选择与结构布置外，还应对一些特殊部位进行细部设计和加强构造措施，把结构设计成多道设防的结构即超静定结构，必要时还可以通过缝的设置来加强结构的整体性。

从抗震设计的角度的出发，我们经常采用的是“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点”的设计要求，就是通过概念分析和结构计算估计受力不利部位和薄弱部位，让结构某些特定部位出现预期的合理破坏模式，下意识的减弱某些部位的承载力，使它屈服提前出现塑性铰，以便保护其相连的重要构件。

抗震结构还应该做成具有多道设防的结构，第一道设防结构中的某一部分先屈服或破坏。同时要注意分析并控制结构的屈服或破坏部位，控制出铰次序及破坏过程。有些部位允许屈服或允许破坏，而有些部位则只允许屈服，不允许破坏，甚至有些部位不允许屈服。例如，带有连梁的剪力墙结构，通常将连梁作为第一道设防，允许它先出铰或破坏，墙肢作为第二道设防仍然可以抵抗地震力。

结构分缝是结构布置中一个重要组成部分，特别是体型复杂，平、立面不规则结构，可在适当部位设置防震缝。

四、结束语

总而言之，概念设计是结构设计的核心和灵魂，其宗旨是要求建筑师和结构工程师明白在目前科技发展和设计计算的水平上，如果结构设计得严重不规则、整体性差，只凭结构力学分析来进行计算，是难以保证结构的抗风、抗震功能的。运用结构概念设计从整体上把握结构的各项性能，这样才能对计算分析结果进行科学的判断、合理的采用，保证工程项目的经济性与安全性，设计出更加安全、适用、可靠、经济的高层建筑。

参考文献：

［1］陈孟芝.平面和竖向不规则高层建筑结构概念设计探讨［J］.国外建材科技，2006， 27（5）：62-64.

高层建筑的概念篇6

【关键词】 抗震设计； 概念设计；建筑结构

中图分类号：TU2

地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。结构的抗震设计应该是综合概念设计、计算和结构措施等完整的一系列设计 。

1 建筑的抗震概念设计

所谓“建筑抗震慨念设计”是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，依此进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。掌揖了抗震概念设计，有助于明确抗震设计思想，灵活、恰当地运州抗震设计原则，使设计人员不至于陷入盲目的计算工作，从而做到比较合理地进行抗震设计。

2 高层建筑结构设计更应重视概念设计

在设计中，虽然分析计算是必须的，也是设计的重要依据，但仅靠此往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标，因此必须非常重视慨念设计。从某种意义上讲，慨念设计至比分析计算更为重要，因为合理的结构方案是安全可靠的优秀设计的基本保证．高层建筑结构设计尤其是在高层建筑结构抗震设计中，更应重视概念设计。这是因为高层建筑结构的复杂性、发生地震时震动的不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性与模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性、材料性能与施工安装时的变异性，结构计算模型的假定与地震时的实际工作有很大的差异以及其他不可预测的因素，致使设计算结果(尤其是经过实刚简化后的计算结果) 与实际相差较大，甚至有些作用效应至今尚无法定量计算出来。

3 高层混凝土建筑结构抗震概念设计的基本内容

3．1 首先应重视高层建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震慨念设计的要求，不应采用严重不规则的形状设计方案．合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称， 为震害表明，此种类型建筑在地震时较不容易破坏，而且容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震构造措施和进行细部处理。“建筑结构的规则性”包含了对建筑的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布，承载力分布等诸多闪素的综合要求。“规则建筑”体现在体形(平面和立面的形状)简单；抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀；平面布置基本对称。

3．2 结构刚度、承载力和延性要有合理的匹配

当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要求可有所降低；反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。对结构提出了“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素，来衡量结构具有的抵抗地震作用的能力。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。但是，提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。因此，在确定建筑结构体系时，需要在结构刚度、承载力及延性之问寻找一种较好的匹配关系。

3．3 设计多道设防结构

3．3．1 超静定结构

静定结构是只有一个自由度的结构，在地震中只要有一个节点破坏或一个塑性铰出现，结构就会倒塌。抗震结构必须做成超静定结构，因为超静定结构允许有多个屈服点或破坏点。将这个概念引申，抗震结构不仅是要设计成超静定结构，还应该做成具有多道设防的结构。第一道设防结构中的某一部分屈服或破坏只会使结构减少一些超静定次数。同时要注意分析并控制结构的屈曲或破坏部位，控制出铰次序及破坏过程。有些部位允许屈服或允许破坏，而有些部位则足允许屈服，不允许破坏，甚至有些部位不允许屈服。例如，带连梁的剪力墙中，连梁应当作为第一道设防，连梁先屈曲或破坏都不会影响墙肢独立抵抗地震力。

3．3．2 双重抗侧力结构体系

双重抗侧力结构体系是可能实现多道设防结构的一种类型，而且双重抗侧力结构的抗震性能较好。这里提出的双重抗侧力体系的特点是，由两种变形和受力性能不同的抗侧力结构组成，每个抗侧力体系都有足够的刚度和承载力，可以承受一定比例的水平荷载，并通过楼板连接协同工作，共同抵抗外力。特别是在地震作用下，当其中一部分结构有所损伤时，另一部分应有足够的刚度和承载力能够共同抵抗后期地震作片用力。在抗震结构中设计双重抗侧力体系实现多重设防，才是安全可靠的结构体系。

3．3．3 总结构体系与基本分结构体系

1972年12月23日尼加拉瓜首都发生强烈地震，1万多栋楼房倒塌。林同炎公司1963年设计的美州银行大楼，虽位于震中，承受比设计地震作用0．06g大6倍的地震0．35g而未倒塌，引起世界同行的高度重视。众所周知，建筑物在地震作用下的运动与由风引起的位移是不同的，在强烈地震作用下，结构会在任意方向变形。在高层建筑中，这种变形更为复杂。当然主要是第一振型，同时也包括具有鞭梢效应的第二、第三振型，变形量很大。所以设计者主要考虑的是如何避免就其结构同有特征会引起倒塌的过大变形。再则，设计高层结构所考虑抗风与抗地震要求的出发点往往是矛盾的。刚度大的结构对抗风荷载有利，动力效应小；反之，较柔的结构有利于抗震。所以要设计一个抗风及抗震性能都很好的高层结构不很容易。林同炎教授的设计思想是设计一个由4个柔性筒组成的，具有很大抗弯刚度的结构总体系。在抗风荷载及设防烈度的地震作用下表现为刚性体系。当遇到罕见的强烈地震时，通过控制各分体系(柔性筒)之间的联接构件(钢筋混凝土连梁)的屈服、破坏，而变成具有延性的结构体系，即各分体系独立工作，则结构的自振周期变长，阻尼增加，即使超出弹性极限，仍持有塑性强度，可做到摇摆而不倒塌。地震后的实地观察，证明其设计思想是正确的，正如预料的那样，联梁的混凝土剥落，粱中有明显裂缝。但4个柔性筒的本身均无裂缝，筒壁仍处于弹性阶段。

3．4 抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件

延性是指构件或结构具有承载能力基本不降低的塑性变形能力的一种性能。在“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则下，结构应设计成延性结构。当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形加大，但结构承受的地震作用不会直线上升，也就是说，结构是用它的变形能力在抵抗地震作用。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件，强底层柱”原则，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3．5 应有意识地加强薄弱环节

(1)结构在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载力分析(而不是承载力设计值的分析)是判断薄弱层的基础。

(2)要使楼层(部位)的实际承载力和设计计算的弹性受力之比在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(部位)的这个比例有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性

变形的集中。

(3)要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、承载力的协调。

(4)在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的主要手段。

4 做好高层建筑结构概念设计还应注意的问题

(1)结构方案要根据建筑使用功能、房屋高度、地理环境、施工技术条件和材料供应情况、有无抗震设防来选择合理的结构类型。

(2)不同结构体系在竖向荷载、风荷载及地震力作用下的受力特点。

(3)风荷载、地震作用及竖向荷载的传递途径。

(4)结构破坏的机制和过程，以加强结构的关键部位和薄弱环节。

(5)预估和控制各类结构及构件塑性铰区可能出现的部位和范围。

(6)场地选择、地基基础设计及地基变形对上部结构的影响。

(7)各类结构材料的特性及其受温度变化的影响。

(8)非结构构件对主体结构抗震产生的有利和不利影响，要协调布置，并保证与主体结构连接构造的可靠等。

高层建筑的概念篇7

关键词: 高层建筑；结构设计；抗震加固

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

随着我国经济迅猛发展，城市规模不断扩大，高层建筑越来越多，同时高层建筑对建筑结构抗震设计的要求也越来越高。高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的，我们需要在具体的实践中对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究，选用适合的抗震结构，注重建筑结构材料的选择，减小地震的作用力，增强地震的抵抗力，从而达到高层建筑抗震的目的。

1 抗震概况

建筑物抗震设计，最主要的是概念设计。地震具有随机性，不确定性和复杂性，一个建筑物结构抗震性能好与坏，在概念上是清楚的，而在具体界限上又往往模糊的。由于结构计算模型的假定与实际情况的差异，使抗震计算往往很难有效地控制结构的抗震性能。实践证明，从建筑物的抗震角度来讲，概念设计比结构计算更为重要。随着社会经济的发展和认识的进一步深入，也暴露出这一领域诸多亟待改进和完善的问题，对当前建筑结构抗震设计的几点看法。

2 建筑结构的主要隔震措施

建筑物的抗震设计中，我们通常是对地基进行特殊处理、设置抗震装置、对建筑的上部结构进行防震设计，这几种措施通常是混合使用的，但是我们结合地震构造特点及建筑物本身结构，会有侧重的在关键部位设置隔震层，依据隔震层的位置不同我们把建筑物的隔震设计分为以下几种。

2.1 建筑物地基采用特殊材料隔震

建筑物基础隔震，主要是对建筑物的基础部分进行特殊处理，削弱地震时的地震波，从而减少地震对建筑物的损害。传统上是在建筑物的基础部分交替铺上粘土和砂子，或者直接设置粘土或砂子垫层。在中国建筑史上，曾经有人以糯米为原材料，在建筑物的基础部分设置垫层，减少地震对建筑物的损害。近年来，有关部门在这方面的研究已经取得了突破性进展，以沥青为原料研究出一种特殊材料，以此设冕隔震层效果更好。

2.2 建筑物基础设置隔震装置减震

这一种隔震措施主要是在建筑物的基础与上部建筑之间设置特殊装置，减少地震向上传递。最高可减少地震对建筑物传递能量的2 /3，但是，这种措施的缺陷是不适用于高层建筑。因为在高层建筑设置这种装置会延长建筑结构自身的自振周期，起不到减小地震对建筑物损害的目的。通常采用的办法有: 摩擦滑移隔震、粘弹性隔震等几种，设置的装置有橡胶垫、混合隔震装置等。

2.3 建筑物层间隔震措施

层间隔震这种方法主要适用于旧房改建，在施工方面具有简单、易操作的特点。与建筑物基础部分设置隔震装置的办法相比，层间隔震的效果不是非常明显，减震的效果可以达到1/10～ 3/10的范围。这种方法主要是依靠设置在建筑结构各层间隔的减震装置吸收或者削弱地震能量，从而减小地震对建筑物的危害，设置的装置基本与基础隔震的相同。

2.4 建筑物结构悬挂隔震

悬挂隔震是将建筑物的大部分或者整个结构悬挂起来，也就是我们通常所说的悬挂结构，这样，当地震来临时，地震的能量不会传递给悬挂起来的结构，从而达到减小地震损害的目的。这种隔震方式最常见于大型钢结构，大型钢结构总是采用钢结构悬挂体系，以此隔震。大型钢结构一般分为主框架和子框架，在悬挂体系中，子框架通过索链或者吊杆悬挂于主框架上，当地震来临时，主框架会随着地壳运动发生摇摆，但是，子框架和主框架之间是能够活动的索链和吊杆，地震的能量到达这个部位的时候就会削弱，不至于传递到子结构产生惯性力。

3 建筑结构设计中常用的减震技术

以上我们所说的几种措施主要是对建筑结构本身的基础部分或者关键节点进行特殊设计，或者采用特殊材料，或者设计安装减震装置减少地震的能量向建筑物传递。我们这里所说的建筑物结构设计中常用的消能减震技术是借助建筑物意外的部件来增加建筑物的阻尼，消耗地震传递给建筑物结构的能量，避免建筑物因地震而受到损害。用于减小地震对建筑物损坏、保护建筑物安全的装置和元件很多，通常都是各式各样的消能器和阻尼器，我们习惯上把这些装景分为滞回型和粘滞型两种。这种技术的使用非常广泛，主要有以下几种情况。

3.1 新建建筑物的结构设计

随着人们安全意识的不断增强，建筑结构设计理念的不断更新，人们对建筑结构的减震、隔震设计越来越重视。我们在设计的时候，除了对建筑物的基础部分采用特殊处理之外，还可以借助消能减震装置或者元件削弱地震对建筑物的作用力，保护人们的生命财产安全。

3.2 对建成建筑物的抗震加固

在对建筑物的地基或基础进行隔震设计时，我们一定要在建筑物没有动工以前按照隔震设计的措施，完成相应的工作。最迟也是在建筑物的旖工过程当中，在建筑物的关键部位设置特殊的隔震装置。然而，建筑物建成以后，如果想对其进行抗震加固，就要采用增加阻尼的办法，在建筑物的结构上重新添加消能减震装置。这些消能减震装置更适用于高层建筑、钢结构，从适用的部位来说，也是很广泛的，它不仅可以应用于建筑物的上部结构，也可用于建筑物的隔震夹层。

4 其他减震措施

以上的两部分所介绍的一些措施就是我们在建筑物抗震设计方面着重的考虑，但是，也有一些措施虽然不常用。但是却非常有用。在这里，我们重点介绍两种。

4.1 建筑物走向设计抗震问题

众所周知，地震是由于地壳的运动而引起的，与地质结构有非常重要的关系。我们在建筑物选址的时候，应该充分考虑当地地质条件，分析当地地震的震向，让建筑物的走向与地震震向垂直，尽量避免两个走向平行。从刚刚发生的四川汶川地震和玉树地震的实际情况来看，与地震震向平行的建筑物的倒塌率更高，与之相反，与地震震向垂直的建筑物就不太容易倒塌。研究发现，与地震震向平行的建筑物，在地震发生时，随地震波运动的幅度更大，因此更容易倒塌。

4.2 无粘结支撑体系减震问题

无粘结支撑体系是建筑物结构减震体系中最为机敏的一种，这种体系主要是通过科学设计，使内核钢和外包钢管之间无粘结且可形成能够自由滑移的一个层面，在地震发生时，通过内外钢之间的配合作用而消耗地震能量。但是，这种设计的弊端是在设计和有关部件的计算方面要求非常严格。在这个体系中，建筑物的重量主要由内钢来承担，外钢主要起到配合和辅助作用。还可以防止内钢弯曲变形。

5 结束语

随着科学的发展和时代的进步,高层建筑如雨后春笋般出现。高层建筑的高度在一定程度上反映了一个国家的综合国力和科技水平,世界著名的建筑更是建筑史上的纪念碑。科技的进步、新材料出现和施工技术的不断提高、计算机的普及和结构分析等新科技水平的提高,为高层建筑的发展提供了条件。而高层建筑的发展也对建筑的抗震性能提出了更高的要求。因为涉及到人类生命财产安全的重要问题，建筑物的抗震问题是目前建筑结构设计界讨论比较多的话题之一。

高层建筑的概念篇8

关键词：结构设计 高层建筑 基础设计概念设计

前言

概念设计一般指不经数值计算，尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中，根据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体角度来确定建筑结构总体布置和抗震细部措施的宏观控制。它要求在设计过程中始终贯穿和应用结构概念，是一种定性而非定量的分析，是整体宏观控制和细部构造措施，设计原理和工程实践经验相结合的设计思想。在方案设计阶段就运用概念设计的思想是非常必要和及时的，而且要将它贯穿应用于整个设计过程，才能为建筑结构的安全性、可靠性、适用性和经济性提供有力的保证。本文论述了概念设计在高层建筑基础设计中的应用。

一、筏型基础的设计理论

随着城市的发展,高层建筑的地下室一般都被用作地下车库的使用空间。所以设计人员往往倾向于采用筏型基础，而不愿意选择纵横内隔墙较多的箱型基础。筏型基础又可分为梁板式筏基和平板式筏基。

计算筏板基础时，常用的方法有“倒楼盖”法、静定法(截面法)、弹性地基梁板方法和有限元分析方法。“倒楼盖”法和静定法都是一种简化计算方法。按“倒楼盖”法进行基础设计时，要求地基土比较均匀、筏板基础的刚度较大、上部结构刚度较大、柱轴力及柱距相差不大、荷载分布比较均匀；按静定法计算的要求与“倒楼盖”法大部分相同，只是静定法适用于上部结构刚度较小、柱轴力及柱距相差较大的情况。用上述两种方法计算的缺点是不能考虑基础的整体作用，也无法计算挠曲变形,“倒楼盖”法夸大上部结构刚度的影响，静定法则完全忽略了上部结构刚度的影响。当不满足上述要求时应按弹性地基梁板计算。近年来,随着计算软件的进步，上部结构、基础和地基共同作用分析法在筏板基础内力计算中得到广泛运用，该分析法基础按弹性地基上板考虑，地基模型一般采用文克尔地基、弹性半空间地基和压缩层地基等地基模型,常用数值分析方法为有限元法、有限差分法等，其中有限元法较为常用。

二、桩筏复合基础的设计理论

《建筑地基基础设计规范》第8.5.14条规定，桩基设计时,应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。相关规范对桩筏复合基础的计算方法并未做出统一规定，采用的计算方法也不尽相同，多根据当地情况和经验确定，大致有以下两种计算方法。

1、假定整个建筑物和重量全部由桩传到地基中去，而承台板只起连接桩顶和传递上部荷载的构造作用。在群桩布置中使桩的受力均匀，桩群形心与上部结构传给基础的荷载重心尽量重合。当群桩数量较多时，采用了“外密内疏”的内桩方法,即适当减少群桩中部的桩数而增加桩数。应该说，这种方法主要以桩受力为主，这种情况下，没有考虑承台板基础的支承力,将会增加桩的数量，造成浪费。

2、发挥桩土的共同承载作用，利用天然地基的承载力，采用控制沉降的方法将上部荷载由桩和筏板共同互补承担，使桩的数量及筏板厚度得以减少。

建筑物的沉降一般分为沉降量和沉降差。减沉设计是控制沉降而设置桩基的方法。也即是在设计时由基础的沉降控制值来确定桩数和桩长。减沉设计概念主要应用于软土地基上多层或小高层建筑的基础设计中，桩在基础中除承担部分荷载外主要起减少和控制沉降的作用，桩可视为减少沉降的措施，或作为减少沉降的构件来使用。同时，承台或筏板也能分担部分荷载，与按桩承担全部荷载设计的桩基相比，根据不同的容许沉降量要求，用桩量有可能减少，桩的长度也可能减短，因而可达到降低工程造价的效果。

3、减沉设计的内容

（1）桩长及桩身断面选择。选择桩长应尽可能穿过压缩性高的土层，桩端置于相对较好的持力层。在承台产生一定沉降时桩仍可充分发挥并能继续保持其全部极限承载力：选择桩身断面应使桩身结构强度确定的单桩容许承载力与地基土对桩的极限承载力二者匹配，以充分发挥桩身材料的承载能力。

（2）承台埋深及其地面尺寸的初步确定。首先按外荷载，全部由承台承担时其极限承载力仍有一定安全储备的原则，先初步确定承台的埋深及其底面尺寸，然后确定减沉设计的用桩量,再验算承台的初步尺寸，并给予调整。

（3）不同用桩数量时桩基沉降计算。根据初定的承台埋深及其底面尺寸，原定若干种不同的用桩数量方案，分别计算相应的沉降量，从而得到沉降s与桩数n的关系曲线图，减少沉降桩基础的桩距一般应大于6 d,桩的分布与建筑物竖向荷载相对应。

4、减沉设计的基本原则

（1）设计用桩数量可以根据沉降控制条件，即允许沉降量计算确定。根据沉降s与桩数n关系曲线,按建筑物容许沉降量确定桩基实际所需的用桩数量。在用桩数量确定后，再按已经选定的桩数和初步确定的承台埋深及底面尺寸计算其极限荷载，验算安全系数或调整承台埋深及底面尺寸，以确保合理的安全度。减沉桩基础桩距较常规桩筏基础布桩要大，一般至少大于4倍~6倍桩径，故其介于天然地基浅基础与桩基础之间。

（2）基础总安全度不能降低，应按桩、土和承台共同作用的实际状态来验算。因而减沉桩基础也称之为控制变形疏桩基础。对于减沉桩筏基础的沉降计算则应结合当地经验考虑桩土共同作用。

（3）为保证桩、土、和承台共同工作，应采用摩擦型桩，使桩基产生可以容许的沉降，承台不致脱空，在桩基沉降过程中充分发挥桩端持力层的抗力。在上部土层为松软土质、次固结土以及承载力太低土组成时，桩与桩间土共同作用得不到保证时，就不能考虑桩与桩间土共同作用，而应该按现行桩基设计。

在共同工作分析中要重视的问题是如何根据共同工作分析的成果优化设计，而优化设计的关键乃是尽量减小沉降差，从而降低筏板内力和上部结构次应力，减小筏板厚度和配筋,提高桩筏基础的可靠性。为此，提出变刚度调平设计的概念和方法。这也是发展控制变形设计的一个重要内容。

三、变刚度调平设计

1、变刚度调平设计的内容

对无限大地基上的局部区域，其沉降应与该区域的荷载成正比，而与其刚度成反比。地基局部区域沉降较大，是该处荷载较大而刚度较小所致。削减该处的荷载或增大该处的刚度就可以减少该处的沉降。