高層建筑剖面設(shè)計與結(jié)構(gòu)構(gòu)思

姚文丹

摘要:高層建筑憑借著其震撼人心的視覺沖擊力，已成為一個城市的形象標(biāo)志。眾多設(shè)計師對高層建筑造型手法與結(jié)構(gòu)概念思維的結(jié)合進(jìn)行了研究，本文在此基礎(chǔ)上，重點對高層建筑的剖面設(shè)計問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞:高層建筑；形象標(biāo)志；剖面設(shè)計

0引言

高層建筑創(chuàng)作中的剖面設(shè)計不僅與建筑的形體、空間的藝術(shù)表達(dá)形式緊密相連，它也是建筑師將建筑的結(jié)構(gòu)骨架以剖面形式展現(xiàn)出來，清晰表達(dá)關(guān)于建筑空間、結(jié)構(gòu)形式及傳力直接等設(shè)計構(gòu)思的有效途徑之一。近年來一些明星建筑師的高層建筑創(chuàng)作作品中，越來越強調(diào)剖面設(shè)計在高層建筑設(shè)計中的重要性和有效性。

1 高層建筑剖面設(shè)計要反映結(jié)構(gòu)的傳力脈絡(luò)

高層建筑的空間形態(tài)是由結(jié)構(gòu)傳力體系支撐的，傳力體系的剖面形式直接反映結(jié)構(gòu)沿豎直方向傳遞荷載的路徑,也可以示意出高層建筑內(nèi)部空間的轉(zhuǎn)換分布，尤其是高層建筑常常運用的中庭空間等。首先高層建筑的剖面形式應(yīng)該保證結(jié)構(gòu)功能的正常發(fā)揮，即從高層建筑的受力合理性講,應(yīng)注意以下幾點。

應(yīng)注意控制建筑的高寬比，這已在前文中詳細(xì)論述過了，此處不在詳細(xì)闡述。

高層建筑的剖面設(shè)計可以清楚的將建筑內(nèi)部自上而下的結(jié)構(gòu)支撐情況展現(xiàn)出來，由此建筑師可以通過分析結(jié)構(gòu)布置在豎向上的連續(xù)性與逐步遞減的關(guān)系，從而合理的安排不同使用功能空間的豎向組合，并保證高層建筑具有足夠的抗側(cè)移結(jié)構(gòu)剛度，避免結(jié)構(gòu)剛度由基礎(chǔ)向頂部過渡的時候發(fā)生豎向剛度的突變。

由于使用上的要求造成剛度變化特別大,或結(jié)構(gòu)布置發(fā)生變化時,則必須設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。

高層建筑必須有相應(yīng)的錨固深度,此錨固深度可結(jié)合布置設(shè)備用房和地下停車庫的需要,作為一層或多層地下空間,這對降低高層建筑的重心有利,可提高建筑抗震能力及抗傾覆能力。

2 高層建筑剖面設(shè)計要結(jié)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計

現(xiàn)代高層建筑向著多功能、綜合用途發(fā)展。在同一幢建筑中,可能上部樓層布置住宅、旅館,中部樓層作辦公用房,下部樓層往往是商場、餐飲、文化娛樂設(shè)施。不同功能用途的樓層對結(jié)構(gòu)形式提出了不同的要求。上部需要的是多墻體的小開間;中部則需小的和中等大小的空間;而下部則要求是盡可能大的、能自由靈活分隔的大空間,柱網(wǎng)要大,墻要盡可能少。然而,高層建筑下部樓層受力大,要求剛度大,則應(yīng)是墻多柱密；而上部樓層受力逐漸變小,則可減少墻柱,這就形成了結(jié)構(gòu)的合理性與建筑功能需要正相反的趨勢。要滿足建筑功能要求,結(jié)構(gòu)就必須和常規(guī)方式相反進(jìn)行布置，因此必須設(shè)計結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來解決上述矛盾。

高層建筑的剖面設(shè)計結(jié)合結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)計表達(dá)，就是要將這種結(jié)構(gòu)的理性思維與建筑的藝術(shù)表現(xiàn)手法綜合在建筑設(shè)計構(gòu)思的過程中，不僅可以利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在建筑內(nèi)部形成不同尺度的空間形式，豐富人們的視覺感受和建筑體驗，而且結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層本身所具有的結(jié)構(gòu)形式特征也可以適當(dāng)?shù)淖鳛榻ㄖ脑煨褪侄?。最直接的方法就是利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在高層建筑底部形成較大尺度的入口形式。當(dāng)高層建筑采用外框筒時，經(jīng)常通過轉(zhuǎn)換層使下層柱的柱距擴大，用以形成大柱網(wǎng)，從而形成較大的入口和少柱的對外空間關(guān)系。可以采用多種形式的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，如大梁轉(zhuǎn)換式、墻梁轉(zhuǎn)換式、桁架轉(zhuǎn)換式、拱式轉(zhuǎn)換式、間接拱轉(zhuǎn)換式、合柱轉(zhuǎn)換式等。而每一種不同的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換方式有不同的力學(xué)受力性能，結(jié)構(gòu)的形式特征也隨之表現(xiàn)不同，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層對應(yīng)在建筑外立面的表現(xiàn)形式也帶有各自獨特的個性特征，建筑師可以巧妙的利用這一點來創(chuàng)造出不同使用需求與各具特色的入口空間形式。

結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層可以適應(yīng)高層建筑多功能和綜合發(fā)展的要求，為建筑平面空間組合帶來一定的靈活性，因此建筑師應(yīng)當(dāng)了解其布置原則和方法，遵循水平構(gòu)件布置簡單、受力明確、傳力直接、復(fù)合結(jié)構(gòu)形式等技術(shù)原則，運用正確的結(jié)構(gòu)邏輯去指導(dǎo)建筑設(shè)計，并與結(jié)構(gòu)工程師的通力合作去創(chuàng)造出真正具有技術(shù)美的高層建筑作品。

3 高層建筑剖面設(shè)計要結(jié)合結(jié)構(gòu)加強層的設(shè)計

高層建筑中，當(dāng)筒體稀柱框架結(jié)構(gòu)高寬比較大（＞6）、筒體高寬比較大時（＞12），如果靠增大截面尺寸或增設(shè)抗側(cè)力構(gòu)件,必然影響到建筑的使用，常在設(shè)備層、避難層設(shè)置整層的剛度較大的從核心筒體外伸的斜腹桿桁架、直腹桿桁架、實體梁等，簡稱剛臂。

在高層建筑中,結(jié)構(gòu)加強層的設(shè)計可結(jié)合設(shè)備層一起考慮。由于設(shè)備層對采光要求較低,可以不開或少開窗,并可在不妨礙設(shè)備布置的前提下增設(shè)內(nèi)部支撐,或沿其周邊局部加固,因此設(shè)備層可以成為剛度很大的加強層。加強層通常在高層建筑的立面表現(xiàn)中充當(dāng)了一定的角色。建筑師可以選擇將整個樓層高度的結(jié)構(gòu)加強層構(gòu)件完全暴露于建筑的立面之上，結(jié)合高層建筑的整體造型進(jìn)行設(shè)計構(gòu)思。暴露在外的結(jié)構(gòu)強而有力的形式特征不但可以向人們傳遞其本身的結(jié)構(gòu)功用的信息，增加建筑的力度表現(xiàn)，而且與其他標(biāo)準(zhǔn)層不同的立面表現(xiàn)也將高層建筑細(xì)長的樓身劃分為幾個層次，如果結(jié)合適當(dāng)?shù)囊曈X比例關(guān)系和透視關(guān)系，豎向上樓身的分段也可以形成饒有趣味的韻律與節(jié)奏。

4 高層建筑剖面設(shè)計要與其造型手法創(chuàng)新結(jié)合

當(dāng)代高層建筑造型設(shè)計手法的一個重要內(nèi)容就是關(guān)于中庭的設(shè)計，中庭可以看作是樓層與樓層之間的透明性的疊加。通過中庭原理，可以實現(xiàn)自然采光與自然通風(fēng)，創(chuàng)造出通透的視覺感受?，F(xiàn)今所提倡和流行的生態(tài)摩天樓的創(chuàng)作理念，就合理的將中庭元素納入到設(shè)計的手段之中，建筑師可以通過將高層建筑的核心筒分散和分離，擺脫傳統(tǒng)的核心筒布置于高層建筑平面中央的手法，改變高層建筑的空間構(gòu)成模式，在高層辦公建筑內(nèi)部插入一個或在不同區(qū)域插入多個封閉或開敞的中庭空間，以達(dá)到建筑內(nèi)部自然通風(fēng)以及具有良好的景觀視野的建筑目的。

除此之外，高層建筑也越來越多地在立面上或內(nèi)部空間中運用凹凸、旋轉(zhuǎn)、錯動的造型手法，如生態(tài)摩天樓建筑師楊經(jīng)文，將建筑立面上開口、凹槽作為高層建筑引入自然風(fēng)的“通道”，或者切削、挖除一部分建筑體量，在建筑立面上再挑出富有韻律的陽臺、露臺，形成既能遮蔭避陽又富有韻律節(jié)奏的建筑立面，而所有這些手法的運用通過建筑師對建筑進(jìn)行剖面設(shè)計的構(gòu)思而得以深入和完善，并且剖面設(shè)計也清楚的讓建筑師明白，應(yīng)該在怎樣的部位以及采用怎樣的結(jié)構(gòu)形式來形成這些挑出、挖空、錯動，當(dāng)然懸挑結(jié)構(gòu)等運用是再平常不過的。

“建筑立面剖面化”也出現(xiàn)在 OMA 和 MVRDV 所設(shè)計的現(xiàn)代高層建筑創(chuàng)作中，在這些建筑作品中，樓板或是被卷起、隆起甚至是疊摞起來，或者是將不同的空間作為單元結(jié)構(gòu)插入到豎向支撐的結(jié)構(gòu)體系中，比如，庫哈斯的法國國家圖書館方案，就可以形象地比喻為一塊“切開的什錦奶酪”。這個方案中，庫哈斯通過功能分析，認(rèn)為圖書館的書庫部分作為儲藏空間，可以適應(yīng)任意的形狀，而供人們活動使用的其它功能空間如閱覽大廳、視聽室等則需要特定的空間形狀。根據(jù)這個特點，庫哈斯在一個方盒子的形體里面鑲嵌了十字形、螺旋形、卵形等一些特色突出的形體，而這些形體之間的剩余空間則滿布勻質(zhì)的書庫。這樣，建筑的整體結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于一個什錦奶酪。建筑師對于空間形態(tài)的創(chuàng)造與建筑形式的造型都可以在剖面設(shè)計中顯露出來，通過對建筑支撐結(jié)構(gòu)的剖面分析，建筑師可以選擇利用現(xiàn)代主義的經(jīng)典語言--懸挑結(jié)構(gòu)，結(jié)合混凝土的良好可塑性，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能來創(chuàng)造出給人新奇體驗的高層建筑。

結(jié)論

總之，通過高層建筑的剖面設(shè)計而了解各種結(jié)構(gòu)體系在空式及其所能形成的內(nèi)部空間,對建筑創(chuàng)作來說是非常重要的。它可以使我們在頭腦里形成這樣一個總的概念:既要選擇的傳力體系和方式,對建筑的使用功能、內(nèi)部空間、外觀造型會帶來什么樣的影響,現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)方案會在各方面如設(shè)計、施工上遇到什么困難、經(jīng)濟性如何等,所有這些,建筑師都應(yīng)該首先充分認(rèn)識到,從而提供最佳的決策方案,以便在建筑創(chuàng)作構(gòu)思過程中,綜合處理好功能、技術(shù)、藝術(shù)、經(jīng)濟等方面的矛盾。

參考文獻(xiàn)

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