論高層建筑結(jié)構(gòu)體系與造型藝術(shù)

楊振東

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，黑龍江，哈爾濱，150000）

論高層建筑結(jié)構(gòu)體系與造型藝術(shù)

楊振東

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，黑龍江，哈爾濱，150000）

高層建筑是當(dāng)今社會(huì)重要組成部分。結(jié)合多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，闡述高層建筑設(shè)計(jì)理念及要求

前言；高層建筑結(jié)構(gòu)幾種形式；結(jié)構(gòu)形式對(duì)建筑造型的影響；高層建筑造型

前言：

高層建筑形式在古代就已有了，早在公元前五百多年的古巴比倫曾經(jīng)建造了現(xiàn)在號(hào)稱世界七大奇跡之一的“空中花園”，根據(jù)記載，其形式非常之華麗壯觀，放置在任何空間之中都可以說是一道絕美的風(fēng)景。近代隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是鋼鐵、電梯的出現(xiàn)以及鋼筋混凝土的應(yīng)用，為高層建筑發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的機(jī)遇，高層建筑也成為城市空間中一道風(fēng)景，其中以美國(guó)的高層建筑發(fā)展最為活躍，如1885年的芝加哥家庭保險(xiǎn)大樓被公認(rèn)為第一幢摩天建筑，而紐約的曼哈頓區(qū)更是高樓云集；近年來我國(guó)的高層建筑也發(fā)展迅速，如上海的金茂大廈88層，高420.5米。隨著結(jié)構(gòu)理論和技術(shù)的發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)形式趨于多樣化，高層建筑的表現(xiàn)形式也多種多樣，但隨之所帶來的弊端也越來越多的表現(xiàn)出來，在成為城市風(fēng)景的同時(shí)如何恰當(dāng)?shù)娜谌氤鞘锌臻g成為高層建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要任務(wù)，也是使高層建筑設(shè)計(jì)趨于完善所追求的一種理念。

一、高層建筑幾種結(jié)構(gòu)形式

1、框架結(jié)構(gòu)

整個(gè)結(jié)構(gòu)的縱向和橫向全部由框架構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)成為框架結(jié)構(gòu)?？蚣芗蓉?fù)擔(dān)重力荷載又負(fù)擔(dān)水平荷載?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是建筑平面布置靈活，可提供較大的內(nèi)部空間。但由于結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)體系，在水平荷載作用下，強(qiáng)度低，剛度小，水平位移大，在高烈度地震區(qū)不宜采用。目前，主要適用于10～12層左右的商場(chǎng)，辦公建筑。如果過高，就要靠加大梁，柱截面來抵抗水平荷載，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不經(jīng)濟(jì)，因此在高層建筑的使用時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)考慮。

由于框架結(jié)構(gòu)能夠提供較大的內(nèi)部使用空間，因而建筑布置靈活，能夠適應(yīng)多種建筑功能的需要。此外，框架結(jié)構(gòu)的趕件類型少，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工周期短。所以，對(duì)層數(shù)不太多的高層建筑來說，框架結(jié)構(gòu)是一種應(yīng)用比較廣泛的結(jié)構(gòu)體系。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度考慮，框架結(jié)構(gòu)一般僅用于 30層以下的高層建筑。

2、剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)中豎向承重結(jié)構(gòu)全部由一系列橫向和縱向的鋼筋混凝土剪力墻組成，剪力墻不僅承受重力荷載作用，而且還要承受風(fēng)，地震等水平荷載的作用。同框架結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)測(cè)向剛度大，側(cè)移小，屬于剛性結(jié)構(gòu)體系。從理論上講，它可建造上百層的民用建筑（如朝鮮平壤的柳京大廈）；但從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度來講，地震區(qū)的剪力墻一般控制在35層，總高110米為宜。由于剪力墻的間距比較小，一般為3～6米，所以建筑平面布置不夠靈活，使用受限制。像高層公寓，高層賓館等空間要求較小，分隔墻較多的建筑比較合適采用這種結(jié)構(gòu)。近年來，隨著結(jié)構(gòu)水平的不斷提高，剪力墻的間距逐步擴(kuò)大為6～8米，從而，使剪力墻結(jié)構(gòu)在高層住宅，高層辦公建筑中也獲得更多的應(yīng)用。

二、高層建筑造型設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件如何影響造型構(gòu)成

高層建筑的豎向布置原則是沿豎向，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度宜均勻，連續(xù)，避免有過大的外挑和內(nèi)收；不應(yīng)突然變化，不應(yīng)采用豎向布置嚴(yán)重的不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。盡量使重心降低，頂部突出部分不能太高，否則會(huì)產(chǎn)生端部效應(yīng)，搞振型的影響明顯加大。各層剛度中心宜在一條豎直線上。結(jié)構(gòu)宜設(shè)計(jì)成剛度下大上小，自下而上逐漸減小。下層剛度小，將是變形集中在下部，形成薄弱層，嚴(yán)重的會(huì)引起建筑的全面倒塌。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，往往沿豎向是分段改變構(gòu)件截面尺寸和混凝土強(qiáng)度等級(jí)，這種改變使剛度發(fā)生變化，形成自下而上遞減。從施工方便來說，改變次數(shù)不宜太多；但從結(jié)構(gòu)受力角度來看，改變次數(shù)太少，每次變化太大，則易產(chǎn)生剛度突變。所以一般沿豎向變化不超過4次。每次變化，梁柱尺寸宜減少100～150mm，墻厚宜減少50mm，混凝土強(qiáng)度宜減少5MPa。最好尺寸減少于強(qiáng)度降低錯(cuò)開樓層，避免同層同時(shí)改變。

樓板除傳遞垂直荷載外，還是傳遞水平荷載保證結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的關(guān)鍵構(gòu)建。所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，要使樓板具有較大的平面內(nèi)剛度。而在實(shí)際高層建筑中，也要求具有足夠的平面內(nèi)剛度，以保證建筑物的空間整體穩(wěn)定性和有效傳遞水平力。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，保證協(xié)調(diào)工作是靠樓板而不是靠梁，因而必須保證樓板在平面剛度為無(wú)窮大，保證其在墻，柱，梁上的支承可靠。否則，理論分析前提將失去保證。在樓板布置時(shí)，應(yīng)盡量采用正體現(xiàn)澆。高層建筑超過50米的框剪結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的高層結(jié)構(gòu)應(yīng)采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)由于各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度相差很遠(yuǎn)，因而樓板變形更為顯著。

三、高層建筑造型

高層建筑的造型，由于不同建筑藝術(shù)流派主張，不同機(jī)能，不同民族，不同欣賞層次，是多元化的，形式千變?nèi)f化。但是，它必須按照美的規(guī)律來創(chuàng)造。就建筑造型來說，就是要按照形式美原則去設(shè)計(jì)和推敲。所謂形式美，就是從普遍的造型活動(dòng)中，單獨(dú)抽出造型形式作為自己研究對(duì)象的審美科學(xué)，已成為形式構(gòu)圖學(xué)，是近代審美與人類實(shí)踐活動(dòng)的縱深方面的產(chǎn)物。正確運(yùn)用建筑造型與構(gòu)圖原理，能取得視覺的平衡，給人以均衡的感覺，是人感到寓于建筑之中的韻律感，這種感覺類似于某種音樂的效果。不規(guī)則構(gòu)圖手法是造型中常用的手法。它是在統(tǒng)一的變化中追求不規(guī)則的效果，這種形式雖然在形的視覺上是不平衡的，但是在整體的視覺效果上又是平衡的。它給人以動(dòng)的穩(wěn)定感和富于變化的個(gè)性的形態(tài)表現(xiàn)。

科技與藝術(shù)并不是不可調(diào)和的兩個(gè)矛盾，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步保證了藝術(shù)理想的逐一實(shí)現(xiàn)。而藝術(shù)自由放縱的想象力，超乎現(xiàn)實(shí)之上的臆想和不拘泥于實(shí)際的，是激動(dòng)人心、激發(fā)人們夢(mèng)幻的力量！以科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)而建筑起來的高層建筑在城市之中起到激勵(lì)人心的作用，不正是科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)晶嗎？日趨完善的科學(xué)技術(shù)不僅在本質(zhì)上體現(xiàn)著理性之光，更在表現(xiàn)形式上體現(xiàn)著浪漫之美。

高層建筑沖天而起，自豪而自由地飛翔，剎那間，我們的精神也因這壯麗奇景而升華。

TU186

1674-3954（2011）03-0030-01