高層建筑中的建筑結構設計問題探析

【摘 要】 隨著高層建筑的迅速發(fā)展，結構理論和建筑技術也不斷得到提高，高層建筑結構形式也開始趨于多樣化發(fā)展，其表現形式也是多種多樣，但是也隨之出現了很多在高層建筑設計方面的問題。在作為城市風景線的同時，高層建筑還面臨著如何搞好高層建筑設計的問題，如何多方面實現高層建筑設計的完善是目前高層建筑設計所追求的主要理念。

【關鍵詞】 建筑設計 高層建筑 結構受力

建筑是一門藝術，是一門造型藝術，形式美是這門藝術的重要特征。建筑在追求形式美的同時，必須達到內容與形式的統(tǒng)一，結構與形體的統(tǒng)一，技術與藝術的統(tǒng)一?，F代建筑的產生和成長是一個與現代科學技術相適應的協(xié)調發(fā)展過程。如果用最簡明的說法來闡明現代建筑的含義，就是“技術加藝術”，而且是前者制約后者。隨著高層建筑的自身發(fā)展，人們對高層建筑中建筑設計的要求也越來越高。本文對高層建筑中結構受力方面進行分析，并對高層建筑的總體及分類設計進行概述，最后分析了高層建筑師的技術職責問題。

1 高層建筑結構受力方面問題

對于一個建筑物的最初的方案設計，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點，而不是詳細地確定它的具體結構。建筑物底面對建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構件所組成，因此結構必須能將它本身的重量傳至地面，結構的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設計的一個基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關系，所以，在建筑設計的方案階段，就必須對主要的承重柱和承重墻的數量和分布作出總體設想。對于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結構體系的設計基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加。豎向結構體系成為設計的控制因素，其原因有兩個：其一，較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒；其二，側向力所產生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。與豎向荷載相比，側向荷載對建筑物的效應不是線性增加的，而隨建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有條件相同時，在風荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應更加明顯。在高層建筑中，問題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見，高層建筑的結構受力性能與低層建筑有很大的差異。

2 高層建筑整體設計問題

2.1 主體設計。高層建筑設計中的一個全新的要求就是要實現建筑本身的生態(tài)節(jié)能。首先對于高層建筑主體的下部分裙房而言，雖然其裙房的建設對整個城市影響較小，但是對街道的尺度以及人性化空間的創(chuàng)造等方面的影響都很大。高層建筑的下部門裙房在立面設計上一般跟高層建筑的上部立面不同，在建筑設計當中需要比較細致的設計，要將下部裙房設計的比較多樣化，以免顯得過于蒼白。同時裙房還要進行一定的人性化處理，原因在于群眾的視覺一般接觸到的都是高層建筑的裙房部分，同時裙房對人們所產生的街道空間感的影響較大。而對于高層建筑中的樓頂對整個高層建筑的設計形象又起到了個性化體現的作用，雖然對生態(tài)環(huán)境的意想不到，但是它們體現的是高層建筑的標志性和獨特性，因此在樓頂的設計上也不是不容忽視的。

2.2 處理手法上的巧妙運用。在實際的建筑設計過程中，高層建筑設計中的塔樓部分雖然在設計上沒有很大的變化余地，但是在高層建筑的底層部分可以通過一些巧妙的處理來實現對空間形式上的豐富，在實際的建筑設計中一般都是采用底層架空和入口縮進的處理方法。

3 高層建筑中的分類建筑設計問題

3.1 底層入口。首先高層住宅的底層入口處一定要避免設在當地冬季主導風的迎風面，而在我國的南方地區(qū)，由于比較炎熱，因此底層入口可以全部或者是局部架空，避免對夏季通風的妨礙。

3.2 建筑圍護。由于人們在高層建筑商居住多半都會產生一定的恐懼心理，因此在高層建筑設計中一定要注重建筑維護的安裝，從而給居民提供一定的安全感。同時在高層住宅的窗戶設計上，由于高層的風壓過大，一方面會對外窗開關造成影響，同時也會對人們擦玻璃的同時產生不安全因素，因此在外窗的設計上應該設計為推拉的啟閉方式。

3.3 服務設施。高層住宅建筑在設計上就應該充分考慮到建筑的服務設施，要在建筑底層入口處設置大樓管理人員的值班室，在值班室中配置夜間電梯緊急呼叫裝置、公用電話以及值班人員必要的生活用品；同時還要在大樓內外設計分戶信箱以及車輛的存放處，在具體的分戶信箱的尺寸安排上，應該大于300mm，同時要保證對墻面面積占用較小的基礎上與墻面垂直。

4 建筑遮陽整合設計問題

建筑遮陽整合設計是指將建筑遮陽、太陽能利用等技術納入建筑設計全過程，以達到有效控制建筑室內環(huán)境（包括濕熱環(huán)境、光環(huán)境、風環(huán)境）、降低建筑使用能耗、滿足建筑美觀經濟實用的要求。目前，很多研究人員正在研究考慮如何很好地綜合建筑遮陽板與太陽能收集器的設計，光伏發(fā)電與建筑遮陽相結合就是其中一項。光伏發(fā)電與建筑相結合（BIPV）是光伏發(fā)電大規(guī)模推廣應用的重要發(fā)展方向，而與建筑遮陽相結合是其主要實現形式之一，對于節(jié)約建筑能耗、改善室內環(huán)境及以可再生能源替代傳統(tǒng)石化能源等具有重要意義。但是由于目前國內市場該技術的應用還不成熟，推廣還存在一定的難度。

5 高層建筑師的技術職責問題

5.1 建筑師要創(chuàng)造出美的建筑，應樹立正確的責任感。掌握“功能的、力學的、施工技術的語言來解決具體的問題”，這是建筑師由取得建筑學學位到取得藝術家職位的必要條件。用這種正確的觀念來指導設計行為，才能取得良好的效果。

5.2 對建筑師提出結構構思的要求，重在了解建筑的力學原理，以直觀的力學意識為基礎，創(chuàng)造出具有結構意義的新型建筑方案。在建筑設計過程中，建筑構思必然牽涉到結構構思，特別是技術含量頗高的大空間公共建筑，其建筑構思需要與結構構思同步進行。建筑師進行結構構思所應具備的知識包括有關結構形式的幾何特征、受力特點、材料選擇、穩(wěn)定措施等概念性知識。結構構思與建筑造型的關系，既具有技術和嚴謹性，更具有藝術的創(chuàng)造因素。

5.3 建筑師肩負著主持工程設計的重任，應積極協(xié)調各專業(yè)技術的交叉和矛盾，使之成為相互合作的綜合產品。尤其是同結構工程師的密切合作，應當互相理解、支持、禮讓，樹立良好的職業(yè)風范。建筑的技術與藝術的統(tǒng)一，很大程度取決于建筑師與結構工程師的合作。建立和諧的合作關系是建筑師的個人修養(yǎng)問題，也是對其職業(yè)的責任要求。

5.4 建筑創(chuàng)作的機制創(chuàng)新。注冊建筑師制度為促進建筑師素質的有效保證和提高起到了積極的作用。就建筑創(chuàng)造的整體過程而言，在加強和完善建筑師注冊制度的同時，還必須從體制上考慮，如何確保建筑設計的藝術構思與結構構思過程的有效融合。

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