高層建筑中的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題探析

【摘 要】 隨著高層建筑的迅速發(fā)展，結(jié)構(gòu)理論和建筑技術(shù)也不斷得到提高，高層建筑結(jié)構(gòu)形式也開(kāi)始趨于多樣化發(fā)展，其表現(xiàn)形式也是多種多樣，但是也隨之出現(xiàn)了很多在高層建筑設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題。在作為城市風(fēng)景線的同時(shí)，高層建筑還面臨著如何搞好高層建筑設(shè)計(jì)的問(wèn)題，如何多方面實(shí)現(xiàn)高層建筑設(shè)計(jì)的完善是目前高層建筑設(shè)計(jì)所追求的主要理念。

【關(guān)鍵詞】 建筑設(shè)計(jì) 高層建筑 結(jié)構(gòu)受力

建筑是一門(mén)藝術(shù)，是一門(mén)造型藝術(shù)，形式美是這門(mén)藝術(shù)的重要特征。建筑在追求形式美的同時(shí)，必須達(dá)到內(nèi)容與形式的統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)與形體的統(tǒng)一，技術(shù)與藝術(shù)的統(tǒng)一。現(xiàn)代建筑的產(chǎn)生和成長(zhǎng)是一個(gè)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相適應(yīng)的協(xié)調(diào)發(fā)展過(guò)程。如果用最簡(jiǎn)明的說(shuō)法來(lái)闡明現(xiàn)代建筑的含義，就是“技術(shù)加藝術(shù)”，而且是前者制約后者。隨著高層建筑的自身發(fā)展，人們對(duì)高層建筑中建筑設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高。本文對(duì)高層建筑中結(jié)構(gòu)受力方面進(jìn)行分析，并對(duì)高層建筑的總體及分類設(shè)計(jì)進(jìn)行概述，最后分析了高層建筑師的技術(shù)職責(zé)問(wèn)題。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)受力方面問(wèn)題

對(duì)于一個(gè)建筑物的最初的方案設(shè)計(jì)，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對(duì)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(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)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(guān)系，所以，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對(duì)主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。對(duì)于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加。豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計(jì)的控制因素，其原因有兩個(gè)：其一，較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒；其二，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。與豎向荷載相比，側(cè)向荷載對(duì)建筑物的效應(yīng)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(shí)，在風(fēng)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(cè)向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應(yīng)更加明顯。在高層建筑中，問(wèn)題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抵抗變形，可見(jiàn)，高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。

2 高層建筑整體設(shè)計(jì)問(wèn)題

2.1 主體設(shè)計(jì)。高層建筑設(shè)計(jì)中的一個(gè)全新的要求就是要實(shí)現(xiàn)建筑本身的生態(tài)節(jié)能。首先對(duì)于高層建筑主體的下部分裙房而言，雖然其裙房的建設(shè)對(duì)整個(gè)城市影響較小，但是對(duì)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(mén)裙房在立面設(shè)計(jì)上一般跟高層建筑的上部立面不同，在建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中需要比較細(xì)致的設(shè)計(jì)，要將下部裙房設(shè)計(jì)的比較多樣化，以免顯得過(guò)于蒼白。同時(shí)裙房還要進(jìn)行一定的人性化處理，原因在于群眾的視覺(jué)一般接觸到的都是高層建筑的裙房部分，同時(shí)裙房對(duì)人們所產(chǎn)生的街道空間感的影響較大。而對(duì)于高層建筑中的樓頂對(duì)整個(gè)高層建筑的設(shè)計(jì)形象又起到了個(gè)性化體現(xiàn)的作用，雖然對(duì)生態(tài)環(huán)境的意想不到，但是它們體現(xiàn)的是高層建筑的標(biāo)志性和獨(dú)特性，因此在樓頂?shù)脑O(shè)計(jì)上也不是不容忽視的。

2.2 處理手法上的巧妙運(yùn)用。在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，高層建筑設(shè)計(jì)中的塔樓部分雖然在設(shè)計(jì)上沒(méi)有很大的變化余地，但是在高層建筑的底層部分可以通過(guò)一些巧妙的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空間形式上的豐富，在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)中一般都是采用底層架空和入口縮進(jìn)的處理方法。

3 高層建筑中的分類建筑設(shè)計(jì)問(wèn)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(shè)在當(dāng)?shù)囟局鲗?dǎo)風(fēng)的迎風(fēng)面，而在我國(guó)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(duì)夏季通風(fēng)的妨礙。

3.2 建筑圍護(hù)。由于人們?cè)诟邔咏ㄖ叹幼《喟攵紩?huì)產(chǎn)生一定的恐懼心理，因此在高層建筑設(shè)計(jì)中一定要注重建筑維護(hù)的安裝，從而給居民提供一定的安全感。同時(shí)在高層住宅的窗戶設(shè)計(jì)上，由于高層的風(fēng)壓過(guò)大，一方面會(huì)對(duì)外窗開(kāi)關(guān)造成影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)人們擦玻璃的同時(shí)產(chǎn)生不安全因素，因此在外窗的設(shè)計(jì)上應(yīng)該設(shè)計(jì)為推拉的啟閉方式。

3.3 服務(wù)設(shè)施。高層住宅建筑在設(shè)計(jì)上就應(yīng)該充分考慮到建筑的服務(wù)設(shè)施，要在建筑底層入口處設(shè)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(shí)還要在大樓內(nèi)外設(shè)計(jì)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(yīng)該大于300mm，同時(shí)要保證對(duì)墻面面積占用較小的基礎(chǔ)上與墻面垂直。

4 建筑遮陽(yáng)整合設(shè)計(jì)問(wèn)題

建筑遮陽(yáng)整合設(shè)計(jì)是指將建筑遮陽(yáng)、太陽(yáng)能利用等技術(shù)納入建筑設(shè)計(jì)全過(guò)程，以達(dá)到有效控制建筑室內(nèi)環(huán)境（包括濕熱環(huán)境、光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境）、降低建筑使用能耗、滿足建筑美觀經(jīng)濟(jì)實(shí)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(yáng)板與太陽(yáng)能收集器的設(shè)計(jì)，光伏發(fā)電與建筑遮陽(yáng)相結(jié)合就是其中一項(xiàng)。光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合（BIPV）是光伏發(fā)電大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要發(fā)展方向，而與建筑遮陽(yáng)相結(jié)合是其主要實(shí)現(xiàn)形式之一，對(duì)于節(jié)約建筑能耗、改善室內(nèi)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)該技術(shù)的應(yīng)用還不成熟，推廣還存在一定的難度。

5 高層建筑師的技術(shù)職責(zé)問(wèn)題

5.1 建筑師要?jiǎng)?chuàng)造出美的建筑，應(yīng)樹(shù)立正確的責(zé)任感。掌握“功能的、力學(xué)的、施工技術(shù)的語(yǔ)言來(lái)解決具體的問(wèn)題”，這是建筑師由取得建筑學(xué)學(xué)位到取得藝術(shù)家職位的必要條件。用這種正確的觀念來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)行為，才能取得良好的效果。

5.2 對(duì)建筑師提出結(jié)構(gòu)構(gòu)思的要求，重在了解建筑的力學(xué)原理，以直觀的力學(xué)意識(shí)為基礎(chǔ)，創(chuàng)造出具有結(jié)構(gòu)意義的新型建筑方案。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑構(gòu)思必然牽涉到結(jié)構(gòu)構(gòu)思，特別是技術(shù)含量頗高的大空間公共建筑，其建筑構(gòu)思需要與結(jié)構(gòu)構(gòu)思同步進(jìn)行。建筑師進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)思所應(yīng)具備的知識(shí)包括有關(guān)結(jié)構(gòu)形式的幾何特征、受力特點(diǎn)、材料選擇、穩(wěn)定措施等概念性知識(shí)。結(jié)構(gòu)構(gòu)思與建筑造型的關(guān)系，既具有技術(shù)和嚴(yán)謹(jǐn)性，更具有藝術(shù)的創(chuàng)造因素。

5.3 建筑師肩負(fù)著主持工程設(shè)計(jì)的重任，應(yīng)積極協(xié)調(diào)各專業(yè)技術(shù)的交叉和矛盾，使之成為相互合作的綜合產(chǎn)品。尤其是同結(jié)構(gòu)工程師的密切合作，應(yīng)當(dāng)互相理解、支持、禮讓，樹(shù)立良好的職業(yè)風(fēng)范。建筑的技術(shù)與藝術(shù)的統(tǒng)一，很大程度取決于建筑師與結(jié)構(gòu)工程師的合作。建立和諧的合作關(guān)系是建筑師的個(gè)人修養(yǎng)問(wèn)題，也是對(duì)其職業(yè)的責(zé)任要求。

5.4 建筑創(chuàng)作的機(jī)制創(chuàng)新。注冊(cè)建筑師制度為促進(jìn)建筑師素質(zhì)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(guò)程而言，在加強(qiáng)和完善建筑師注冊(cè)制度的同時(shí)，還必須從體制上考慮，如何確保建筑設(shè)計(jì)的藝術(shù)構(gòu)思與結(jié)構(gòu)構(gòu)思過(guò)程的有效融合。

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