高層建筑設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)思維

■劉詩佳，馮 燕 ■.身份證號碼:360098407 7604;.身份證號碼:36040398303088

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特性

1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)的受力分析

因?yàn)楦邔咏ㄖ锒际怯稍S多構(gòu)件組合而來，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一定要把建筑物的重量傳至地面。就受力而言，在豎構(gòu)件中，建筑自重與樓面應(yīng)用荷載所引起的彎距與軸力數(shù)值和高層建筑的高度是正比關(guān)系，但是水平荷載對結(jié)構(gòu)的傾覆力距和其在豎構(gòu)件中產(chǎn)生的軸力，和高層建筑高度的平方是正比關(guān)系。就一個(gè)建筑來說，豎向荷載往往不會出現(xiàn)太大的變化，而地震荷載、風(fēng)荷載等作用的大小會由于結(jié)構(gòu)動(dòng)力的不同特性而出現(xiàn)一定的變化，進(jìn)而使得建筑出現(xiàn)一定的位移。在高層建筑設(shè)計(jì)中，一定要將位移量限定到一定的范圍之中。

1.2 預(yù)防建筑軸向變形與扭轉(zhuǎn)破壞

通常而言，在高層建筑之中，過大的豎向荷載值會致使柱中出現(xiàn)較大的軸向變形，進(jìn)而影響到連續(xù)梁彎矩，致使連續(xù)梁中間的支座位置的負(fù)彎矩變小，而跨中正彎矩變大;除此之外，還會影響到構(gòu)件側(cè)移與剪力，較之于構(gòu)件的豎向變形，可能會出現(xiàn)不安全的結(jié)果。所謂的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題指的是，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒有做到三心合一，為了使得建筑物因水平荷載作用的影響而出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)破壞問題得以有效避免，在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要對結(jié)構(gòu)形式與平面布局予以合理選擇，使得建筑物能夠保持三心合一。

1.3 高層建筑結(jié)構(gòu)要考慮更大的延性設(shè)計(jì)

所謂的結(jié)構(gòu)延性指的是:從相符時(shí)直到最大承載力或者達(dá)到之后承載力并無明顯下降時(shí)期的變形能力。在對高層建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，就是運(yùn)用結(jié)構(gòu)的延性來吸收地震的能力，從而有效避免建筑出現(xiàn)破壞。在地震的作用下，高層建筑往往會出現(xiàn)更大的變形。為了使得結(jié)構(gòu)在到塑性變形階段后還有較強(qiáng)的變形能力，就需要在構(gòu)造上予以考慮，采取適當(dāng)措施，有效確保結(jié)構(gòu)具備較大的延性。

2 高層建筑和結(jié)構(gòu)關(guān)系的理性認(rèn)識

2.1 在高層建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)的地位與作用

(1)在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)是其經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的重要基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)式支撐高層建筑、傳遞荷載的骨骼，高層建筑的空間以及造型等，都需要依靠結(jié)構(gòu)承托?？梢哉f結(jié)構(gòu)式高層建筑設(shè)計(jì)的重要語法，換言之高層建筑設(shè)計(jì)過程中必須要遵循結(jié)構(gòu)規(guī)律的法則。(2)結(jié)構(gòu)是確保高層建筑功能合理的重要條件。結(jié)構(gòu)不但是空間的重要支撐，可以影響建筑的空間形態(tài)，而且其可以在平面上發(fā)揮引導(dǎo)空間、開放空間、連接空間、延伸空間以及劃分空間的作用，是塑造建筑空間的重要領(lǐng)導(dǎo)者。(3)結(jié)構(gòu)是建筑創(chuàng)造的重要媒介。結(jié)構(gòu)不僅僅是一種技術(shù)，同時(shí)也是一門藝術(shù)，其可以承托造型與空間，還可以變成烘托空間氣氛、豐富空間層次以及美化空間的重要元素。

2.2 建筑技術(shù)發(fā)展和高層建筑創(chuàng)作的互動(dòng)關(guān)系

據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，高層建筑創(chuàng)作與結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展之間是互相作用，互為動(dòng)力的。(1)建筑技術(shù)可以有效的推動(dòng)高層建筑創(chuàng)作的進(jìn)步。在高層建筑發(fā)展中，結(jié)構(gòu)技術(shù)本來就是一個(gè)重要的原動(dòng)力，在一些情況下，結(jié)構(gòu)技術(shù)的進(jìn)步能夠直接引發(fā)高層建筑設(shè)計(jì)的革命。同時(shí)，高層建筑也可以通過結(jié)構(gòu)技術(shù)來不斷尋找技術(shù)和藝術(shù)的交融之路，尋求結(jié)構(gòu)技術(shù)所帶來的新的感官刺激，從而將結(jié)構(gòu)對高層建筑造型以及空間的實(shí)用價(jià)值與藝術(shù)價(jià)值展現(xiàn)出來。(2)新的高層建筑設(shè)計(jì)也可以推動(dòng)結(jié)構(gòu)技術(shù)的進(jìn)步。通過對高層建筑發(fā)展歷史的考察，可以發(fā)現(xiàn)高度的追求推動(dòng)了許多新結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)以及新材料的應(yīng)用。

3 結(jié)構(gòu)思維指導(dǎo)下的高層建筑設(shè)計(jì)基本原則

3.1 確保結(jié)構(gòu)合理性原則

建筑結(jié)構(gòu)的合理性是有效確保建筑結(jié)構(gòu)實(shí)用性、藝術(shù)性以及經(jīng)濟(jì)性的重要基礎(chǔ)，同時(shí)也是運(yùn)用結(jié)構(gòu)思維開展高層建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件。建筑結(jié)構(gòu)是支撐高層建筑的骨骼，因此一定要確保其牢固性，其一定要具備承受各種形式外力的能力，這些外力荷載比如說:地震荷載、風(fēng)荷載、雪荷載以及高層建筑自重等。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)的合理性的實(shí)現(xiàn)要受到諸多因素的影響，比如說:技術(shù)可行性、結(jié)構(gòu)耐久性、構(gòu)造處理、材料運(yùn)用以及結(jié)構(gòu)形式等。科學(xué)的結(jié)構(gòu)要具備一些條件:(1)具備完整的結(jié)構(gòu)體系;(2)具備科學(xué)的結(jié)構(gòu)形態(tài);(3)具備科學(xué)的結(jié)構(gòu)布置。建筑結(jié)構(gòu)的合理性可以說是一種科學(xué)力的傳遞關(guān)系，其主要表現(xiàn)為應(yīng)力的合理分配、結(jié)構(gòu)的平衡以及結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化等，并應(yīng)該和建筑功能要求與藝術(shù)形式達(dá)到一致。除此之外，結(jié)構(gòu)的合理性還提倡材料的有效性，換言之就是最大限度的發(fā)揮結(jié)構(gòu)材料的效能。

3.2 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性原則

建造高層建筑往往需要耗費(fèi)大量的資源以及勞動(dòng)。在結(jié)構(gòu)思維條件下創(chuàng)造高層建筑的時(shí)候，在使得美學(xué)、功能與力學(xué)的要求得以滿足之后，方案能否付諸于實(shí)施還應(yīng)該考慮到經(jīng)濟(jì)的因素。建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性具有諸多影響因素，比如說:結(jié)構(gòu)受力狀況、結(jié)構(gòu)造型、計(jì)算理論以及技術(shù)手段等都會影響到結(jié)構(gòu)自重、結(jié)構(gòu)斷面尺寸以及材料消耗。實(shí)質(zhì)上，建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性只是相對來說的，唯有在特定條件下選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)才可以使得結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性得以有效實(shí)現(xiàn)。這就要求高層建筑師與結(jié)構(gòu)師相互合作。

3.3 發(fā)揮結(jié)構(gòu)的實(shí)用性原則

據(jù)相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)擁有較好的組織與空間塑造能力，其可以在平面上開展引導(dǎo)空間、開放空間、連接空間、延伸空間以及劃分空間工作。就本質(zhì)上而言，發(fā)揮結(jié)構(gòu)實(shí)用性主要是為了使得高層建筑與結(jié)構(gòu)功能得以有效實(shí)現(xiàn)，這是符合結(jié)構(gòu)思維的主要任務(wù)的。通常而言，結(jié)構(gòu)的實(shí)用性是通過核心筒、剪力墻以及柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的。柱通過不同的排列方式可以對不同大小、不同功能的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，這是核心筒與剪力墻同樣能夠做到的。剪力墻的開孔方式與開孔率以及柱的間距都會對建筑空間的開放程度產(chǎn)生影響，剪力墻與柱的走勢也往往會對建筑空間產(chǎn)生一定的引導(dǎo)作用。

3.4 開發(fā)結(jié)構(gòu)藝術(shù)性的原則

在高層建筑設(shè)計(jì)之中運(yùn)用結(jié)構(gòu)思維的主要任務(wù)就是:綜合人文、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及社會等因素，運(yùn)用形象思維與結(jié)構(gòu)邏輯，給高層建筑賦予優(yōu)美的形式、鮮明的個(gè)性以及深刻的內(nèi)涵。所以，開發(fā)結(jié)構(gòu)的藝術(shù)性是非常重要的。結(jié)構(gòu)的美在微觀上能夠看到西部節(jié)點(diǎn)的精細(xì)化處理;在中觀上表現(xiàn)為空間處理與結(jié)構(gòu)構(gòu)架之間有效結(jié)合;在宏觀上能夠反映出高層建筑的壯美。通常而言，根據(jù)結(jié)構(gòu)的屬性可以將結(jié)構(gòu)美分成三種:(1)科學(xué)理性美;(2)形式美;(3)感覺美。所以，在高層建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該遵循開發(fā)結(jié)構(gòu)藝術(shù)性的原則。

4 高層建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)思維的誤區(qū)

4.1 虛假結(jié)構(gòu)

一般而言，結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵和形象要相一致，如果不相一致就證明結(jié)構(gòu)是虛假的，也就是結(jié)構(gòu)一定要發(fā)揮結(jié)構(gòu)的作用，不然不僅會對觀者產(chǎn)生誤導(dǎo)，也會影響到專業(yè)人士。結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠使得建筑的韻律感、虛實(shí)感不斷增強(qiáng)，還會使得建筑構(gòu)圖更加豐富。當(dāng)前我國高層建筑設(shè)計(jì)中，有許多建筑物和建筑主體物任何結(jié)構(gòu)聯(lián)系，這些構(gòu)件不但制作較為粗糙，就連從人的一般視點(diǎn)去觀察，也會發(fā)現(xiàn)存在嚴(yán)重的比例失調(diào)問題，其不僅沒有發(fā)揮美化造型的功能，還使得建設(shè)成本大大增加。

4.2 忽略經(jīng)濟(jì)性

所謂的經(jīng)濟(jì)性就是指節(jié)約資源，把實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性是高層建筑設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)該要求將建筑設(shè)計(jì)做得既實(shí)用又經(jīng)濟(jì)。但現(xiàn)在許多高層建筑為了取得較為震撼的視覺效果，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，只追求標(biāo)新立異，忽略結(jié)構(gòu)邏輯，大大增加了建設(shè)的成本。

4.3 忽略藝術(shù)性

高層建筑設(shè)計(jì)中，注重設(shè)計(jì)的藝術(shù)性是非常重要的。唯有具有藝術(shù)性的高層建筑，才能夠使得人們在審美上產(chǎn)生共鳴。但是，現(xiàn)在許多高層建筑設(shè)計(jì)單單追求結(jié)構(gòu)體系自身的造型能力，往往忽視了構(gòu)件尺度、構(gòu)件間連接方式以及構(gòu)建形式等，使得高層建筑設(shè)計(jì)較為粗糙，缺乏藝術(shù)性。

5 結(jié)束語

綜上所述，結(jié)構(gòu)思維的應(yīng)用對高層建筑設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性具有非常重要的影響。但是，現(xiàn)在結(jié)構(gòu)思維在高層建筑設(shè)計(jì)中仍然存在一些誤區(qū)，這就需要相關(guān)人士予以相應(yīng)的探討與研究，采取適當(dāng)?shù)拇胧沟媒Y(jié)構(gòu)思維在高層建筑設(shè)計(jì)中切實(shí)發(fā)揮積極作用。

［1］姚亮.高層建筑設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)思維［J］.建筑知識，2013(5):90-91.

［2］李娜，溫捷強(qiáng).建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)思維的主動(dòng)性思考［J］.山西建筑，2010(10):8-9.