淺析高層建筑的形體造型設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文/賈靜 武漢山水印象建筑設(shè)計(jì)有限公司 湖北武漢 430074

1、前言

某高層住宅樓位于市中心的繁華地段，總建筑面積約20萬(wàn)m2。由五幢高層住宅樓組成，地下部分2層，底層架空、無(wú)裙房;2層以上為住宅。五幢高層建筑下的2層地下室連為一體。五幢高層結(jié)構(gòu)平面體型較不規(guī)則，建筑結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬比3.7～6.9，高寬比5.4～10.3。本工程為丙類建筑，工程的結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，采用大直徑錘擊沉管灌注樁、樁筏基礎(chǔ)。工程位于較高抗震設(shè)防烈度區(qū)，同時(shí)又是高風(fēng)壓地區(qū)，抗震設(shè)防烈度為七度(0.15g)，Ⅱ類場(chǎng)地，建筑基本風(fēng)壓值為0.70kN/m2。

2、高層建筑中造型藝術(shù)的設(shè)計(jì)手法

2.1 結(jié)構(gòu)骨架對(duì)形體積聚的影響

在高層建筑實(shí)現(xiàn)形體積聚的過(guò)程中，主要采用的方法包括以下幾種:第一，組合法。高層建筑中包含有不同的體塊，這些體塊之間又都存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以將這些體塊進(jìn)行重新的分離與組合，一方面確保體塊能夠?qū)Ω髯缘牟蛔氵M(jìn)行相互彌補(bǔ)，另一方面在整體風(fēng)格方面形成對(duì)照，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)高層建筑僅包含一個(gè)體塊而呈現(xiàn)出的單調(diào)性，促進(jìn)高層建筑形體藝術(shù)性的提高。第二，拼聯(lián)法。在高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以在保持風(fēng)格統(tǒng)一的前提之下對(duì)高層建筑不同的模塊進(jìn)行拼接與重組。第三，交錯(cuò)手法。在高層建筑形體造型設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一方面要實(shí)現(xiàn)視覺(jué)手法獨(dú)創(chuàng)性，另一方面又要確保建筑整體風(fēng)格的統(tǒng)一性。因此，要采用交錯(cuò)手法，在細(xì)節(jié)處理的過(guò)程中保持與整體建筑形體相統(tǒng)一，確保高層建筑的造型特色。

2.2 塑造高層建筑的形體造型藝術(shù)美感

在高層建筑的造型形體進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先需要對(duì)建筑形體風(fēng)格進(jìn)行確認(rèn)，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行局部創(chuàng)意工作。通過(guò)切割法、凹凸法等手法對(duì)高層建筑的形體進(jìn)行藝術(shù)處理，確保建筑中的每個(gè)細(xì)節(jié)都能夠完美。同時(shí)，在高層建筑造型形體美感設(shè)計(jì)的過(guò)程中還可以充分利用光的變化，例如在晴天利用陽(yáng)光與影子之間的關(guān)系對(duì)美感進(jìn)行塑造，在夜晚利用霓虹燈的照明與黑暗的對(duì)比營(yíng)造效果，運(yùn)用特殊材料對(duì)建筑的外觀色彩進(jìn)行打造等。

2.3 對(duì)變形手法與剝離手法進(jìn)行合理的運(yùn)用

在對(duì)高層建筑的形體造型進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，變形手法的合理運(yùn)用能夠是建筑更加富有創(chuàng)意。一般情況下，上窄下寬的建筑形體在重心位置、受力性能等方面都具有優(yōu)勢(shì)，能夠增加高層建筑的牢固性。剝離手法是高層建筑設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)的方法之一，能夠使高層建筑的形體造型更加豐富與具有層次，增加高層建筑的厚度。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)體系的確定

根據(jù)建筑功能的使用要求，本工程為高尚住宅區(qū)，底層架空為酒店式大堂，并引入室外景觀造景，為此，建筑對(duì)底層柱及剪力墻的布置位置有嚴(yán)格的要求，上部住宅部分要求室內(nèi)方正實(shí)用。為了滿足上述的要求，本工程采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，在二層樓面設(shè)置轉(zhuǎn)換層。因上部墻體多數(shù)無(wú)法直接落地或落于框支梁上，因而采用了箱高為230cm的箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。利用箱體增加轉(zhuǎn)換層的整體剛度，同時(shí)箱體的上下層板又增加了框支梁的抗扭性能。配合建筑使用功能合理布置抗側(cè)力構(gòu)件，以合理控制結(jié)構(gòu)的總體剛度，使之既滿足抗震要求又滿足抗風(fēng)的要求。將核心筒剪力墻落地，在建筑物外圍及局部突出部位設(shè)置70-90cm厚的L型剪力墻，避免出現(xiàn)獨(dú)立框支角柱，同時(shí)將中部部分剪力墻落地，以保證落地剪力墻的數(shù)量，滿足上下剛度比的要求。本工程結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜并采用箱形轉(zhuǎn)換，存在高寬比及長(zhǎng)寬比超限等問(wèn)題，進(jìn)行了超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。

3.2 框支層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 框支柱設(shè)計(jì)

本工程框支柱抗震等級(jí)為一級(jí)，軸壓比限值為0.6。框支柱主要截面取1300X1300～1300X2300，計(jì)算結(jié)果表明，所有框支柱的受力較為均勻，軸壓比從0.42～0.51，因此，箱形轉(zhuǎn)換層下框支柱的變形一致性較好?？蛑е募袅υO(shè)計(jì)值應(yīng)按柱實(shí)配縱筋計(jì)算并乘以放大系數(shù)1.1，剪壓比控制在0.15以內(nèi)。柱內(nèi)全部縱向鋼筋的配筋率不＜1.2%，箍筋沿柱全高采用不小于Φ12@100井字復(fù)合箍，體積配箍率均不＜1.5%，使柱具有-定的延性，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎。

3.2.2 剪力墻設(shè)計(jì)

本工程核心筒落地剪力墻厚40cm，除核心筒外，在建筑四角布置70～90cm厚的L型剪力墻。為了使混凝土的受壓性能改善，增大延性，設(shè)計(jì)中控制墻肢的軸壓比不大于0.5。墻體的水平和豎向分布筋除滿足計(jì)算要求外，同時(shí)也滿足0.3%的最小配筋率的限值。底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻中按規(guī)范要求設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，約束邊緣構(gòu)件的縱筋配筋率控制≥1.2%，箍筋不＜Φ12@1OO，體積配箍率控制≥1.4%，同時(shí)，對(duì)長(zhǎng)厚比＜5的短墻在計(jì)算中按柱輸入計(jì)算進(jìn)行比較，其結(jié)果顯示，短墻按墻和按柱計(jì)算的結(jié)果大致一致。

3.2.3 框支梁的設(shè)計(jì)

本工程框支梁抗震等級(jí)為一級(jí)。對(duì)于兩端擱置于框支主梁上的框支次梁，其受力類似簡(jiǎn)支梁，跨中底筋較大，支座面筋基本按構(gòu)造要求配置。

本工程的框支主梁的梁高23Ocm(即箱體高度)于梁頂和梁底各設(shè)置一層20cm厚的箱板，梁截面尺寸按剪壓比0.15控制。梁主筋配筋率除滿足計(jì)算外，還不小于0.5%，上部主筋沿梁全長(zhǎng)貫通，下部主筋全部直通到柱或墻內(nèi)，沿梁腹部設(shè)置不小于Φ16@150的腰筋，于梁中部設(shè)置-排Φ20的抗裂縱筋，抗裂縱筋根數(shù)同箍筋肢數(shù)，梁箍筋全長(zhǎng)加密。

結(jié)語(yǔ)：

隨著高層建筑的數(shù)量與規(guī)模也不斷擴(kuò)大，高層建筑的結(jié)構(gòu)具有科學(xué)的內(nèi)容與形式，造型具有藝術(shù)的內(nèi)容與形式。高層建筑的造型藝術(shù)與結(jié)構(gòu)合理性存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系，在高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是造型創(chuàng)意的前提與基礎(chǔ)。在高層建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)思與造型藝術(shù)的創(chuàng)造過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)科學(xué)美與造型藝術(shù)美的相互融合，使高層建筑既具有科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，又具有藝術(shù)的造型設(shè)計(jì)。

[1]陳林.某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].建筑知識(shí)(學(xué)術(shù)刊)，2012(11).

[2]陳喬江.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與應(yīng)用[J].中國(guó)科技博覽，2013(30).