淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

劉登月　陳艷寧

【摘要】如今高層建筑迅速發(fā)展，其建筑技術(shù)的不斷提高，以及如今時尚。價值觀、審美觀的多元化以及時尚的變化，使很多高層建筑呈現(xiàn)出的形式更加多元化，而不管其形式如何，一定要切保建筑能夠安全正常使用。本文結(jié)合筆者從事建筑行業(yè)經(jīng)驗，對高層建筑設(shè)計進行了一些論述，提出了一些自己的看法。

【關(guān)鍵詞】高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計 形式

【中圖分類號】TU973.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0217-01

如今高層建筑成為城市一道風(fēng)景，因而高層建筑的設(shè)計便面臨著如何做好高層建筑設(shè)計的問題，而建筑是一門藝術(shù)，是一門造型藝術(shù)，因而其內(nèi)容與形式的美需結(jié)構(gòu)統(tǒng)一。筆者根據(jù)個人經(jīng)驗便對高層建筑設(shè)計等出現(xiàn)的一些問題進行了討論分析。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮項目功能和需求

一幢高層建筑必須能夠滿足該項目的功能要求，所以結(jié)構(gòu)選型時應(yīng)充分考慮不同建筑的功能要求。目前高層建筑的主要用途為：住宅、旅館、公寓、各種用途的公用建筑以及集辦公、居住商貿(mào)、娛樂為一體的綜合樓。而不同的功能需求對建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計的確定有著重要影響因素。尤其如受力、用電負荷設(shè)計、抗震、消防等設(shè)計方面。其具體下文會詳細介紹。

二、高層建筑設(shè)結(jié)構(gòu)計要考慮到其受力情況

對于一個建筑物的最初的方案設(shè)計，很多建筑師只考慮空間組成特點，卻對其具體結(jié)構(gòu)很少加以詳細的設(shè)計，而其結(jié)構(gòu)恰恰是影響高層建筑受力程度的重要影響因素。

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(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(guān)系，所以，在建筑設(shè)計的方案階段，就必須對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(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，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(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮施工時的工藝差別

高層建筑施工工藝的不同，不僅會影響到材料消耗、勞動力、工期及造價等技術(shù)經(jīng)濟指標，而且也會影響到結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，抗震性能等所以在高層建筑結(jié)構(gòu)體系選型時就對施工工藝連同其它因素加以權(quán)衡，綜合考慮。現(xiàn)澆鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的造價主要包括材料、模板及施工三部分。據(jù)統(tǒng)計，在造價中模板的費用是主要的、最易變化的部分，它可占造價的33%～55%，模板體系選擇是否合理，不僅影響主體結(jié)構(gòu)造價，而且與施工速度及勞動力耗有密切關(guān)系。目前常用模版體系有鋼模板、大模板、滑模、題模、爬模以及臺模或飛模等六大模版體系，我們要根據(jù)具體情況加以選用。

四、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮到高層建筑的排煙系統(tǒng)

有一些高層建筑本身不具備排煙條件，樓梯問較封閉，如常見的大型商場就是此類型，為了節(jié)省投資、擴大商場的使用面積，很多設(shè)計中并沒有根據(jù)規(guī)范去設(shè)正壓送風(fēng)，也沒有增設(shè)前室。還有一些是由于對建筑各種排煙方式未加以區(qū)別，不管消防電梯間前室、防煙樓梯間還是前室的防煙設(shè)施的設(shè)計都是運用自然排煙的方式，未設(shè)計相關(guān)機械防煙設(shè)施，但當(dāng)下幾乎已經(jīng)不再允許使用自然排煙方式了。

五、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要對其遮陽效果加以考慮

建筑遮陽整合設(shè)計是指將建筑遮陽、太陽能利用等技術(shù)納入建筑設(shè)計全過程，以達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(shè)計，光伏發(fā)電與建筑遮陽相結(jié)合就是其中一項。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，而與建筑遮陽相結(jié)合是其主要實現(xiàn)形式之一，對于節(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。但是由于目前國內(nèi)市場該技術(shù)的應(yīng)用還不成熟，推廣還存在一定的難度。

六、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意有高層建筑與城市融合的思想理念

高層建筑畢竟是城市的一個組成部分，好的建筑甚至可吸引人從很遠處駐足觀看，而每棟高層都想表現(xiàn)自己，突出自我，而這樣做的結(jié)果只能使整個城市顯得紛繁無序、生硬，建筑個體外部體量失衡，缺乏親近感，拒人于千里之外，讓人感覺不舒服。

高層建筑的設(shè)計與城市融合要把握高層建筑的外部尺度，要考慮城市的尺度，高層建筑的整體尺度、街道道尺度和近人尺度。其中整體尺度是指高層建筑各構(gòu)成部分，如：裙房、主體和頂部等主要體塊之間的相互關(guān)系及給人的感覺。整體尺度的均衡理論有多種但都強調(diào)了其重要性。街道尺度是指高層建筑臨街面的尺度對街道行人的視覺影響。它是人對高層建筑近距離的感知，也是高層建筑設(shè)計中重要的一環(huán)。而近人尺度是指高層建筑最底部分及建筑物的出入口的尺寸給人的感覺。

七、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮消防抗震性能

高層建筑往往在功能上是多元的，而其中設(shè)備又較復(fù)雜，本身存在很多引起火災(zāi)的潛在因素。例如，超高層建筑的電器設(shè)備很多，一旦維護、管理或使用不當(dāng)，就可能引發(fā)火災(zāi)；未妥善管理明火；施工以及機械故障等。從引發(fā)火災(zāi)的原因來看，與普通建筑幾乎相同，然而在超高層建筑中，如果發(fā)生火災(zāi)，會比普通建筑帶來更大的危害。因而要結(jié)合高層建筑消防火災(zāi)警報和聯(lián)動控制系統(tǒng)，以確保其安全。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計一定要注意具備一定的抗震能力，要嚴格按照建筑標準，從最大程度上保障民用建筑的安全使用，如高發(fā)地震之國日本，可說是世界上最嚴格的建筑規(guī)范，正因為其嚴格的建筑規(guī)范才挽救了地震中很多人的性命。

總之，建筑是一門藝術(shù)，高層建筑的外形設(shè)計有很多空間，但是所設(shè)計出的高層建筑其結(jié)構(gòu)等一定要使其具可靠性，此外再關(guān)注其形態(tài)，若沒有可靠的構(gòu)造，也就沒有其形態(tài)構(gòu)造。我們在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時一定要注意考慮到各方面影響其功能的各因素，力求設(shè)計出內(nèi)容與形式統(tǒng)一的可靠建筑。

參考文獻

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