結構建筑學視角下的商業綜合體中庭空間結構設計研究

李佳熹 趙亞琛 唐夢瑩

1.米蘭理工大學 意大利 米蘭 20131 2.天津大學 天津 300072 3.哥倫比亞大學 美國 紐約 02135

1. 結構建筑學的提出

結構建筑學是以結構主義思維方式為基礎，以結構理性主義為原則，滲透結構、暖通、電氣等各工程設計需求并以之為創新觸發媒介的建筑設計理念。意大利建筑師奈爾維在建筑設計的過程中發明了鋼絲網水泥殼體技術并發展了預應力混凝土技術，日本建筑師丹下健三設計完成了代代木國立體育館，在此設計中建筑空間與屋頂桁架的契合解釋了建筑結構合理性的問題。

2. 中庭空間結構設計

商業綜合體中庭空間的定義為上下垂直連通的，有一定的自然采光的室內空間。由于商業綜合體建筑功能的定位，結構構件在豎向的布置極為有限，因此在設計時對于不同方案建筑師應綜合考慮結構設計的影響。

2.1 安全性設計

建筑結構的安全性是建筑方案設計得以實現的前提條件。商業綜合體中庭空間設計時首先需要考慮懸挑環廊的安全性，其主要取決于荷載的大小以及構件（梁）懸挑的長度。為了達到建筑設計內部空間的中庭效果，對中庭環廊的懸挑長度以及梁間距的要求不斷增加，中庭環廊的荷載較大，在主體結構考慮為鋼筋混凝土框架結構時，中庭環廊設計時的懸挑長度不宜超過5m。

2.2 撓度合理性設計

商業綜合體中庭空間的荷載有靜荷載也有活荷載，而結構構件在活荷載的長期作用下產生的撓度不僅會影響建筑的美觀也影響建筑的正常使用。根據《混凝土結構設計規范》規定，鋼筋混凝土受彎構件的最大撓度應按荷載的準永久組合值，計算值不應超過規定（見下表1）；商業綜合體中庭空間用MIDAS/Gen軟件進行模擬分析，其撓度和規范限制如表1所示。計算撓度值小于規范限制值時可以滿足空間結構的正常使用。

表1 .撓度限值規范規定（來源：參考房屋結構規范）

2.3 振動頻率合理性設計

振動頻率是影響中庭空間舒適度的另一因素，自振頻率的大小和構件產生的撓度相關。根據《高層民用建筑鋼結構技術規程》要求，組合樓板在永久荷載作用下，其自振頻率不應小于15Hz；《高層建筑混凝土結構技術規程》中要求樓板的豎向振動頻率不應小于3Hz。樓板第一階段的振動頻率相對于第二三階段較低，通過有限元模態分析得出的第一階段的數值，可作為計算舒適度性能的依據。第一階段的模擬數值滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》中的要求，但相對于《高層民用建筑鋼結構技術規程》相差較多，可見中庭空間樓板處豎向的剛度較弱，在中庭空間設計時應適當對樓板的振動頻率進行分析，以確保建筑空間的舒適性要求。

2.4 加速度合理性限值控制

中庭空間的振動頻率的大小對中庭空間的加速度值有一定的影響，樓蓋結構豎向加速度的限值如表2所示，且在豎向自振頻率在2～4Hz時，加速度的限值可按內插法計算（見下表2）。樓板的豎向加速度超過規定數值時，人們對中庭空間振動的敏感性會有所提升，在安全性的前提下，空間使用的舒適度會下降。

表2 樓蓋結構豎向加速度限值（來源：參考房屋結構規范）

3. 結論

在建筑方案的設計中，建筑師和結構師各司其職，其間的交流和溝通必不可少；對建筑師而言，以商業綜合體中庭空間為例，分析其功能，簡單的判斷空間的結構影響力，在分析結構影響因子評價下后的中庭空間所采用的設計手法在方案設計中的可靠性更高，在結構建筑學的發展研究中，不應單一的將方案或者結構設計作為主導，結構設計與建筑設計手法的精妙結合，可提高當代建筑的品質，超越外在的建筑形式。