浅析高层建筑结构与造型

浅析高层建筑结构与造型摘要：近代随着科学技术的发展，尤其是钢铁、电梯的出现以及后来钢筋混凝土的应用，为高层建筑发展创造了前所未有的机遇，高层建筑也成为城市空间中一道独特的风景。关键词：高层建筑；建筑设计；结构造型高层建筑形式在古代就已有了，早在公元前五百多年的古巴比伦曾经建造了现在号称世界七大奇迹之一的“空中花园”，根据记载，其形式非常之华丽壮观，放置在任何空间之中都可以说是一道绝美的风景。现代高层建筑造型艺术的问题伴随着高层建筑的日益增多也开始凸显:大量的高层建筑造型出现雷同或者开始失去地域性特征，城市的个性也随之逐渐泯灭；一些建筑师为了追求高层建筑的“新、奇、怪”的效果，而不顾结构的安全性和经济性，设计的建筑方案虽然夺人眼目，却为此要付出将其建造出来的巨大经济代价或者潜在的结构危险。解决这些问题的最好方法之一就是正确处理高层建筑的造型艺术与结构概念设计之间的逻辑互动关系。高层建筑的结构概念设计是将建筑师的造型创意形象化和具象化的重要桥梁，结构概念设计的创新不断推动建筑造型艺术的发展。高层建筑造型设计与结构概念之间的逻辑互动，在高层建筑的发展进程中从未有过停滞，以下几个部分，着重从问题开始分别讲述两者之间的相互联系。1高层建筑几种结构形式1.1框架结构整个结构的纵向和横向全部由框架构件组成的结构成为框架结构。框架既负担重力荷载又负担水平荷载。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可提供较大的内部空间。但由于结构属于柔性结构体系，在水平荷载作用下，强度低，刚度小，水平位移大，在高烈度地震区不宜采用。目前，主要适用于10~12层左右的商场，办公建筑。如果过高，就要靠加大梁，柱截面来抵抗水平荷载，从而导致结构的不经济，因此在高层建筑的使用时应该重点考虑。采用框架结构的高层建筑，框架底层往往出现塑性变形集中现象。这是因为建筑地面以下基础部分的抗推刚度很大，相对而言，建筑底层的抗推刚度就很小，形成刚度突变。在遭遇地震时，建筑容易因框架底层的塑性变形集中而导致破坏。如果在框架的地上一二层采用型钢混凝土，可以减小该处的刚度突变。1.2剪力墙结构剪力墙结构中竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙组成，剪力墙不仅承受重力荷载作用，而且还要承受风，地震等水平荷载的作用。同框架结构相比，该结构测向刚度大，侧移小，属于刚性结构体系。从理论上讲，它可建造上百层的民用建筑（如朝鲜平壤的柳京大厦）；但从技术经济的角度来讲，地震区的剪力墙一般控制在35层，总高110米为宜。由于剪力墙的间距比较小，一般为3~6米，所以建筑平面布置不够灵活，使用受限制。1.3框剪结构框剪结构是在框架结构的基础上增设的一定数量的纵向和横向的剪力墙，并使框架柱，楼板有可靠连接而形成的结构体系。建筑的竖向荷载由框架和剪力墙共同承担，而水平荷载则主要由刚度较大的剪力墙来承受。框剪结构将框架结构和剪力墙结构结合起来，融为一体，取长补短，使整个结构的刚度适当，并能为建筑设计提供较大的自由度。所以，在高层建筑的各种结构体系中，此结构是一种经济有效的，应用范围较为广泛的结构体系。与框架结构相比，它能用于更多层数的高层建筑。2高层建筑造型设计中，结构构件如何影响造型构成高层建筑的竖向布置原则是沿竖向，结构的强度与刚度宜均匀，连续，避免有过大的外挑和内收；不应突然变化，不应采用竖向布置严重的不规则的结构。尽量使重心降低，顶部突出部分不能太高，否则会产生端部效应，搞振型的影响明显加大。各层刚度中心宜在一条竖直线上。结构宜设计成刚度下大上小，自下而上逐渐减小。下层刚度小，将是变形集中在下部，形成薄弱层，严重的会引起建筑的全面倒塌。所以一般沿竖向变化不超过4次。每次变化，梁柱尺寸宜减少100~150mm，墙厚宜减少50mm，混凝土强度宜减少5MPa。最好尺寸减少于强度降低错开楼层，避免同层同时改变。楼板除传递垂直荷载外，还是传递水平荷载保证结构协同工作的关键构建。所以在结构设计上，要使楼板具有较大的平面内刚度。而在实际高层建筑中，也要求具有足够的平面内刚度，以保证建筑物的空间整体稳定性和有效传递水平力。应当强调指出，保证协调工作是靠楼板而不是靠梁，因而必须保证楼板在平面刚度为无穷大，保证其在墙，柱，梁上的支承可靠。高层建筑墙体的布置英综合考虑建筑使用功能，构建类型，施工工艺及技术经济指标等因素加以确定。剪力墙墙体间距小，平面不知不灵活，不适用于公共建筑。框架结构墙体布置自由度大，空间划分灵活，造型变化角度多，利于造型。3高层建筑造型高层建筑的造型，由于不同建筑艺术流派主张，不同机能，不同民族，不同欣赏层次，是多元化的，形式千变万化。但是，它必须按照美的规律来创造。就建筑造型来说，就是要按照形式美原则去设计和推敲。所谓形式美，就是从普遍的造型活动中，单独抽出造型形式作为自己研究对象的审美科学，已成为形式构图学，是近代审美与人类实践活动的纵深方面的产物。正确运用建筑造型与构图原理，能取得视觉的平衡，给人以均衡的感觉，是人感到寓于建筑之中的韵律感，这种感觉类似于某种音乐的效果。不规则构图手法是造型中常用的手法。高层建筑虽然在造型上千变万化，但整体形态仍是三角形，圆形，正方形等基本形态的拓补，变换及组合。不规则的构图手法只是建筑形态多种多样的一种表现。高层建筑在主体设计时，要使主体获得良好的“易识别性”，除了使用某些特征性的构筑物，新颖奇特的造型式样外，不规则的构图手法亦是一种常用的手法。在塑造高层建筑主体的视觉造型时，整体性，简洁性以及易识别性应是我们应该遵循的基本原则。高层建筑主体空间形体组合时，也必须考虑统一变化，不规则构图等形象问题。建筑造型的创造就是怎样选择它的要素和怎样构成建筑空间。构成是给予对象的部分与部分或部分与全体之间以有秩序的关系，这种构成最重要的一点，就是要有为多数人所承认的客观性。造型可以采用各种各样的形式，然而成为一切形式的出发点，支配它们的是统一与变化。统一与变化意味着部分与部分，局部与整体的关系上的视觉统一。其变化不是无秩序的，而是统一之中的变化，是在统一之中的变形，统一之中的不规则手法。高层建筑影响一座城市环境的平衡，集中注意高层建筑对环境质量的责任，对城市及周围的影响，这和建筑本身的功能方案一样，对设计者都是根本的问题。高层建筑设计必须用协调其形声的方法以尝试保持最少的环境干扰性。高层建筑是城市的主要建筑大厦，创造着城市引人注意的轮廓线，它们限定着创造城市活动场所的公共空间，为城市中人们的活动提供布景。科技与艺术并不是不可调和的两个矛盾，科学技术的不断进步保证了艺术理想的逐一实现。而艺术自由放纵的想象力，超乎现实之上的臆想和不拘泥于实际的，是激动人心、激发人们梦幻的力量！以科学技术为基础而建筑起来的高层建筑在城市之中起到激励人心的作用，不正是科学与艺术的结晶吗？日趋完善的科学技术不仅在本质上体现着理性之光，更在表现形式上体现着浪漫之美。高层建筑冲天而起，自豪而自由地飞翔，刹那间，我们的精神也因这壮丽奇景而升华。