刍议高层建筑结构设计的若干问题

摘要：高层建筑的出现，不仅改变了城市的建筑布局，而且为当地的经济发展起到了巨大的带动作用。高层建筑的发展，得益于新材料的不断出现、力学分析方法和分析手段的发展、结构设计和施工技术的进步以及现代化机械和电子技术的飞跃。

关键词：高层建筑；结构设计

Abstract: The high-rise building has not only changed the layout of the city's buildings, but also played a huge role in promoting local economic development. The development of high-rise buildings is contributed by the continuous occurrence of new materials, the development of mechanical analysis and analytical means,the advancement of structural design and construction technologies, and the leap of modernized machinery and electronic technology.

Key words: high-rise buildings; structural design

中图分类号：TU3文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

随着高性能材料的不断研制和开发，结构形式合理性的进一步研究，可以预见，在今后的土木工程领域，高层建筑仍将是世界各国在城市建设中的主要形式，扮演重要的角色。因此，掌握高层建筑的设计知识，是对土木工程领域技术人员的基本要求。

一、高层建筑的界定

高层建筑有什么特点？或者说什么样的建筑算作高层建筑？对于这一问题，

世界各国有不同的划分标准，或者说不同的国家有不同的规定。1972年召开的国际高层建筑会议制订了如下的划分标准：

我国《民用建筑设计通则》则规定，10层及10层以上的住宅建筑以及高度超过24ｍ的公共建筑和综合性建筑为高层建筑，而高度超过100m时，不论是住宅建筑还是公共建筑，一律称为超高层建筑。日本则将5层到15层的建筑称为高层建筑，超过15层的建筑均为超高层建筑。

事实上，究竟什么样的建筑算作高层建筑，应该视建筑的结构体系受力特点而定。如果建筑的结构体系，在侧向力的作用下，表现出了高层建筑的受力特点，则不论其高度如何，应该按照高层建筑来对待。

二、高层建筑结构设计的模式演变

1．内核的形成

高层建筑与其它建筑之间的最大区别，就在于它有一个垂直交通和管道设备集中在一起的、在结构体系中又起着重要作用的“核" （Core）。而这个“核”也恰恰在形态构成上举足轻重，决定着高层建筑的空间构成模式。随着高层建筑建设的发展、高度的增加和技术的进步，在高层建筑的设计过程中，逐渐演化出了中央核心筒式的“内核”空间构成模式，这是各专业共同探索优化设计的结果。在建筑处理上，为了争取尽量宽敞的使用空间，希望将电梯、楼梯、设备用房及卫生间、茶炉间等服务用房向平面的中央集中，使功能空间占据最佳的采光位置，力求视线良好、交通使捷。在结构方面，随着筒体结构概念的出现、高度的增加，也希望能有一个刚度更强的筒来承受剪力和抗扭，而这些恰好与建筑师的要求不谋而合。在建筑的中央部分，有意识地利用那些功能较为固定的服务用房的围护结构，形成中央核心筒，而筒体处于几何位置中心，还可以使建筑的质量重心、刚度中心和型体核心三心重合，更加有利于结构受力和抗展。

2．核的分散与分离

然而，随着时代的发展、技术的进步，人们对建筑需求的变化和设计侧重点的不同，以中央核心筒为主流的高层建筑“内核”空何构成模式开始受到了挑战。对于结构专业来说，加强建筑周边的刚度也会有效地抵抗地震对高层建筑的破坏，所以如果将垂直交通和设备用房等分散地布置在周边，则无疑也会对结构抗震有利。同时，这种分散的多个外核的空间构成模式，也正好适用于新兴的巨型框架结构（Super Frame），使这种结构体系中的巨型支撑柱具有了使用功能。而从建筑设计的角度来看，核的移动、垂直交通、服务性房间和管道井分散到建筑的周边，对于高层建筑的空间构成模式和立面造型上的变化也是极具革命性的。它不但适应了其它专业的需求，而且还有利于避难疏散，创造更大的使用空间和使高层建筑的底部获得解放。

3.中庭空间的出现

70年代前后设计的建筑中都加入了一个十分华丽、气氛热烈的大中庭。这种中庭既起着统合空间流线的作用，又是人们休闲交往的场所，中庭中还设置喷泉叠水、种植各种植物，可创造出一种激动人心的欢快氛围。所以它一出现便深受人们的喜爱，并很快风靡全球。80年代以后，中庭空间开始应用于高层办公建筑。受高层旅馆的影响，一些办公大楼为了追求气派和空间变化，便在入口处附设一个中庭。而随着人们环境观念的增强，以及各国政府对由于在办公楼内长时间从事VDT操作，所引发的情绪紧张，视觉疲劳和心理上的孤独感等“办公室综合症”的关注，高层办公建筑内部空间的设计也越来越为人们所重视。提供自然化的休息空间和改善封闭的室内环境，成为高层办公楼设计必须解决的重要问题。于是，在高层办公建筑中插人一个或在不同区域插入数个封闭或开敞的中庭的设计手法开始出现。

4.底部空间的变化

早期的高层建筑多直接面对街道，从街道进入门厅，再由门厅进入电梯厅，乘座电梯至各楼层，这是高层建筑中最为普遍的空间流线组织方式。建筑空间与城市空间之间缺乏过渡，没有“中间领域”的概念，在人流集散的高峰期，对城市交通环境的影响也较大。尽管许多高层建筑都在门厅的艺术处理上颇费心机，设计得非常富丽壮观，但是由于空间组织方面的缺陷，门厅内往往留不住人，形不成公共活动空间，而人口处也常出现人流拥塞的现象。为了解决人流集散和城市交通与建筑内部交通相衔接的问题，现在的高层建筑常常采用多个出入口和立体化组织交通流线的方法。通过首层、地下层和地上的架空廊道与不同层面的城市交通网络相连接，以达到通畅便捷和步行、车行的互不干扰。总而言之，当今高层建筑的底部空间设计，已从单纯考虑建筑与周围环境之间的关系，发展到进行整体的城市空间设计，其交通组织和公共活动领域的创造也日趋立体化、开放化。

随着近年来高层建筑的建设与城市开发的结合越来越为人们所重视，超大规模的数幢高层建筑一体化建设的综合项目便再度悄然兴起。这类高层建筑设计的最大特色，就是以一个公共活动中心将高层大楼的底部连结成一个整体。公共活动中心多为一个巨大的中庭或室内步行商业街，它既是人们购物、休闲、交往的场所，又有组织内部空间流线、连接各栋建筑的作用。同时，它还是建筑空间与城市空间的结合部，是机动车、轨道交通和步行系统与建筑多层次多重衔接的结点。这种按整个街区统筹考虑交通组织和公共活动空间的设计方法，更进一步将城市公共空间“室内化”、“集约化”和“立体化”，空间设计的重点也由建筑的外部转向内部，并致使高层建筑群的使用空间服务于城市，预示了今后高层建筑设计的一种新的发展趋向。