高層建筑形體造型及結(jié)構(gòu)概念設(shè)計概析

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摘要：文章首先從高層建筑的形體造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計間的關(guān)系著手，重點(diǎn)對形體造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計的有機(jī)結(jié)合方式進(jìn)行分析，以期能夠為同行帶來一些啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；形體造型；結(jié)構(gòu)設(shè)計

近幾年來，建筑師和工程師開始重點(diǎn)關(guān)注高層建筑的形體造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計。在對高層建筑進(jìn)行設(shè)計時，建筑師需要理解并且掌握結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的各種要素，為高層建筑造型創(chuàng)意提供保障。在文章中，首先簡要介紹了高層建筑的形體造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要聯(lián)系，再對制約高層建筑形體構(gòu)成的主要結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行了探討，希望能夠為高層建筑的設(shè)計帶來一些靈感。

一、在高層建筑中，形體造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)系

高層建筑有著巨大的體量，能夠表現(xiàn)建筑的力度與體魄，是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在對高層建筑的造型進(jìn)行設(shè)計時，不但要能夠滿足人們的生理與心理需求，而且還要讓其發(fā)展成為城市環(huán)境的重要部分。在設(shè)計高層建筑的形體造型時，需要考慮以下幾個問題：第一，當(dāng)前高層建筑的形體樣式比較單一，主要有方形、圓形和變形三種樣式，建筑形體在設(shè)計造型時，一般采用的手法有水平劃分、垂直劃分和坡屋面運(yùn)用等，建筑形象沒有表現(xiàn)力，感染力也不強(qiáng)；第二，高層建筑的形體比較復(fù)雜，主要采用的是多層建筑的處理方法，而且形體變化較多，不利于高層建筑的力度表現(xiàn)。

為了有效解決上述幾個問題，不但要充分采用高層建筑多變的造型手段，還必須要滿足美學(xué)原則，在高層建筑結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計思維中尋找創(chuàng)作靈感。不同形態(tài)的高層建筑在結(jié)構(gòu)構(gòu)架方面也有不同的設(shè)計方式，這些不同形式的結(jié)構(gòu)支撐著高層建筑，并保證其穩(wěn)定性與堅固性。每一種建筑的形式和造型需要特定的結(jié)構(gòu)體系來表征，形體獨(dú)特的結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成與之互相對應(yīng)的建筑平面和形體。在設(shè)計高層建筑的過程中，設(shè)計師需要科學(xué)靈活的分析高層建筑結(jié)構(gòu)形式的受力特點(diǎn)，充分了解后再對建筑形體進(jìn)行塑造。

二、在高層建筑中，制約形體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)要素

（一）建筑結(jié)構(gòu)的形體設(shè)計必須要規(guī)則

為了保證高層建筑的安全性，必須首先考慮高層建筑的形體抗震性。高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系為形體塑造的骨骼提供保障，規(guī)則的建筑形體的結(jié)構(gòu)體系比較規(guī)則，而且能夠直接傳力。但是，當(dāng)前的高層建筑有了變化多端的形體，有扭轉(zhuǎn)形式，也有彎折形式，因此結(jié)構(gòu)布置常常處于不規(guī)則的形態(tài)。這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力狀況過于復(fù)雜，不但影響了高層建筑的安全性，而且還會使工程造價大幅度增加。若是能夠正確的理解高層建筑的結(jié)構(gòu)性能，不但能夠有效識別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，而且還能夠減緩或者避免負(fù)面的影響，進(jìn)而采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。

為了加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的剛度，必須要選擇和建筑形體相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式，從而降低水平荷載，使高層建筑的側(cè)移得以減少。根據(jù)空氣動力學(xué)原理分析，建筑的平面體型為圓形或者橢圓形的時候，能夠有效減少風(fēng)荷載，而且合理的截面慣性線保證了建筑物結(jié)構(gòu)的均勻受力。若體型是上窄下寬的形式，承受水平力引起的彎矩會產(chǎn)生較好的效果。該種建筑體型和懸臂梁的彎矩圖比較相似，從而減少側(cè)移，使構(gòu)件充分發(fā)揮其受力性能。為了不讓風(fēng)壓過于集中，可以在平面的轉(zhuǎn)角位置使用平角或者圓角的處理方式。比如，在對北京貿(mào)易中心塔樓設(shè)計方案時，設(shè)計師對水平荷載進(jìn)行了分析，考慮到風(fēng)力會對塔樓造成的影響，最后選擇的是從上到下逐漸縮小的截圓錐體型。

（二）形體變化要保證建筑結(jié)構(gòu)的豎向均勻性

高層建筑在塑造形體時，主要采用的造型手法有：組合、穿插、集聚、加減和切削等等，因此建筑形體會產(chǎn)生形式多樣的變化，還需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置。在對高層建筑進(jìn)行豎向布置時，會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)均勻性問題。如果結(jié)構(gòu)不均勻布置，那么就會使建筑的強(qiáng)度和剛度發(fā)生變化，從而會集中豎向的應(yīng)力或者變形，在中小型地震中，高層建筑就會發(fā)生損壞；在大地震的情形下就會倒塌。然而，為了完全保證結(jié)構(gòu)的均勻性，在具體設(shè)計過程中也會存在各種困難。高層建筑在造型處理過程中，最常見的方式就是豎向收進(jìn)，但是這種結(jié)構(gòu)會讓建筑形體凹進(jìn)去的地方集中應(yīng)力。因此，高層建筑在對造型進(jìn)行高度豎向收進(jìn)退臺處理時，建筑物的體型應(yīng)該隨高度的不斷增加而逐漸減小，以免建筑體型突然收進(jìn)，從而使應(yīng)力集中。

（三）形體設(shè)計必須要嚴(yán)格控制建筑結(jié)構(gòu)的高度比

建筑物的高度比能夠?qū)箓?cè)剛度的大小進(jìn)行反映，高層建筑若是有著較大的高寬比，那么建筑的形體就會比較細(xì)長，而且會產(chǎn)生較大的側(cè)移；若是高寬比較小，那么建筑形體就會顯得粗矮，側(cè)移也相對較小。所以為了保證側(cè)移值適中，那么就需要控制建筑的高寬比，使其不會超出某一限值。我國高層建筑最常見的結(jié)構(gòu)形式為矩形棱柱體，在對其進(jìn)行造型設(shè)計時，必須要高度重視高寬比的控制。若是高寬比較大，那么一旦發(fā)生地震或者強(qiáng)風(fēng)，就會在水平力的作用下，導(dǎo)致彎曲變形不斷增大。因此，一定要好好處理外柱傾覆軸向力問題，并且科學(xué)選擇結(jié)構(gòu)體系，增加側(cè)移的剛度，進(jìn)而使建筑的側(cè)移得以減小。綜上所述，工程的投入資金也會隨著此種建筑高度的增加而不斷提高。

（四）保證建筑剛度與質(zhì)量分布的對稱性

高層建筑的立面高度和質(zhì)量如果不能對稱的分布，那么一旦發(fā)生地震，就會發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。所以，在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，必須要保證其對稱性。當(dāng)前設(shè)計師主要在高層建筑的周圍安裝抗推構(gòu)件，從而為其提供充足的抗扭力矩。其次，也可以在房屋的四角集中布置抵抗傾覆力矩的構(gòu)件，在轉(zhuǎn)角的位置會產(chǎn)生一個巨柱，使用交叉斜杠就可以建構(gòu)立體支撐體系。在對傾覆力矩進(jìn)行抵抗時，巨型角柱會在各個方向產(chǎn)生最大力臂，使結(jié)構(gòu)與材料的潛力能夠充分發(fā)揮出來；再者，在周邊布置構(gòu)件還能夠產(chǎn)生空間結(jié)構(gòu)，從而抵抗更大的傾覆力矩。

三、總結(jié)

高層建筑在形體造型中，有著藝術(shù)美的表現(xiàn)形式與內(nèi)容，而在結(jié)構(gòu)設(shè)計中展現(xiàn)出科學(xué)美的形式與內(nèi)容。設(shè)計師在對高層建筑的形體造型和結(jié)構(gòu)構(gòu)思進(jìn)行創(chuàng)造時，不但要在結(jié)構(gòu)科學(xué)美的內(nèi)容中展示藝術(shù)美的形式，而且還要在高層建筑藝術(shù)美的形式中表現(xiàn)結(jié)構(gòu)科學(xué)美的內(nèi)容，從而讓結(jié)構(gòu)技術(shù)和形體造型達(dá)到和諧統(tǒng)一的境界。

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