淺析高層建筑的形體造型設計與結構設計

文/賈靜 武漢山水印象建筑設計有限公司 湖北武漢 430074

1、前言

某高層住宅樓位于市中心的繁華地段，總建筑面積約20萬m2。由五幢高層住宅樓組成，地下部分2層，底層架空、無裙房;2層以上為住宅。五幢高層建筑下的2層地下室連為一體。五幢高層結構平面體型較不規則，建筑結構長寬比3.7～6.9，高寬比5.4～10.3。本工程為丙類建筑，工程的結構安全等級為二級，采用大直徑錘擊沉管灌注樁、樁筏基礎。工程位于較高抗震設防烈度區，同時又是高風壓地區，抗震設防烈度為七度(0.15g)，Ⅱ類場地，建筑基本風壓值為0.70kN/m2。

2、高層建筑中造型藝術的設計手法

2.1 結構骨架對形體積聚的影響

在高層建筑實現形體積聚的過程中，主要采用的方法包括以下幾種:第一，組合法。高層建筑中包含有不同的體塊，這些體塊之間又都存在著一定的內在聯系。設計人員在進行高層建筑設計的過程中可以將這些體塊進行重新的分離與組合，一方面確保體塊能夠對各自的不足進行相互彌補，另一方面在整體風格方面形成對照，轉變傳統高層建筑僅包含一個體塊而呈現出的單調性，促進高層建筑形體藝術性的提高。第二，拼聯法。在高層建筑進行設計的過程中，可以在保持風格統一的前提之下對高層建筑不同的模塊進行拼接與重組。第三，交錯手法。在高層建筑形體造型設計的過程中，一方面要實現視覺手法獨創性，另一方面又要確保建筑整體風格的統一性。因此，要采用交錯手法，在細節處理的過程中保持與整體建筑形體相統一，確保高層建筑的造型特色。

2.2 塑造高層建筑的形體造型藝術美感

在高層建筑的造型形體進行設計的過程中，首先需要對建筑形體風格進行確認，以此為基礎進行局部創意工作。通過切割法、凹凸法等手法對高層建筑的形體進行藝術處理，確保建筑中的每個細節都能夠完美。同時，在高層建筑造型形體美感設計的過程中還可以充分利用光的變化，例如在晴天利用陽光與影子之間的關系對美感進行塑造，在夜晚利用霓虹燈的照明與黑暗的對比營造效果，運用特殊材料對建筑的外觀色彩進行打造等。

2.3 對變形手法與剝離手法進行合理的運用

在對高層建筑的形體造型進行設計的過程中，變形手法的合理運用能夠是建筑更加富有創意。一般情況下，上窄下寬的建筑形體在重心位置、受力性能等方面都具有優勢，能夠增加高層建筑的牢固性。剝離手法是高層建筑設計中較為常見的方法之一，能夠使高層建筑的形體造型更加豐富與具有層次，增加高層建筑的厚度。

3、結構設計

3.1 結構體系的確定

根據建筑功能的使用要求，本工程為高尚住宅區，底層架空為酒店式大堂，并引入室外景觀造景，為此，建筑對底層柱及剪力墻的布置位置有嚴格的要求，上部住宅部分要求室內方正實用。為了滿足上述的要求，本工程采用框支剪力墻結構，在二層樓面設置轉換層。因上部墻體多數無法直接落地或落于框支梁上，因而采用了箱高為230cm的箱形轉換結構。利用箱體增加轉換層的整體剛度，同時箱體的上下層板又增加了框支梁的抗扭性能。配合建筑使用功能合理布置抗側力構件，以合理控制結構的總體剛度，使之既滿足抗震要求又滿足抗風的要求。將核心筒剪力墻落地，在建筑物外圍及局部突出部位設置70-90cm厚的L型剪力墻，避免出現獨立框支角柱，同時將中部部分剪力墻落地，以保證落地剪力墻的數量，滿足上下剛度比的要求。本工程結構體系復雜并采用箱形轉換，存在高寬比及長寬比超限等問題，進行了超限高層建筑工程抗震設防專項審查。

3.2 框支層結構設計

3.2.1 框支柱設計

本工程框支柱抗震等級為一級，軸壓比限值為0.6。框支柱主要截面取1300X1300～1300X2300，計算結果表明，所有框支柱的受力較為均勻，軸壓比從0.42～0.51，因此，箱形轉換層下框支柱的變形一致性較好。框支柱的剪力設計值應按柱實配縱筋計算并乘以放大系數1.1，剪壓比控制在0.15以內。柱內全部縱向鋼筋的配筋率不＜1.2%，箍筋沿柱全高采用不小于Φ12@100井字復合箍，體積配箍率均不＜1.5%，使柱具有-定的延性，實現強剪弱彎。

3.2.2 剪力墻設計

本工程核心筒落地剪力墻厚40cm，除核心筒外，在建筑四角布置70～90cm厚的L型剪力墻。為了使混凝土的受壓性能改善，增大延性，設計中控制墻肢的軸壓比不大于0.5。墻體的水平和豎向分布筋除滿足計算要求外，同時也滿足0.3%的最小配筋率的限值。底部加強區的剪力墻中按規范要求設置約束邊緣構件，約束邊緣構件的縱筋配筋率控制≥1.2%，箍筋不＜Φ12@1OO，體積配箍率控制≥1.4%，同時，對長厚比＜5的短墻在計算中按柱輸入計算進行比較，其結果顯示，短墻按墻和按柱計算的結果大致一致。

3.2.3 框支梁的設計

本工程框支梁抗震等級為一級。對于兩端擱置于框支主梁上的框支次梁，其受力類似簡支梁，跨中底筋較大，支座面筋基本按構造要求配置。

本工程的框支主梁的梁高23Ocm(即箱體高度)于梁頂和梁底各設置一層20cm厚的箱板，梁截面尺寸按剪壓比0.15控制。梁主筋配筋率除滿足計算外，還不小于0.5%，上部主筋沿梁全長貫通，下部主筋全部直通到柱或墻內，沿梁腹部設置不小于Φ16@150的腰筋，于梁中部設置-排Φ20的抗裂縱筋，抗裂縱筋根數同箍筋肢數，梁箍筋全長加密。

結語：

隨著高層建筑的數量與規模也不斷擴大，高層建筑的結構具有科學的內容與形式，造型具有藝術的內容與形式。高層建筑的造型藝術與結構合理性存在著一定的內在聯系，在高層建筑設計的過程中，結構概念設計是造型創意的前提與基礎。在高層建筑的結構構思與造型藝術的創造過程中，要實現結構科學美與造型藝術美的相互融合，使高層建筑既具有科學的結構設計，又具有藝術的造型設計。

[1]陳林.某高層建筑結構設計分析[J].建筑知識(學術刊)，2012(11).

[2]陳喬江.淺析高層建筑結構設計的特點與應用[J].中國科技博覽，2013(30).