如何多方面實現高層建筑設計的完善

趙立靜

摘要：隨著高層建筑的迅速發展，結構理論和建筑技術也不斷得到提高，高層建筑結構形式也開始趨于多樣化發展，其表現形式也是多種多樣，但是也隨之出現了很多在高層建筑設計方面的問題。在作為城市風景線的同時，高層建筑還面臨著如何搞好高層建筑設計的問題，如何多方面實現高層建筑設計的完善是目前高層建筑設計所追求的主要理念。

關鍵詞：高層建筑設計；朝向；采光；主體；抗震

1.建筑朝向設計

建筑朝向是影響后續設計重要環節。每個建筑基址都有其特殊性，因此高層建筑的設計毫不例外也與基址相關。在決定如何使基址內的新建筑有利于環境時，必須考慮兩個主要的基址因素：當地氣候和基址內建筑的環境影響。當地氣候的影響可以是正面的也可以是負面的建筑朝向可以通過遮陽帶植物或滲透性墻體加以緩和。通過仔細研究基本微觀氣候條件，就可以確定最合適的基址和建筑外形，消除不適合的基址區域。

2.高層建筑采光設計

高層建筑是生態設計的目標之一，是優化日光的使用，減少人工照明的耗能需求。以及通過減少熱量獲取來減少建筑制冷的負擔。當太陽光有效地分布到建筑各處而沒有眩光的時候，就可以認為是很好的室內照明了。先進的日光采集系統設計有以下方法：

2.1通過將陽光反射至屋頂平面，日光可以到達比那些靠傳統窗戶或天窗采光更深的工作區域，但不增加窗戶附近的日光強度；

2.2通過利用相對小的進光區域有效傳統日光，可以不對陽光輻射產生嚴重的制冷負荷，從而達到節省能耗的目的；

2.3仔細設計阻擋陽光直射的系統，可以減少陽光直射導致的眩光和溫度不適。設計的難度在于每天和全年陽光位置及獲得的不斷變化。自然采光的建筑無論設計得多好，只有在日光有效利用和代替人工照明的情況下才能節約能源。我們可以完善座位和工作平面規劃，通過更好的窗戶和立面設計來減少眩光，獲得自然采光。研究表明，太陽光的適當獲得和開闊視野可以提供一種舒適感。然而，為保證一個安全、舒適的工作環境，使用者應該可以控制光線的數量和質量；設計者需綜合考慮能耗、背景光線、屋頂燈和窗戶的自然采光等因素，并為使用者提供最好的視覺環境。

3.高層建筑主體設計

高層建筑設計中的一個全新的要求就是要實現建筑本身的生態節能。首先對于高層建筑主體的下部分裙房而言，雖然其裙房的建設對整個城市影響較小，但是對街道的尺度以及人性化空間的創造等方面的影響都很大。

建筑的裙樓立面設計一般不同于上部立面，需要進行細致的設計，從而使下部空同豐富多彩而不至于感到蒼白，并要體現人的尺度，因為裙房部分跟公眾視覺接觸較密切，對街道空間感影響也較大。而高層建筑的最上部分一屋頂財整個建筑形象起到強化個性的作用，雖然它較少影響到生態環境，但對塑造建筑的標志性、豐富城市天際線具有霞要的作用，因此應根據建筑的基座、樓身等因素加以塑造。

高層建筑的主體部分是它的塔樓，塔樓的表現形式對高層建筑的造型起著決定性的作用，現今國外和國內的許多高層建筑都有著獨特的外形和明顯的識別性。對一個城市具有一定的代表性，這可以說是高層建筑存在的—個原因。隨著近年來資源短缺問題的出現，全球提出了可持續發展，而高層建筑就環保節能方面來說是很浪費的，隨之就出現了“生態型”建筑的概念，可以看出目前高層建筑設計的—個新要求就是要實現。生態節能型”。

造型獨特的塔樓設計對高層建筑的整體形象起著畫龍點睛的作用，并成為林立在建筑群中區別于其他建筑的一個重要標志，即是城市的標志。在十分重視城市空間設計的今天，高層建筑頂部造型在保護傳統街道空間特色和維護城市空間形態方面發揮著重要的作用。但是一段時間以來，存在著一種錯誤的認識，膚淺甚至盲目地把它僅僅當作權利、財富和技術的象征，極力追求所謂的個性，而產生了一批極盡奢華甚至怪異的高層建筑頂部，或者為了眼前的利益而制造了大量平庸的復制品。這個結果導致了整個城市空間的破壞，城市整體性的支解和“千城一面”的局面。

4.高層建筑抗震設計

4.1確保結構整體性

結構的整體性是保證結構各部件在地震作用下協調工作的必要條件。通常施工質量較好的現澆鋼筋混凝土結構及型鋼混凝土結構都具有較好的連續性和抗震整體性。結構的整體性還要求基礎要符合建筑要求，保證基礎具有一定的剛度，柱體與基礎和隔板到樓蓋的連接有足夠的剛度和抗力，各部件連接緊密達到協同工作。

合理選擇抗震結構

進行抗震設計時，應選擇合理的結構類型，設計的結構既要考慮其抗震安全性，也要盡可能的經濟。結構應布置多道抗震防線，避免部分結構或構件失效而導致整個體系喪失抗震能力或喪失對重力的承載能力。結構應擁有良好的整體性和變形能力，使結構的強度、剛度和變形能力一致。

4.2體形和結構總體布置

高層建筑應重視體形和結構的總體布置。由于建筑體形不合理或結構總體布置不合理而造成的地震災害，在國內外的大地震中都有所見?？拐鹪O計選擇的建筑平面和立面布置宜對稱、規則，避免采用嚴重不規則的結構。結構的剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免有剛度和承載力突然變小的樓層，造成薄弱層的出現，地震時該部分容易破壞。

4.3選擇合理的結構類型

進行抗震設計時，應選擇合理的結構類型，設計的結構既要考慮其抗震安全性，也要盡可能的經濟。結構應布置多道抗震防線，避免部分結構或構件失效而導致整個體系喪失抗震能力或喪失對重力的承載能力。結構應擁有良好的整體性和變形能力，使結構的強度、剛度和變形能力一致。

高層建筑從本質上講是一個豎向懸臂結構，垂直荷載主要使結構產生軸向力與建筑物高度大體為線性關系；水平荷載使結構產生彎矩從受力特性看，垂直荷載方向不變，隨建筑物的增高僅引起量的增加；而水平荷載可來自任何方向，當為均布荷載時，彎矩與建筑物高度呈二次方變化從側移特性看，豎向荷載引起的側移很小，而水平荷載當為均布荷載時，側移與高度成四次方變化由此可以看出，在高層結構中，水平荷載的影響要遠遠大于垂直荷載的影響，水平荷載是結構設計的控制因素，結構抵抗水平荷載產生的彎矩剪力以及拉應力和壓應力應有較大的強度外，同時要求結構要有足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側向變形限制在結構允許范圍內。

4.4抗震概念設計的重要性

高層建筑的抗震設計除了需要精密準確的計算分析外，還需要有正確的概念設計，同時抗震概念設計也是抗震設計的根本。

工程結構的抗震設計不能僅依賴于精細的計算分析，還必須在總結分析現有震害經驗基礎上，利用已經認識的結構地震反應規律和良好的結構知識對結構的總體布置和細部構造進行合理設計，這種設計方法就是抗震概念設計。由于存在眾多的不確定因素可能導致計算結果和實際相差較大，因此為了彌補計算分析的缺陷，采用合理的概念設計就顯得更加重要。除此之外，合理的概念設計還能幫助工程師選擇效果最好、造價最低的結構方案。

5.結束語

高層建筑結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，任何在設計這過程中出現的遺漏或錯誤都有可能對設計的結果產生重大的事故。因此對于高層建筑的設計，要考慮使用者的需要，以城市的公眾利益為追求的目標，進而實現建筑與現代城市未來的可持續發展。

參考文獻

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（作者單位：河北天昊建筑設計有限公司）