高层建筑结构概念设计探析

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建筑工程

高层建筑结构概念设计探析

王荣书

在进行高层建筑造型创作构思时，习惯于从一个整体建筑体系的思维角度去形成初步的建筑意象并展开设计，而这个整体的建筑体系则是由相互联系形成空间的结构体系组成。不仅高层建筑的功能和建筑的艺术表现力要通过结构体所支撑的建筑物表现出来，建筑师更应该将结构概念设计的思维贯穿于高层建筑的创作过程之中，理解结构概念的设计要素是如何影响建筑的创作构思以及如何辅助甚至催发优化高层建筑的造型设计创意，并有机地将结构构思与高层建筑的造型创作手法结合起来，完

美地展现建筑师的设计理念。

因此，结构体系的构思是贯穿于高层建筑方案的构思之中，是建筑方案构思最基本的内容和对象，同时，高层建筑的多方面使用需求给结构体系的确定划定了方向和范围。

1高层建筑平面空间形式设计

高层建筑平面设计是从具有整体性的建筑三度空间的房屋水平的方面出发，用平面构成的方式表达其建筑外形与内部空间划分及组

合关系，研究二度空间内外功能、

技术与造型要素的构成、形与空间相互关系、视觉特性、形的特征与变化以及二次元构成与建筑三度空间及形体塑造的构思具体过程。高层建筑形式由平面围合而生意，由竖向空间构成而具形，平面构成则是建筑具形的根本。高层建筑是多种要素构成的复杂形体，复杂的形体总是由简单的要素交合而成，而高层建筑平面形是建筑形体生成的基础，建筑形体通过不同标高的平面在竖向上的叠加而构建出基本的轮廓。高层建筑在结构概念设计的制约之下，不可能展开天马行

空、

不切实际的任意发挥，而是应该遵从基本的结构制约因素。然而也正是建筑师在结构构思的“经济、效能、雅致”的原则指导下，善于利用结构的形式特征和充分发挥结构的力学性能，才创作出符合功能、美学与技术要求的高层建筑平面形式。

2高层建筑剖面设计与结构构思

2.1高层建筑剖面设计要结合结构转换层的设计

现代高层建筑向着多功能、综合用途发展。在同一幢建筑中，可能上部楼层布置住宅、旅馆，中部楼层作办公用房，下部楼层往往是商场、餐饮、文化娱乐设施。不同功能用途的楼层对结构形式提出了不同的要求。上部需要的是多墙体的小开间;中部则需小的和中等大小的空间;而下部则要求是尽可能大的、能自由灵活

分隔的大空间，柱网要大，墙要尽可能少。

然而，高层建筑下部楼层受力大，要求刚度大，则应是墙多柱密；而上部楼层受力逐渐变小，则可减少墙柱，这就形成了结构的合理性与建筑功能需要正相反的趋势。要满足建筑功能要求，结构就必须和常规方式相反进行布置，因此必须设计

结构转换层来解决上述矛盾。

高层建筑的剖面设计结合结构转换层的设计表达，就是要将这种结构的理性思维与建筑的艺术表现手法综合在建筑设计构思的过程中，不仅可以利用结构转换层在建筑内部形成不同尺度的空间形式，丰富人们的视觉感受和建筑体验，而且结构转换层本身所具有的结构形式特征也可以适当的作为建筑的造型手段。最直接的方法就是利用结构转换层在高层建筑底部形成较大尺度的入口形式。当高层建筑采用外框筒时，经常通过转换层使下层柱的柱距扩大，用以形成大柱网，从而形成较大的入口和少柱的对外空间关系。可以采用多种形式的转换结构，如大梁转换式、墙梁转换式、桁架转换式、拱式转换式、间接拱转换式、合柱转换式等。而每一种不同的结构转换方式有不同的力学受力性能，结构的形式特征也随之表现不同，结构转换层对应在建筑外立面的表现形式也带有各自独特的个性特征，建筑师可以巧妙的利用这一点来创造出不同使用需求与各具特色的入口空间形式。

结构转换层可以适应高层建筑多功能和综合发展的要求，为建筑平面空间组合带来一定的灵活性，因此建筑师应当了解其布置原则

和方法，遵循水平构件布置简单、

受力明确、传力直接、

复合结构形式等技术原则，运用正确的结构逻辑去指导建筑设计，并与结构工程师的通力合作去创造出真正具有技术美的高层建筑作品。

2.2高层建筑剖面设计要结合结构加强层的设计

高层建筑中，当筒体稀柱框架结构高宽比较大（＞6

）、筒体高宽比较大时（＞12），如果靠增大截面尺寸或增设抗侧力构件，必然影响到建筑的使用，常在设备层、避难层设置整层的刚度较大的从核心筒体外伸的斜腹杆桁架、直腹杆桁架、实体梁等，简称刚臂。

在高层建筑中，结构加强层的设计可结合设备层一起考虑。由于设备层对采光要求较低，可以不开或少开窗，并可在不妨碍设备布置的前提下增设内部支撑，或沿其周边局部加固，因此设备层可以成为刚度很大的加强层。加强层通常在高层建筑的立面表现中充当一定的角色。建筑师可以选择将整个楼层高度的结构加强层构件完全暴露于建筑的立面之上，结合高层建筑的整体造型进行设计构思。暴露在外的结构强而有力的形式特征不但可以向人们传递其本身的结构功用的信息，增加建筑的力度表现，而且与其他标准层不同的立面表现也将高层建筑细长的楼身划分为几个层次，如果结合适当的视觉比例关系和透视关系，竖向上楼身的分段也可以形成饶有趣味的韵律与节奏。上海环球金融中心高460m ，由95层主体大厦和

3层裙楼形成。主体采用正方形平面，从对角线分为两个三角形，其余两对角自下而上逐渐收分，至460m 高处呈一对平行的直线。顶端开一倒梯形洞，既减轻风荷载，又可以作为屋顶观光

的开口部。

在顶层和23层设置了两道水平桁架与外柱相连后，位移约减少13%，最大柱拉力减少19%。

2.3高层建筑剖面设计要与其造型手法创新结合

当代高层建筑造型设计手法的一个重要内容就是关于中庭的设计，中庭可以看作是楼

层与楼层之间的透明性的叠加。

通过中庭原理，可以实现自然采光与自然通风，创造出通透的视觉感受。现今所提倡和流行的生态摩天楼的创作理念，就合理的将中庭元素纳入到设计的手段之中，建筑师可以通过将高层建筑的核心筒分散和分离，摆脱传统的核心筒布置于高层建筑平面中央的手法，改变高层建筑的空间构成模式，在高层办公建筑内部插入一个或在不同区域插入多个封闭或开敞的中庭空间，以达到建筑内部自然通风以及具有良好的景观视野的建筑目的。

除此之外，高层建筑也越来越多地在立面上或内部空间中运用凹凸、旋转、错动的造型手法，如生态摩天楼建筑师杨经文，将建筑立面上

开口、

凹槽作为高层建筑引入自然风的“通道”，或者切削、挖除一部分建筑体量，在建筑立面上再挑出富有韵律的阳台、露台，形成既能遮荫避阳又富有韵律节奏的建筑立面，而所有这些手法的运用通过建筑师对建筑进行剖面设计的构思而得以深入和完善，并且剖面设计也清楚的让建筑师明白，应该在怎样的部位以及采用怎

样的结构形式来形成这些挑出、

挖空、错动，当然悬挑结构等运用是再平常不过的。“建筑立面

剖面化”

也出现在OMA 和MVRDV 所设计的现代高层建筑创作中，在这些建筑作品中，楼板或是被卷起、隆起甚至是叠摞起来，或者是将不同的空间作为单元结构插入到竖向支撑的结构体系中。建筑师对于空间形态的创造与建筑形式的造型都可以在剖面设计中显露出来，通过对建筑支撑结构的剖面分析，建筑师可以选择利用现代主义的经典语言———悬挑结构，结合混凝土的良好可塑性，充分发挥结构的力学性能来创造出给人新奇体验的高层建筑。

参考文献

[1]雷春浓.高层建筑设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]刘建荣.高层建筑设计与技术[M].北京：

中国建筑工业出版社，2005.

[3]杨春宇.高层建筑型体设计探讨[J].重庆建筑大学学报，2000.

作者简介：王荣书（1979~），男，广东省揭阳市人，从事建筑设计工作多年。

摘

要：高层建筑的设计手法一直是建筑师与工程师关注的热点问题。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。分析了高层建筑的平面形式设计并重点对高层建筑的剖面设计进行了探讨。

关键词：高层建筑；结构；概念设计