高層建筑設計中結構思維探究

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1高層建筑結構的特性

1．1高層建筑結構的受力分析

因為高層建筑物都是由許多構件組合而來，結構設計一定要把建筑物的重量傳至地面。就受力而言，在豎構件中，建筑自重與樓面應用荷載所引起的彎距與軸力數值和高層建筑的高度是正比關系，但是水平荷載對結構的傾覆力距和其在豎構件中產生的軸力，和高層建筑高度的平方是正比關系。就一個建筑來說，豎向荷載往往不會出現太大的變化，而地震荷載、風荷載等作用的大小會由于結構動力的不同特性而出現一定的變化，進而使得建筑出現一定的位移。在高層建筑設計中，一定要將位移量限定到一定的范圍之中。

1．2預防建筑軸向變形與扭轉破壞

通常而言，在高層建筑之中，過大的豎向荷載值會致使柱中出現較大的軸向變形，進而影響到連續梁彎矩，致使連續梁中間的支座位置的負彎矩變小，而跨中正彎矩變大;除此之外，還會影響到構件側移與剪力，較之于構件的豎向變形，可能會出現不安全的結果。所謂的結構扭轉問題指的是，在結構設計中沒有做到三心合一，為了使得建筑物因水平荷載作用的影響而出現扭轉破壞問題得以有效避免，在開展結構設計時，要對結構形式與平面布局予以合理選擇，使得建筑物能夠保持三心合一。

1．3高層建筑結構要考慮更大的延性設計

所謂的結構延性指的是:從相符時直到最大承載力或者達到之后承載力并無明顯下降時期的變形能力。在對高層建筑進行抗震設計時，就是運用結構的延性來吸收地震的能力，從而有效避免建筑出現破壞。在地震的作用下，高層建筑往往會出現更大的變形。為了使得結構在到塑性變形階段后還有較強的變形能力，就需要在構造上予以考慮，采取適當措施，有效確保結構具備較大的延性。

2高層建筑和結構關系的理性認識

2．1在高層建筑設計中結構的地位與作用

(1)在高層建筑設計中，結構是其經濟合理、技術可行的重要基礎。結構式支撐高層建筑、傳遞荷載的骨骼，高層建筑的空間以及造型等，都需要依靠結構承托。可以說結構式高層建筑設計的重要語法，換言之高層建筑設計過程中必須要遵循結構規律的法則。(2)結構是確保高層建筑功能合理的重要條件。結構不但是空間的重要支撐，可以影響建筑的空間形態，而且其可以在平面上發揮引導空間、開放空間、連接空間、延伸空間以及劃分空間的作用，是塑造建筑空間的重要領導者。(3)結構是建筑創造的重要媒介。結構不僅僅是一種技術，同時也是一門藝術，其可以承托造型與空間，還可以變成烘托空間氣氛、豐富空間層次以及美化空間的重要元素。

2．2建筑技術發展和高層建筑創作的互動關系

據相關研究發現，高層建筑創作與結構技術的發展之間是互相作用，互為動力的。(1)建筑技術可以有效的推動高層建筑創作的進步。在高層建筑發展中，結構技術本來就是一個重要的原動力，在一些情況下，結構技術的進步能夠直接引發高層建筑設計的革命。同時，高層建筑也可以通過結構技術來不斷尋找技術和藝術的交融之路，尋求結構技術所帶來的新的感官刺激，從而將結構對高層建筑造型以及空間的實用價值與藝術價值展現出來。(2)新的高層建筑設計也可以推動結構技術的進步。通過對高層建筑發展歷史的考察，可以發現高度的追求推動了許多新結構形式的出現以及新材料的應用。

3結構思維指導下的高層建筑設計基本原則

3．1確保結構合理性原則

建筑結構的合理性是有效確保建筑結構實用性、藝術性以及經濟性的重要基礎，同時也是運用結構思維開展高層建筑設計的基礎條件。建筑結構是支撐高層建筑的骨骼，因此一定要確保其牢固性，其一定要具備承受各種形式外力的能力，這些外力荷載比如說:地震荷載、風荷載、雪荷載以及高層建筑自重等。據相關調查研究發現，建筑結構的合理性的實現要受到諸多因素的影響，比如說:技術可行性、結構耐久性、構造處理、材料運用以及結構形式等。科學的結構要具備一些條件:(1)具備完整的結構體系;(2)具備科學的結構形態;(3)具備科學的結構布置。建筑結構的合理性可以說是一種科學力的傳遞關系，其主要表現為應力的合理分配、結構的平衡以及結構的最優化等，并應該和建筑功能要求與藝術形式達到一致。除此之外，結構的合理性還提倡材料的有效性，換言之就是最大限度的發揮結構材料的效能。

3．2實現結構經濟性原則

建造高層建筑往往需要耗費大量的資源以及勞動。在結構思維條件下創造高層建筑的時候，在使得美學、功能與力學的要求得以滿足之后，方案能否付諸于實施還應該考慮到經濟的因素。建筑結構經濟性具有諸多影響因素，比如說:結構受力狀況、結構造型、計算理論以及技術手段等都會影響到結構自重、結構斷面尺寸以及材料消耗。實質上，建筑結構的經濟性只是相對來說的，唯有在特定條件下選擇適當的結構才可以使得結構的經濟性得以有效實現。這就要求高層建筑師與結構師相互合作。

3．3發揮結構的實用性原則

據相關調查研究發現，結構擁有較好的組織與空間塑造能力，其可以在平面上開展引導空間、開放空間、連接空間、延伸空間以及劃分空間工作。就本質上而言，發揮結構實用性主要是為了使得高層建筑與結構功能得以有效實現，這是符合結構思維的主要任務的。通常而言，結構的實用性是通過核心筒、剪力墻以及柱等結構構件實現的。柱通過不同的排列方式可以對不同大小、不同功能的空間結構進行劃分，這是核心筒與剪力墻同樣能夠做到的。剪力墻的開孔方式與開孔率以及柱的間距都會對建筑空間的開放程度產生影響，剪力墻與柱的走勢也往往會對建筑空間產生一定的引導作用。

3．4開發結構藝術性的原則

在高層建筑設計之中運用結構思維的主要任務就是:綜合人文、技術、經濟以及社會等因素，運用形象思維與結構邏輯，給高層建筑賦予優美的形式、鮮明的個性以及深刻的內涵。所以，開發結構的藝術性是非常重要的。結構的美在微觀上能夠看到西部節點的精細化處理;在中觀上表現為空間處理與結構構架之間有效結合;在宏觀上能夠反映出高層建筑的壯美。通常而言，根據結構的屬性可以將結構美分成三種:(1)科學理性美;(2)形式美;(3)感覺美。所以，在高層建筑設計中應該遵循開發結構藝術性的原則。

4高層建筑設計中應用結構思維的誤區

4．1虛假結構

一般而言，結構的內涵和形象要相一致，如果不相一致就證明結構是虛假的，也就是結構一定要發揮結構的作用，不然不僅會對觀者產生誤導，也會影響到專業人士。結構構件能夠使得建筑的韻律感、虛實感不斷增強，還會使得建筑構圖更加豐富。當前我國高層建筑設計中，有許多建筑物和建筑主體物任何結構聯系，這些構件不但制作較為粗糙，就連從人的一般視點去觀察，也會發現存在嚴重的比例失調問題，其不僅沒有發揮美化造型的功能，還使得建設成本大大增加。

4．2忽略經濟性

所謂的經濟性就是指節約資源，把實現結構的經濟性是高層建筑設計中的重要內容。建筑設計師應該要求將建筑設計做得既實用又經濟。但現在許多高層建筑為了取得較為震撼的視覺效果，在進行設計時，只追求標新立異，忽略結構邏輯，大大增加了建設的成本。

4．3忽略藝術性

高層建筑設計中，注重設計的藝術性是非常重要的。唯有具有藝術性的高層建筑，才能夠使得人們在審美上產生共鳴。但是，現在許多高層建筑設計單單追求結構體系自身的造型能力，往往忽視了構件尺度、構件間連接方式以及構建形式等，使得高層建筑設計較為粗糙，缺乏藝術性。

5結束語

綜上所述，結構思維的應用對高層建筑設計的合理性與科學性具有非常重要的影響。但是，現在結構思維在高層建筑設計中仍然存在一些誤區，這就需要相關人士予以相應的探討與研究，采取適當的措施，使得結構思維在高層建筑設計中切實發揮積極作用。

作者：劉詩佳 馮燕