浅谈高层建筑设计

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　　摘要 随着社会与经济的迅猛发展，尤其是城市化与建筑用地的紧张，高层建筑应运而生。本文将对高层建筑设计的原理，结构特点等方面加以分析论述，以确保高层建筑的安全性，总体效益和使用的舒适性。
　　关键词 高层建筑设计原理特点
　　一、高层建筑设计原理
　　高层建筑外部造型设计如果只追求新颖，表现自我，整个城市会显得十分会乱，因此，对高层建筑的外部尺度的研究是很有必要的。高层建筑设计时，不能只重视建筑本身的外部造型，还应该充分考虑人的因素，使高层建筑使用亲近度增加。不论是从宏观的城市环境，还是微观的材料质感的设计，都要有良好的尺度感。高层建筑的外部尺度通常有以下几种:城市尺度、整体尺度、街道尺度、近人尺度、细部尺度。
　　
　　1、高层建筑设计中的外部尺度
　　
　　（1）城市尺度
　　高层建筑是城市重要组成部分，对城市的发展有着不可替代的作用。高层建筑对城市各构成要素也产生重大的影响。要考虑到高层建筑的位置、高度的确定，还要充分的考虑到该城市的尺度、传统文化，如果不注意或者选择不恰当会对城市产生不良的影响，甚至会改变城市传统的历史文化，城市间各构成要素之间有机协调的比例关系也会失去平衡。
　　（2）整体尺度
　　整体尺度是指高层建筑各构成部分，设计师应该十分注意整体尺度的把握。关于建筑的整体尺度的均衡理论多种多样，但都强调整体尺度均衡的重要性。因此，建筑物的整体尺度的掌握十分重要，在设计时需要注意的是：高层建筑一般由裙房、主体和顶部组成，只有很好地处理了这几个部分之间的尺度关系高层建筑才能设计的更完美，这三个部分尺度有一个统一的参考系标准；高层建筑各具体部分划分是以整体尺度为基础的，尺度应该具有等级性（3）街道尺度
　　街道尺度是指高层建筑临街面的尺度对街道行人的视觉影响。这是人对高层建筑近距离的感知，也是高层建筑设计中重要的一环。临近街道的高层建筑部分的尺度确定，街道行人的舒适度是首先考虑的问题，高层建筑主体尺度过大，易向后退，使底层的裙房置于沿街部分，使得高层建筑对街道的压迫感减少。 为了保持街道空间的连续开阔，高层建筑临街面应与沿街的其他建筑保持一致。
　　（4）近人尺度
　　近人尺度是指高层建筑最底部分及建筑物的出入口的尺寸给人的感觉。这部分是人们对建筑物直接感触的重要组成部分。其尺度设计应以人的尺度为参考标准，过大或过小都不合适，过大使建筑的亲近性不足，过小则使建筑的尺度感减小，建筑犹如玩具。对入口部分及建筑周边空间加以限定，创造一个由街道到建筑的过渡缓冲的空间，使人的心理有一个逐渐变化的过程。
　　2、高层建筑外部尺度设计的原则
　　（1）建筑与城市环境在尺度上的统一
　　高层建筑布置时，要充分考虑到对城市轮廓线的影响，因为在城市轮廓线的组织中，建筑物起的作用很大，尤其是高层建筑。高层建筑的布置应遵行有机统一的原则：高层建筑集中布置，可以形成城市的“冠”，可以采用一系列不同的高度以避免相互之间的干扰，或虽采用相近的高度，但彼此之间要保持适当的距离。单栋高层建筑也可以布置在道路转弯处，以丰富行人的视觉观赏；假如高层建筑彼此间毫无关系，杂乱无章，和谐整体感就会很差，给人的感觉也不丰富；高层建筑的顶部不应或尽量减少雷同，因为轮廓线的优美感会受到极大地影响。
　　（2）同一高层建筑形象中需要有序的尺度
　　高层建筑设计时，应充分考虑建筑的城市各方面的尺度设计，在某一尺度设计中要保持尺度的统一性，切忌把几种尺度混淆使用，切实保证高层建筑物与城市之间、整体与局部之间、局部与局部之间及与人之间良好的和谐统一。
　　（3）高层建筑形象在尺度上应该具备可识别性
　　高层建筑物上要有一些局部形象尺度，以便使人把握其整体大小，除此之外，建筑物的体量可以用一些屋檐、台阶、柱子、楼梯等来表现。
　　二、高层建筑设计的特点
　　1.高层建筑结构设计的特点
　　 高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比，结构专业在各专业中占有的位置更重要，选择不同的结构体系，将会对建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等产生重要的影响。主要特点表现在以下几个方面：
　　（1）设计主要因素是水平力
　　 在低层和多层房屋结构中，结构设计大多是由重力为代表的竖向荷载控制。而在高层建筑中，起着决定性作用的是水平荷载。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。对一定高度建筑来说，竖向荷载基本上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而不同。
　　（2）侧移成为控指标
　　和低层或多层建筑相比，高层建筑结构设计的关键因素是结构的侧移。随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形迅速增大，与建筑高度H的4次方成正比（△＝qH4/8EI）。此外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大，在设计中结构的强度和抗推刚度都是要特别注意的，在水平荷载下产生的结构侧移应被控制合理的范围内，否则会出现因侧移产生较大的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌;使居住人员感到不适或惊慌;.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运行;使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏等情况。
　　（3）抗震设计有较高的要求
　　高层建筑结构设计需要有抗震设防的，除要考虑一般的竖向荷载、风荷载外，还必须考虑到结构抗震性能要好，做到小震破坏不了、大震不倒塌。
　　（4）减轻高层建筑自重很重要
　　和多层建筑相比，高层建筑减轻自重更为重要。从地基承载力或者桩基承载力的角度考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施。地震效应与建筑的重量成正比，提高结构抗震能力的有效办法就是减轻房屋自重。高层建筑重量过大，由于用于结构上的地震剪力大和重心高地震作用倾覆力矩大，在地震中更容易倒塌
　　（5）轴向变形是不容忽视的问题
　　高层建筑在采用框架体系和框架――剪力墙体系时，框架中柱的轴压应力一般大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
　　
　　 （6）概念设计与理论计算同样重要
　　 抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算，随着分析手段的不断提高以及原则的不断完善，取得了一定的成效，由于在一定的假想条件下进行的加上地震作用的复杂性和不确定性以及地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，最后的理论分析计算和实际情况可能还是差很多。实践证明，把握好高层建筑的概念设计也是非常必要的。
　　
　　三、高层建筑设计应注意的几个问题
　　1、高层建筑尽量避免密集集中
　　高层建筑的密集虽然有利于城市办公，但是从城市空间的发展来说是不利的，给城市空间的发展造成一定的压力，造成城市交通的拥挤，甚至是一些无法想象的污染和危害，例如一些高层建筑大面积使用玻璃幕墙会造成光污染；也会造成高压风带和风的形成等等。因此在规划设计中要严格限制高层建筑的密度，避免高层建筑的集中分布．
　　2．高层建筑在城市中商业发达的地段分布比较广泛，这些地段的街道本身交通荷载就较大，高层建筑的分布将使这些街道的交通压力进一步加大，分布在这些街道两侧的高层建筑要尽量控制其层数和高度，同时在规划设计时要对这些街道进行扩展，保证其通行能力．
　　3 在数量上控制超高层建筑
　　 超高层建筑往往作为城市的象征性和代表性而存在，实际上这类建筑既不经济又不合理，实践证明，一些已建成的超高层建筑在使用后收益并不乐观，可以说仅仅是体现城市形象，提高城市知名度的一种方式，切忌不能过分追求．
　　 总之，影响高层建筑的设计因素很多，设计师在设计高层建筑中充分地把握各种尺度，结合建筑设计的原则和特点，坚持质量优先，兼顾实用和效益，一定能将高层建筑设计的更完美。
　　

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