论高层建筑结构体系与造型艺术

杨振东

（哈尔滨工业大学建筑设计研究院，黑龙江，哈尔滨，150000）

论高层建筑结构体系与造型艺术

杨振东

（哈尔滨工业大学建筑设计研究院，黑龙江，哈尔滨，150000）

高层建筑是当今社会重要组成部分。结合多年的实际工作经验，阐述高层建筑设计理念及要求

前言；高层建筑结构几种形式；结构形式对建筑造型的影响；高层建筑造型

前言：

高层建筑形式在古代就已有了，早在公元前五百多年的古巴比伦曾经建造了现在号称世界七大奇迹之一的“空中花园”，根据记载，其形式非常之华丽壮观，放置在任何空间之中都可以说是一道绝美的风景。近代随着科学技术的发展，尤其是钢铁、电梯的出现以及钢筋混凝土的应用，为高层建筑发展创造了前所未有的机遇，高层建筑也成为城市空间中一道风景，其中以美国的高层建筑发展最为活跃，如1885年的芝加哥家庭保险大楼被公认为第一幢摩天建筑，而纽约的曼哈顿区更是高楼云集；近年来我国的高层建筑也发展迅速，如上海的金茂大厦88层，高420.5米。随着结构理论和技术的发展，高层建筑结构形式趋于多样化，高层建筑的表现形式也多种多样，但随之所带来的弊端也越来越多的表现出来，在成为城市风景的同时如何恰当的融入城市空间成为高层建筑设计的一个重要任务，也是使高层建筑设计趋于完善所追求的一种理念。

一、高层建筑几种结构形式

1、框架结构

整个结构的纵向和横向全部由框架构件组成的结构成为框架结构。框架既负担重力荷载又负担水平荷载。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可提供较大的内部空间。但由于结构属于柔性结构体系，在水平荷载作用下，强度低，刚度小，水平位移大，在高烈度地震区不宜采用。目前，主要适用于10～12层左右的商场，办公建筑。如果过高，就要靠加大梁，柱截面来抵抗水平荷载，从而导致结构的不经济，因此在高层建筑的使用时应该重点考虑。

由于框架结构能够提供较大的内部使用空间，因而建筑布置灵活，能够适应多种建筑功能的需要。此外，框架结构的赶件类型少，构造简单，施工周期短。所以，对层数不太多的高层建筑来说，框架结构是一种应用比较广泛的结构体系。从技术经济的角度考虑，框架结构一般仅用于 30层以下的高层建筑。

2、剪力墙结构

剪力墙结构中竖向承重结构全部由一系列横向和纵向的钢筋混凝土剪力墙组成，剪力墙不仅承受重力荷载作用，而且还要承受风，地震等水平荷载的作用。同框架结构相比，该结构测向刚度大，侧移小，属于刚性结构体系。从理论上讲，它可建造上百层的民用建筑（如朝鲜平壤的柳京大厦）；但从技术经济的角度来讲，地震区的剪力墙一般控制在35层，总高110米为宜。由于剪力墙的间距比较小，一般为3～6米，所以建筑平面布置不够灵活，使用受限制。像高层公寓，高层宾馆等空间要求较小，分隔墙较多的建筑比较合适采用这种结构。近年来，随着结构水平的不断提高，剪力墙的间距逐步扩大为6～8米，从而，使剪力墙结构在高层住宅，高层办公建筑中也获得更多的应用。

二、高层建筑造型设计中，结构构件如何影响造型构成

高层建筑的竖向布置原则是沿竖向，结构的强度与刚度宜均匀，连续，避免有过大的外挑和内收；不应突然变化，不应采用竖向布置严重的不规则的结构。尽量使重心降低，顶部突出部分不能太高，否则会产生端部效应，搞振型的影响明显加大。各层刚度中心宜在一条竖直线上。结构宜设计成刚度下大上小，自下而上逐渐减小。下层刚度小，将是变形集中在下部，形成薄弱层，严重的会引起建筑的全面倒塌。实际工程设计中，往往沿竖向是分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级，这种改变使刚度发生变化，形成自下而上递减。从施工方便来说，改变次数不宜太多；但从结构受力角度来看，改变次数太少，每次变化太大，则易产生刚度突变。所以一般沿竖向变化不超过4次。每次变化，梁柱尺寸宜减少100～150mm，墙厚宜减少50mm，混凝土强度宜减少5MPa。最好尺寸减少于强度降低错开楼层，避免同层同时改变。

楼板除传递垂直荷载外，还是传递水平荷载保证结构协同工作的关键构建。所以在结构设计上，要使楼板具有较大的平面内刚度。而在实际高层建筑中，也要求具有足够的平面内刚度，以保证建筑物的空间整体稳定性和有效传递水平力。应当强调指出，保证协调工作是靠楼板而不是靠梁，因而必须保证楼板在平面刚度为无穷大，保证其在墙，柱，梁上的支承可靠。否则，理论分析前提将失去保证。在楼板布置时，应尽量采用正体现浇。高层建筑超过50米的框剪结构，筒体结构和复杂的高层结构应采用现浇楼盖结构。这些结构由于各片抗侧力结构刚度相差很远，因而楼板变形更为显著。

三、高层建筑造型

高层建筑的造型，由于不同建筑艺术流派主张，不同机能，不同民族，不同欣赏层次，是多元化的，形式千变万化。但是，它必须按照美的规律来创造。就建筑造型来说，就是要按照形式美原则去设计和推敲。所谓形式美，就是从普遍的造型活动中，单独抽出造型形式作为自己研究对象的审美科学，已成为形式构图学，是近代审美与人类实践活动的纵深方面的产物。正确运用建筑造型与构图原理，能取得视觉的平衡，给人以均衡的感觉，是人感到寓于建筑之中的韵律感，这种感觉类似于某种音乐的效果。不规则构图手法是造型中常用的手法。它是在统一的变化中追求不规则的效果，这种形式虽然在形的视觉上是不平衡的，但是在整体的视觉效果上又是平衡的。它给人以动的稳定感和富于变化的个性的形态表现。

科技与艺术并不是不可调和的两个矛盾，科学技术的不断进步保证了艺术理想的逐一实现。而艺术自由放纵的想象力，超乎现实之上的臆想和不拘泥于实际的，是激动人心、激发人们梦幻的力量！以科学技术为基础而建筑起来的高层建筑在城市之中起到激励人心的作用，不正是科学与艺术的结晶吗？日趋完善的科学技术不仅在本质上体现着理性之光，更在表现形式上体现着浪漫之美。

高层建筑冲天而起，自豪而自由地飞翔，刹那间，我们的精神也因这壮丽奇景而升华。

TU186

1674-3954（2011）03-0030-01