建筑空間拓展思路探析

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本文作者：鄭飛恒 單位：中國建筑技術集團有限公司浙江建筑設計分院

高層結構不僅要有效地傳遞水平荷載，而且，其頂端的水平位移必須受到控制。這種具有很大剛度的抵抗力水平荷載的結構，在高層建筑中稱之為“抗側力結構”。與上述情況不同，對于中跨，大跨和超大跨建筑來說，豎向荷載，主要是屋蓋自重，始終是控制結構設計的主要因素。在中，小跨建筑中，屋蓋的結構類型及其形式可以有各種各樣的變化，大跨度屋蓋的結構形式則受到較大的限制，而能覆蓋超大跨建筑的屋蓋結構形式便寥寥無幾了。

與空間擴展相適應的不同結構體系

從結構的整體受禮特點來看，在高層建筑中，結構構思必須突出地注意如何解決抵抗水平荷載的問題；在大跨建筑中，結構構思則必須著重地研究如何克服屋蓋結構中可能產(chǎn)生的巨大彎距，以及由此而帶倆的結構自重等問題。為了適應空間擴展由低層到超高層，由小跨到超大跨而帶來的結構整體受力狀況，受力特點的變化，結構傳力系統(tǒng)不斷地由低級形式向高級形式演進，發(fā)展。筒體體系是建筑徹的使用空間向垂直方向擴展后，適應其結構整體受力持點的合乎邏輯發(fā)展的必然結果。外簡體常由間距1--3米的密排柱和墻梁聯(lián)結組成，而內簡體則直接利用電梯間、樓梯間、管道豎井或內柱等。簡體組合形有多種變化。

高層結構的整體受力特點對建筑平面--空間布局的影響

為了有效地解決抵抗水平荷載的問題，高層建筑的平面一空間布局應體現(xiàn)以下一些設計原則：

高層建筑的平面安排應有利于抗測力結構的均勻布置，使抗例力結構的剛度中心接近十水平荷載的臺力作用線，或者說，力求使建筑平面的剛度中心接近其質量中心，以減小水平荷載作用下所人生的扭矩。在一般情況下，風力或地震力在建筑物上的分布是比較均勻的，其合力作用線往往在建筑物的中部。如果抗側力結構，如剛性井簡、剪力墻等分布不均勻，那么，臺力作用中心就會偏離抗側力結構的剛度中心，而產(chǎn)生扭矩。因此，建筑物就會繞通過剛度中心的垂直軸線扭轉，致使抗側力結構處于更復雜的受力狀態(tài)。對于框架——剪力墻體系來說，只有剪力墻的均勻布置，才能避免結構平面內出現(xiàn)剛性部分與柔性部分的顯若差異，才能保證水平荷載按各垂直構件的剛度來進行分配，使剪力墻真正能承受絕大部分的水平行載。由此可見，在高層建筑中，簡潔而對稱的平面設計對于合理布置抗側力結構是比較有利的。北京民族文化宮中部68米高的方形塔樓，結合平面設計呈中心對稱和高塔造型堅挺有力的特點，在四個角上很勻稱地布置了L形鋼筋混凝土剛性墻。

出于建筑藝術方面的原因，高層建筑的平面設計有時也要突破簡單規(guī)整的幾何形式。賴特設計的著名的普賴斯塔樓(PriceTower)巧妙地將剛性墻體布置成風車形，使得空間和體形突破了簡單幾何形式的束縛。建筑師必須掌握按抗側力結構布置的力學原則與建筑功能要求來綜合考慮空間組合的基本技巧。

高層建筑的剖面設計應力求簡化結構的傳力路線，降低建筑物的重心，避免在豎向上抗側力結構的剛度有較大的突變。如何布置太空間廳室是高層建筑剖面設計中的一個重要問題。在高層建筑的底層設置高大的廳室。如宴會廳、交誼廳、餐廳等，一方面會使結構傳力復雜，要以斷面尺寸很大的水平構件來承受上面各層的豎向荷載；另一方面，也會使建筑物重心上移，對高層結構抗傾覆不利。半層數(shù)很高而不宜采用一般框架結構體系時，底層大空間則又會與剪力墻、剛件筒體等的布置發(fā)生矛盾。因此，在這種情況下，一般都將大空間作脫開處理，使大廳空的結構布置與高層主體相對獨立。運用這種手法可以取得體量對比，輪廓線豐富的建筑藝術效果。當廳室空間不是很大，而地段用地又緊，作單層脫開處理有困難時，也可以采用框支剪力墻結構(不考慮抗震設防)，即將底層部分做成框架。在高層建筑的項層設置大廳空間，其屋頂?shù)乃匠兄亟Y構比較容易解決。但當考慮抗震設防要求時，以不在頂層設置較大廳室而使剪力墻豎向貫通建筑全高為好。

高層建筑的體形設計應力求簡潔、勻稱、平整、穩(wěn)定，以適應高層結構的整體受力持點。簡潔的建筑體形可以保證高層結構的組成單一、受力明確，有利于抵抗水平風力和地震力。實踐表明，平面外形復雜，高低懸殊很大或各部分有剛度突變等，都是導致震后開裂的因素。出于建筑功能要求或建筑空間體量構圖方面的原因，建筑平面或立面的形狀比較復雜，或結構剛度截然個同時，應以抗震縫分成幾個體形簡單的獨立單元。高層或超高層建筑的體形應合利于抗側加結構的穩(wěn)定。為廠增強抗側力結構的穩(wěn)定性，高層和超高層建筑的體形設計多采用如下手法；使高層或超高層建筑的底部逐漸擴大。一般常結合底層太空間的布置而采用傾斜的框架結構。使高層或超高層建筑的上部逐層或跳層收束。這種收束可以是對稱的(如紐約帝國大廈),也可以是不對稱的(如芝加哥西爾斯塔樓)。使高層或超高層建筑由下至上逐漸收分。高l00層的芝加哥約翰•漢考克大廈明顯地反映丁古埃及建筑那種穩(wěn)定墩實的體形待征，它比不收分的矩形柱狀塔樓可以減少10~50%的測移。在現(xiàn)代城市規(guī)劃設計理論中，A字形、金字塔形等結構形式，也被利用來探求各種新型的居住生活單元了。這里，結構的穩(wěn)定體形是與空間的組織和利用緊密聯(lián)系在一起的。

結語

文章結合筆者實踐經(jīng)驗，對建筑空間結構的擴展與結構受力之間的關系進行了深入探討，可以預測建筑物的這種空間擴展對現(xiàn)在結構技術的創(chuàng)造與運用，產(chǎn)生了極其深刻的影響。