建筑方案設(shè)計

高層建筑方案階段的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計摘要：本文結(jié)合概念設(shè)計的原理，闡述了高層建筑方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則和應(yīng)考慮的問題，運用整體設(shè)計的思想處理結(jié)構(gòu)體系與建筑功能之間的矛盾。關(guān)鍵詞：高層建筑；方案階段；結(jié)構(gòu)體系；概念設(shè)計如果在設(shè)計一個空間組成方案的具體構(gòu)成時，沒有考慮它的結(jié)構(gòu)關(guān)系，那么由于結(jié)構(gòu)需要而對早期建立的概念進行大修改的可能性很大；反之，在設(shè)計這個空間單元時，就考慮空間體系的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，那么大修改的可能性就會減少，且能保證建筑方案的象征性與結(jié)構(gòu)做法上的整體性。這就是在建筑方案階段應(yīng)引入的結(jié)構(gòu)整體概念設(shè)計。1結(jié)構(gòu)整體概念設(shè)計結(jié)構(gòu)整體概念設(shè)計是結(jié)構(gòu)工程師在建筑方案階段，運用人的思維和判斷能力，從宏觀上構(gòu)思結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本問題，有效地選擇結(jié)構(gòu)體系，使之與建筑方案和使用功能相協(xié)調(diào)。概念設(shè)計的宗旨是在特定的建筑空間及環(huán)境條件下，用整體概念來考慮結(jié)構(gòu)的總體方案，在方案階段用概念性近似計算方法，迅速有效地對結(jié)構(gòu)體系進行構(gòu)思、比較與選擇。2結(jié)構(gòu)體系的選擇2.1結(jié)構(gòu)形式與特點在高層建筑方案階段，結(jié)構(gòu)工程師對建筑師提出的建筑體型、房屋高度、建筑平面和建筑功能進行分析，用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的基本方法（建筑結(jié)構(gòu)總體系作用分層次研究方法），尋找出一個符合建筑空間形式的最佳結(jié)構(gòu)總體設(shè)計方案，以滿足總結(jié)構(gòu)體系高寬比、抗傾覆、承載力和剛度的要求。高層建筑結(jié)構(gòu)體系除常用的框架、框-剪、剪力墻、筒體和板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)外，還出現(xiàn)了一些較新穎結(jié)構(gòu)體系，如懸掛、巨型、懸挑結(jié)構(gòu)等，為滿足各種使用功能要求創(chuàng)造了有利的條件。懸掛結(jié)構(gòu):是采用吊桿將高樓各層樓蓋分段懸掛在主構(gòu)架上所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。主框架承擔(dān)全部側(cè)向和豎向荷載，并將它直接傳至基礎(chǔ)。除主框架落地外，其余部分均從上面吊掛，可以不落地。

巨型結(jié)構(gòu):一般有矩形框架結(jié)構(gòu)和矩形桁架結(jié)構(gòu)。矩形框架結(jié)構(gòu)由樓、電梯井組成大尺寸箱形截面矩形柱，也可以是大截面實體柱，每隔若干層設(shè)置一道1～2層樓高的矩形梁。組成剛度極大的矩形框架，是承受主要水平力和豎向荷載的一級結(jié)構(gòu)；上下層矩形框架梁之間的樓層梁柱組成二級結(jié)構(gòu)，其荷載直接傳遞到一級結(jié)構(gòu)上，其自身承受的荷載較小，構(gòu)件截面較小，增加了建筑結(jié)構(gòu)布置的靈活性。緊靠上層矩形梁的樓層甚至可以不設(shè)柱，形成較大空間以滿足建筑需要。矩形桁架結(jié)構(gòu)以大截面的豎桿和斜桿組成懸臂桁架，主要承受水平和豎向荷載。樓層豎向荷載通過樓蓋、梁和柱傳遞到桁架的主要桿件上。矩形結(jié)構(gòu)亦稱“超級框架結(jié)構(gòu)”。

懸挑結(jié)構(gòu):是圍繞核心筒在各個方向作出懸挑，由核心筒承受所有的荷載，圍繞核心筒可創(chuàng)造出沒有任何垂直支撐的平面形式，使室內(nèi)空間的使用更加方便靈活。但建筑體型上大下小，形成了上層質(zhì)量大、剛度大，下層質(zhì)量小、剛度小的不合理分布，上部樓層產(chǎn)生很大的水平作用使底部中央筒體受力很大，使用時要慎重。2.2結(jié)構(gòu)形式選擇舉例在高層建筑方案階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計重點放在總體構(gòu)思，用近似方法分析基本性質(zhì)，把整個空間形式概念化布置作為總體空間結(jié)構(gòu)體系。下面舉例說明方案階段對高層建筑進行結(jié)構(gòu)體系的選擇。圖1所示的某13層辦公樓，建筑物兩邊各有9根柱，中央有一個6×12m的電梯和管道井筒。各樓層和屋頂?shù)呢Q向荷載（包括恒載和活荷載）主要通過柱傳到下層，核心筒也承受一部分。水平荷載有幾種不同的傳遞方式，試優(yōu)選結(jié)構(gòu)方案。圖1某辦公樓設(shè)計方案及整體分析方案1：僅由核心筒承受水平力，外柱僅承受大部分豎向荷載，不抵抗水平力，此時梁與柱可以是鉸接或其他連接。分方案礎(chǔ)2雀：要凱求縱匠橫兩涌個方磁向柱押和梁揮剛性妙連接慌形成?？蚣鼙P，來征抵抗偷縱橫糊兩個袋方向仁的水愛平力詠。此套時，榨電梯欺和管銅道井涉可采它用輕夠質(zhì)非滾承重震材料先。關(guān)方案久3沒：將燕建筑術(shù)設(shè)計激成由餓核心野筒和默框架葛共同影抵抗據(jù)兩個底方向課水平油力的賓框筒專結(jié)構(gòu)巡。水蓄平力毀通過撓水平至承重阻體系容（樓離、屋姥蓋）流的作甚用同廉時傳單給核桶心筒煌和框籃架。繭無論隊哪種駐方案巾，樓自蓋在測平面暫內(nèi)必由須大腔體是末剛性庭的，脾才能癥使豎鮮向構(gòu)磚件共筆同工督作。托我們索用近寄似估趕算法冬分析認(rèn)三種蓮方案貌的優(yōu)存劣（陳僅考形慮風(fēng)屠荷載坐），扔首先能應(yīng)用誕荷載卸面積恐法估芹算作及用在諒該建太筑物秋各個隔豎向訊構(gòu)件孝上的容豎向晝荷載撇（棍見赤圖叨1獨c宴）爹。把喚樓蓋虹和屋涼蓋的生面積蟲分成頓若干析區(qū)域淋，各資區(qū)域塵分別漏屬于縱某個停豎向存承重拴構(gòu)件伶（核毛心筒低或框啊架與柱慚）。軍計算桿出各技個構(gòu)污件承觀受的多活荷近載或跟恒載撕。本非例中梳，假挨設(shè)恒雁載為鵝7K槐N/悼m筆2缸，筆墻面娛所受散水平教風(fēng)荷舊載為拖1.淺4K賴N/欲m色2賓，則份核心珍筒所麥?zhǔn)艿膩砣孔诤爿d怕為7刺×忽1堂3衰×壇18凡×疤12拌=1墳96作56籠KN校；幕每一俱根柱蠟子所好承受戚的恒稀載為呆49似14罷KN埋，角恩柱恒微載慌為2肺45飲7郊KN龜。由趕于橫踏向受證風(fēng)面?zhèn)确e大諒，每哈榀框陵架柱箏子根興數(shù)少限，井酸筒尺嫩寸小懷，所遞以橫蜘向計啟算更雀重要出：年⑴蘋方案勉1減：井亡筒所禽受風(fēng)音荷載凍為1濕.4免×其48裳=6錢7.榴2K圈N/戀m纖，賀豎向蟻荷載枝為1州96隔5謊6莫KN佩，井棗筒墻男自重育為6扣KN灑/m鴉2默×偶4材6謎.8膛×闊(6扮+1屋2)游×危2=畢10謊10碑9襪KN臥，程則抵步抗傾她覆彎牢矩豎薯向荷茫載為積29陡7裝6纏5診KN杰。計蔬算出絞的合悅力偏械心距誠e=逗Mo夾v/瓣G=你67襯.2乒×境4穩(wěn)6色.8個×仔23毀.4丸/2謎9鳳7酷6攔5福=障2令.恰5扛m圓，燕超過澡核心遞筒境范圍蜂（見謀圖變1絨d鼻）巴，不網(wǎng)滿足獅穩(wěn)定酷要求橋。必袍須加笛強、吊加寬補基礎(chǔ)尊或采白取下巴部錨桐固，測才能胃避免艇基礎(chǔ)色向上斥抬起廁。賣⑵猛方案員2肅：由彎橫向茅框架幟承受批全部掘水平尸力，頂不考邁慮核栽心筒嗽。在拌一個剪方向殖風(fēng)荷臂載作止用下潮，總玩框架業(yè)一側(cè)青受壓悠，另馬一側(cè)牽受拉掀，可拆近似穩(wěn)求得延總壓縣力或影拉力成為4蜘08嘉8砌KN斑，捎由每窗側(cè)9俊根柱礎(chǔ)子平械均分屆擔(dān)4本08部8抬/9弦=蛾45謠4副KN異/柱粉＜2踐45般7慨KN針，比那每根門柱所翻承受暢的恒慌載要題小很嫁多，出基礎(chǔ)叫不會膝向上點抬起鐮，因蜓此方傘案垮2鞠比方脊案曾1顧好。逐⑶芽方案疲3讀：水概平力粒由核濕心筒雨和框但架同郊時承尊擔(dān)，特且按脫各自賠剛度額進行窯分配逗。須軍確定罵如核凈心筒康墻厚橋及臨梁、監(jiān)柱截蔬面尺非寸等囑。根圈據(jù)受嘗力特嚴(yán)點等餓綜合嚷分析果，考辮慮到死核心天筒能植抵抗緣局部臨樓層射剪力徑和減歐小樓禍層位鍬移，納框架蝴和核尋心筒帝組合援方案內(nèi)是最單合理遍、經(jīng)鐘濟的暮。缸3繞平面尚設(shè)計他高層尖建筑慨對內(nèi)隙部空初間的帆要求光，蘆因其齊使用擾性質(zhì)寄和功銜能不固同奮，決建筑貫平面級布置顛也隨頂之變筋化。斥小空但間平各面布造置方炒案僅核適用眠于住肆宅及館旅館丘；嫩辦公刑室要蚊求大辭小空旱間兼璃有宅；怪餐廳懶、商鞭場、惰展覽金廳則鞭要求吳有能蝴靈活弟分隔罰的大扮空間蜂；權(quán)舞廳懂、兩宴會全廳和混報告伶廳又莖要求文內(nèi)部歷為無低柱大床空間此，不澡同功造能要創(chuàng)求在藥方案嶄階段千設(shè)計謠支承絞平面辦時應(yīng)耗綜合負(fù)考慮戒。懸水平跌荷載意作用律下結(jié)軋構(gòu)側(cè)拌移捏是蕩高層莖建筑伶設(shè)計巧中的評關(guān)鍵賽控制愈因素進，濾如何詠在滿找足相侵關(guān)要寶求的浴前提嗚下選歌擇更獄好的襪抗側(cè)密力體腔系成盈為迎結(jié)構(gòu)巡工程挪師追外求的綠目標(biāo)玻，也拳是狂方案機階段亞的摩考慮仍重點究。建連筑平崇面的管形狀哭宜選爹用風(fēng)雪壓較享小的狀形式唉，血并考砌慮鄰扎近高測層建悔筑對些其風(fēng)本壓分扎布的貍影響化，刮還須樓考慮萍有利父于抵忙抗水冤平和顆豎向站荷載灶，受賤力明待確，送傳力桑途徑前清楚增。在奉地震哨作用繁下,洲建筑診平面噴要力設(shè)求簡建單規(guī)遵則、吼盡量席對稱越，風(fēng)掠荷載歸作用鮮下則隨可適皺當(dāng)放浩寬。旁因為趕結(jié)構(gòu)堅整體院彎曲玩變形暮所引邪起的鍬側(cè)移便與結(jié)哥構(gòu)體票系抵埋抗傾定覆力包矩的悲有效孝寬度商的三冶次方童成反涌比燦，教一般演應(yīng)將寧結(jié)構(gòu)噸的高忠寬比半Ｈ/銳Ｂ控疏制在成5～睡6以關(guān)下北，嫩當(dāng)設(shè)葬防烈坦度在會8度勻以上愁時傅，尋Ｈ/框Ｂ限咽制應(yīng)厭更嚴(yán)送格。址另外造，著建筑撿平面澆的長攻寬比幅也不譜宜過唱大斃（詳一般愈宜小泊于6?。?，防以避湊免兩茄端相盆距太籃遠(yuǎn)您，聲振動逼不同太步割，垂產(chǎn)生驚扭轉(zhuǎn)霉等復(fù)叼雜的喜振動垂，錯而使它結(jié)構(gòu)闊受到急損害緣。在柔規(guī)則灣平面師中尚，孕如果套結(jié)構(gòu)沿平面槐剛度慰不對借稱接，酷仍會丈產(chǎn)生額扭轉(zhuǎn)根。對絡(luò)任何厚平面樣形式稿的高升層建擊筑來企說都，敏其抗簡側(cè)力苗結(jié)構(gòu)店的布叔置原捆則都班是盡牛量使挽平面招的質(zhì)鉛量中合心接坦近于意抗側(cè)劈力結(jié)耕構(gòu)的掩剛度伴中心攝。由陣于質(zhì)憐量分兄布很座難做弟到均雖勻?qū)Q寨，拼在結(jié)光構(gòu)布淺置時寒，欄除要腳求各丟向?qū)ξ绶Q外勢，繼最好卵能具屑有較籠大的舟抗扭牙剛度搜，怒在滿快足建薦筑功躍能的侵條件璃下獵，釣把抗置側(cè)美力構(gòu)糧件從夠中心謊布置扶或久分散諒布置無，沈改為減沿建甘筑周頃邊或錦四個源角上傾布置不，將郊大大罩提高良結(jié)構(gòu)倉的抗劣扭能的力。其4蝴建筑己體型籮（豎博向）抖設(shè)計億4.儀1稼建筑趟體型趕選擇售原理巾在高憑層建塔筑方艇案階砌段要笨對多踩個建岸筑體俗型的洞結(jié)構(gòu)領(lǐng)特性足進行寇比較書分析規(guī)，選刮擇出掩合理奮的建啦筑體頓型以念滿足蔬高層居建筑昌抗側(cè)圈力和快剛度震的要露求。旗建筑心形式奪大多泉較復(fù)玻雜換,可悅將復(fù)幟雜的怒體形德分解桿成若網(wǎng)干簡蔑單體遙形，映分別蛛確定谷每個厲方案庸簡單勝體型另的風(fēng)童力及新地震尾作用領(lǐng)（總鞋剪力康、力袖臂及旋基底頂傾覆棕力矩梢），碌然后鄙將每吼個方器案的直簡單攀體型坦的風(fēng)鋼力、趕地震炒作用陽疊加換，即拳可得織到每扁個方刑案的筍總風(fēng)傷力、繼總地修震作鞠用及艇相應(yīng)睬的傾湯覆力互矩。點分析段比較敢各方刊案，蘆就可搭選擇宿出較舉合理路的建格筑體咸型。者抗震臨設(shè)計傾規(guī)范表對建斤筑體擔(dān)型作冷了相絡(luò)應(yīng)規(guī)甚定：拆建筑杯設(shè)計泳應(yīng)符擇合抗莫震概恰念設(shè)壺計的含要求準(zhǔn)，不搖應(yīng)采贈用嚴(yán)遷重不答規(guī)則舅的設(shè)勁計方膽案；蘇在一趴個獨謠立結(jié)產(chǎn)構(gòu)單嘩元內(nèi)田，平報面布翠置力倉求簡辱單、腰規(guī)則裝、對否稱，幣避免損應(yīng)力勇集中恩的凹斯角和字狹長臘的縮桌頸部兇位；污豎向忘體型簡盡量擠避免拐外挑敘，內(nèi)美收也迫不宜摧過多呼，力指求剛姨度均叨勻、觸漸變憤，避血免產(chǎn)聲生變貿(mào)形集優(yōu)中。懸4.艘2、辰豎向冷傳力惡體系其設(shè)計卸建筑習(xí)的空街間形拖態(tài)是貿(mào)由結(jié)輸構(gòu)傳包力體睡系支陳撐的放。傳換力體飼系的饞剖面種形式房直接基反映軍結(jié)構(gòu)池豎直休荷載耗傳遞倒的路互徑績，遙也關(guān)洞系到偷建筑勺物的些使用串性能懂。從法高層做建筑惡的受按力合稻理性陸講將，付應(yīng)注箏意以患下幾封點:母⑴稈注意妻控制癥建筑晃的高票寬比邊。奇⑵赤高層妄建筑即的抗押側(cè)力謠結(jié)構(gòu)退剛度勇，感應(yīng)注律意由竊基礎(chǔ)斷向頂節(jié)層逐壞漸過麥渡邁，吧盡量的避免扇出現(xiàn)口豎向師剛度興突變倍的現(xiàn)輕象毀，裝以免煌剛度脆的較孩大突歇變而嘆削弱豪其抵貴抗水魚平荷氏載的缺能力紙。盜⑶抽由于溉使用卷上的肌要求礙造成蹦剛度掩變化膠特別柱大狹，香或結(jié)開構(gòu)布在置發(fā)鐮生變居化時矮，揀則必卻須設(shè)棚置結(jié)侍構(gòu)轉(zhuǎn)顆換層汗。刮⑷賠高層拘建筑赤必須觀有相懶應(yīng)的汗錨固感深度膽，答可結(jié)久合設(shè)駐備用招房和仰地下酷車庫處的需味要布及置音，鈴作一業(yè)層或殖多層拘地下舒空間五，破對降良低高叼層建踢筑的謝重心炎有利燦，根提高盆建筑火抗震旦能力蹲及抗川傾覆框能力服。袍4.付3竟豎向祖形體賤設(shè)計算采用揉對側(cè)例向力斃不太基敏感嗽的房棉屋形幻狀破，該利用疫它的修幾何短形狀脅所具縱有的源力學(xué)仙優(yōu)點柜，配使結(jié)島構(gòu)較先為有衣效或腹造價傷較低數(shù)而房海屋又鹽能造碰得較亞高吳，公是現(xiàn)帥代高到層建富筑創(chuàng)鬧新的股一種祖途徑侵。剝⑴沙截錐嫩形:路采用本由上曠而下隨分段盡逐漸竄減小鴉樓層跨面積摸的秩階梯繪狀體針型臺，確能使尾房屋艘剛度燒大大田增加末。由浙于房爹屋頂壘部的魂樓面比尺寸夕比底業(yè)部小料，潑除在茂建筑俗使用磚功能備方面妙存在界優(yōu)點競外妹，統(tǒng)在抗貍風(fēng)和圣抗震丑方面躬也具樹有一章定的宵優(yōu)越套性。聽⑵桿上窄嘴下寬乞形:份高層鄭建筑貼隨著遲高度惡的增跑加在制符合符豎向譽結(jié)構(gòu)戲的要治求下魂，或樓身核向上辱不斷便收進胖與變衣細(xì)叨，找可減煙輕承蒜受的誤風(fēng)力缺，面降低限樓體謹(jǐn)?shù)闹貚{心柿，增糞強結(jié)崇構(gòu)的結(jié)穩(wěn)定哀性。晴這種坐形體賄主要岡包括構(gòu)上削燭楔形存體和溝退縮陸體。藏上削父形體畏、楔爪形體愧利于安抗風(fēng)漿、抗妄震甩，稼并呈雅穩(wěn)固矩堅韌喉的特駕性。山退縮親性的疼形式杠比較膏多樣浮，馬有收愈進式足、截躲切式意、臺亦階式散。把繡啊⑶師新月路形:晨新月荒形就沃像一姻個豎再向的匯懸臂悟殼體慌一樣邁，思能有偷效地囑增加某它澤抵顛抗側(cè)爪向力曾的剛鏟度譜，悲它的凡作用覆就像謎波形猶的屋曉面殼錢體能吃有效倆地抵區(qū)抗重揉力荷宵載一筋樣。需重力來荷載粱由柱揉—殼顯—框慨架承楊受晉，無側(cè)向凳荷載料由豎斯向的華殼體隔抵抗段，仍殼體娛由于鑄樓面露結(jié)構(gòu)述的加話勁作書用而臺得以錢加強花。新績月形變的殼販體形教式能域有效葵地低惑抗對釘稱作錘用與鏈它的縮側(cè)向南力。益但是登，道當(dāng)荷鳳載不呢對稱塌時效芒能較黨差激，并瓦將產(chǎn)攀生扭薪轉(zhuǎn)應(yīng)湖力。慶此智外還繪可將慕立面救布置領(lǐng)成折并板形易等曲錄線形頂式。碎4.恭4設(shè)波置結(jié)汪構(gòu)轉(zhuǎn)帆換層得和加佛強層蔑現(xiàn)代區(qū)高層冬建筑短向著問多功舅能、損綜合結(jié)用途柄發(fā)展鳳。常碼將諸肯多需喉求組塘合成岸一幢動多功泡能的最建筑群。不軍同功煮能用鮮途的生樓層壩需設(shè)緒計不色同的菜結(jié)構(gòu)減形式尚。上饞部需捧要小回開間鋤；晌中部飽則需叛小的金或中換等大斑小的格空間恢；論而下渡部則夕要求駛有盡虜可能淋大的寶、能蠶自由衣靈活屯分隔磨的大杰空間著。高史層建純筑下姥部樓雖層受貧力大播，是要求奴剛度慘大牢，玉應(yīng)是欺墻多匙柱密祖，猶這就魄使得尿結(jié)構(gòu)挎的合攪?yán)硇岳锱c建疑筑功攜能需殲要正站好相檢反。蟲因此鞏應(yīng)伙設(shè)計屬結(jié)構(gòu)穴轉(zhuǎn)換絲層(添如籮厚板狹轉(zhuǎn)化吊層、扇巨型故梁轉(zhuǎn)掩換層子、巨恢型桁善架轉(zhuǎn)點換層乏等)平來解浩決上朽述矛保盾。成在層千數(shù)很賓多、伴高度不很大刑的建宵筑結(jié)址構(gòu)中魂，伶不可垂避免魯要遇槍到兩棒個問賊題:高結(jié)構(gòu)盡在水應(yīng)平力綱作用朝下水緊平位饅移過流大集；俘中