探讨高层建筑设计的各个环节

宗顺纪

术、技术等多方面。现如今，随着城市的高速发展和竞争强度的加剧，建筑界的多派别理念和变异的风格逐渐走向殊途同归，城市地标建筑的含义变得模糊和淡化，高层、超高层建筑也逐渐变得类同。由于建筑功能特点、周围环境和人文历史风俗的不同，建筑物仍然会有它自己的地域差异和自身的时间性。建筑设计不必拘泥于风格和形式，按现时的需求来创新才会富有生命力。

关键词：高层建筑 设计 结构

一、关于高层建筑外围设计

（一）整体规划

1、避免高层建筑密集

高层建筑的密集虽然对于城市办公等条件方便有利，却给城市空间带来很多压力，造成空间和交通的拥挤，甚至是一些始料不及的污染和危害。如玻璃幕墙的大面积使用，造成以前未出现过的光污染。因此，在规划设计中要对区域内的高层建筑密度进行限制。

2、高层建筑与城市街道

高层建筑一般分布在城市中商业发达的地段，这些地段的街道本身交通荷载就大，高层建筑将大大增加这些街道的交通压力，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。

（二）建筑尺度设计

1、城市尺度

高层建筑是一座城市有机组成部分，其体量大、高度大。从对城市整体影响的角度来看，表现在高层建筑对城市天际轮廓线的影响。因此，高层建筑尺度的确定应与整个城市的尺度相一致，而不能脱离城市、自我夸耀，不利于优美、良好天际线的形成，直接影响到城市景观。

高层建筑对城市局部或部分产生的影响，是指从市内比较开阔的地方，如：广场、干道、绿地、开放的水系所看到的天际线，也直接影响人民的日常生活。

高层建筑对城市各构成要素也产生重大的影响，高层建筑的位置、高度的确定也应充分考虑该城市尺度、传统文化，不当的尺度会对城市产生不良的影响，改变了城市传统的历史文化，也改变了原来城市各构成要素之间有机协调的比例关系。

2、整体尺度

整体尺度是指高层建筑各构成部分，如：裙房、主体和顶部等主要体块之间的相互关系及给人的感觉。整体尺度是设计师十分注重的，关于建筑的整体尺度的均衡理论有多种，但都强调整体尺度均衡的重要性。面对一栋建筑物时，人的本能渴望是能把握该栋建筑物的秩序或规律，建筑物的整体尺度的掌握是十分重要的。

主体设计

高层建筑一般都具有一定的代表性和象征性，可以反映一个城市的经济水平和发展程度，所以选择合理的造型就显得尤为重要。高层建筑由于其结构形式的限制以及使用功能的要求，在造型上往往追随于建筑的结构形式，而不能有太多的变化，有的高层建筑甚至直接将结构形式外露不加修饰。现今国内外的许多高层建筑都有着独特的外形和明显的识别性，因而对一个城市具有一定的代表性，这可以说是高层建筑存在的一个原因。

主体最上部分——屋顶，对整个建筑形象起到强化个性的作用，虽然它较少影响到生态环境，但对塑造建筑的标志性、丰富城市天际线具有重要作用，因此，应根据建筑的基座、楼身等因素加以塑造。

主体下部——裙房，虽然对整个城市影响较小，但对于街道的尺度和人性化空间的创造等方面却有着重要的影响。而建筑的裙楼立面设计一般不同于上部立面，需要进行细致的设计，从而使下部分空间丰富多彩，并且要体现出尺度。因裙房部分跟公众视觉接触较密切，对街道空间感影响也较强。

二、关于高层建筑内部结构设计

高层建筑结构受力性能

对于低层、多层和高层建筑，竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的。但随着高度的不断增加，竖向结构体系成为设计的控制因素。主要原因有：1、较大的垂直荷载要求有较大的柱、墙或者井筒。2、侧向力所产生的倾覆力和剪切变形要大得多。与竖向荷载相比，侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的，而是随建筑高度的增高迅速增大。在高层建筑中，不仅是抗剪问题，更要注重整体抗弯和抵抗变形。

结构设计中的扭转问题

结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到“三心合一”，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的形式和布局。在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形等简单平面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，需要采用不规则L形、T形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许范围内。

（三）水平位移及位移限值

水平位移满足高层规程的要求, 并不能说明该结构是合理的设计。同时还需要考虑周期及地震力的大小等综合因素。因为结构抗震设计时, 地震力的大小与结构刚度直接相关, 当结构刚度小,结构并不合理时,由于地震力小则结构位移也小,位移在规范允许范围内,此时并不能认为该结构合理。一般情况下剪力墙结构的位移曲线应为弯曲型；框架结构的位移曲线应为剪切型；框—剪结构和框—筒结构的位移曲线应为弯剪型。

现行规范中将顶点位移与层间位移并重对待，经实践探索并参照国外经验，得出的结论为：高层建筑尤其是超高层建筑，顶点位移限值决定的不仅是其数值大小而且还有其振动频率，人的舒适感觉与振动频率有关而与振动幅度关系不大，即摆动频率不太高时就可满足人们的舒适度；其次，防止结构由于变形过大而可能遭受损坏或破坏的控制因素是层间相对位移，而其限值在现行规范中似偏严，可予放松。同一结构用不同的计算程序计算，如果其层间位移数值差异很大，则有可能是其“层间位移”内涵不同所致，有的是指楼层形心位移，有的则专指考虑楼层转动后的最大角点位移，后者通常比前者要大，形心位移对规则建筑有意义，而角点位移则更能反映结构楼层的真实位移，因此角点位移是结构工程师必须关注的一个数值。

三、 在设计过程中的应注意的问题

（一）抗风性

结构不稳定性破坏、疲劳破坏、过分变形以及围护结构的严重破坏都可以引起高层建筑的安全隐患。风灾损坏的主要形态之一是工程结构的损坏和倒塌，因此，工程抗风设计计算的合理和全面与否是工程安全的重要关键。

电气方面

1、消防电源与配电

高层建筑要求供电要求：供电电源必须是来自于两个不同的发电厂，保证一个遇到问题或者突发事件另一个也可以正常工作，从而确保建筑的正常运行。

2、应急照明

当高层发生火灾及其它灾害、故障时，导致正常照明系统中断而启用的照明，也称事故照明。应急照明包括疏散指示照明，即标志出口位置的出口标志灯和引导出口的指向标志灯，满足疏散通道的照明要求。应急照明的安装要合理人性化，应急照明主要安装在疏散楼梯、消防控制室、变配电室、防排烟机房的墙面上或者顶棚上。

3、电梯

电梯在设计中要保证位置合理，让电梯运行时的噪音不打扰用户的正常生活。电梯的最大荷载也要根据房屋结构作相应的调整，保证居住者在平时能方便出行。电梯在遇到紧急情况时要有方便快捷的方法使人迅速撤离。

（三）防火排烟

在楼道的设计上要保证人员的流动畅通，便于紧急情况时人员的疏散。有采光设施或者照明系统，让人员在疏散中能保证安全快速的撤离，已避免发生踩踏等其他伤害。合理进行防火分区。在高层建筑的楼道内消防器械、疏散通道必须有合理的分区，做到在火灾发生时，可以及时的采用灭火措施和人员疏散。消火栓的位置应保证同层任何部分由两个消防栓的水枪同时到达。

高层的火灾事故中，绝大多数的人员伤亡都是因烟气窒息、中毒，在不具备自然排风条件的封闭楼梯间，要设计在楼梯入口处设置阳台或者凹廊。保证在发生火灾时能排烟，降低人员的伤亡。现在设计中为了提高使用面积，采取消防电梯与居住用电梯合用，消防电梯前室与防烟楼梯前室合用，常采用防火门。

（四）防雷击

高层建筑防雷系统应该按照“综合治理、整体防御、突出重点、多重保护”的原则，充分利用高层建筑物的结构，将防雷措施做好，进行治理。利用结构中的主钢筋作引线，利用整个钢筋混凝土基础作接地装置。在建筑物周围用扁钢做避雷带。为了防止静电感应产生火花，建筑物内的金属物体和突出屋面的金属物均要接地。

四、结语

总之，高层建筑结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在设计这过程中出现的遗漏或错误都有可能对设计的结果产生重大的事故。因此设计人员要充分重视对高层建筑设计理念的探讨，进一步完善高层建筑设计理念，这样才能推动高层建筑设计健康的发展。

参考文献：

[1]邹一挥.现代高层建筑设计[J].华中建筑，2005(4).

[2]刘建荣.《高层建筑设计与技术》.中国建筑工业出版社