结构建筑学视角下的商业综合体中庭空间结构设计研究

李佳熹 赵亚琛 唐梦莹

1.米兰理工大学 意大利 米兰 20131 2.天津大学 天津 300072 3.哥伦比亚大学 美国 纽约 02135

1. 结构建筑学的提出

结构建筑学是以结构主义思维方式为基础，以结构理性主义为原则，渗透结构、暖通、电气等各工程设计需求并以之为创新触发媒介的建筑设计理念。意大利建筑师奈尔维在建筑设计的过程中发明了钢丝网水泥壳体技术并发展了预应力混凝土技术，日本建筑师丹下健三设计完成了代代木国立体育馆，在此设计中建筑空间与屋顶桁架的契合解释了建筑结构合理性的问题。

2. 中庭空间结构设计

商业综合体中庭空间的定义为上下垂直连通的，有一定的自然采光的室内空间。由于商业综合体建筑功能的定位，结构构件在竖向的布置极为有限，因此在设计时对于不同方案建筑师应综合考虑结构设计的影响。

2.1 安全性设计

建筑结构的安全性是建筑方案设计得以实现的前提条件。商业综合体中庭空间设计时首先需要考虑悬挑环廊的安全性，其主要取决于荷载的大小以及构件（梁）悬挑的长度。为了达到建筑设计内部空间的中庭效果，对中庭环廊的悬挑长度以及梁间距的要求不断增加，中庭环廊的荷载较大，在主体结构考虑为钢筋混凝土框架结构时，中庭环廊设计时的悬挑长度不宜超过5m。

2.2 挠度合理性设计

商业综合体中庭空间的荷载有静荷载也有活荷载，而结构构件在活荷载的长期作用下产生的挠度不仅会影响建筑的美观也影响建筑的正常使用。根据《混凝土结构设计规范》规定，钢筋混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的准永久组合值，计算值不应超过规定（见下表1）；商业综合体中庭空间用MIDAS/Gen软件进行模拟分析，其挠度和规范限制如表1所示。计算挠度值小于规范限制值时可以满足空间结构的正常使用。

表1 .挠度限值规范规定（来源：参考房屋结构规范）

2.3 振动频率合理性设计

振动频率是影响中庭空间舒适度的另一因素，自振频率的大小和构件产生的挠度相关。根据《高层民用建筑钢结构技术规程》要求，组合楼板在永久荷载作用下，其自振频率不应小于15Hz；《高层建筑混凝土结构技术规程》中要求楼板的竖向振动频率不应小于3Hz。楼板第一阶段的振动频率相对于第二三阶段较低，通过有限元模态分析得出的第一阶段的数值，可作为计算舒适度性能的依据。第一阶段的模拟数值满足《高层建筑混凝土结构技术规程》中的要求，但相对于《高层民用建筑钢结构技术规程》相差较多，可见中庭空间楼板处竖向的刚度较弱，在中庭空间设计时应适当对楼板的振动频率进行分析，以确保建筑空间的舒适性要求。

2.4 加速度合理性限值控制

中庭空间的振动频率的大小对中庭空间的加速度值有一定的影响，楼盖结构竖向加速度的限值如表2所示，且在竖向自振频率在2～4Hz时，加速度的限值可按内插法计算（见下表2）。楼板的竖向加速度超过规定数值时，人们对中庭空间振动的敏感性会有所提升，在安全性的前提下，空间使用的舒适度会下降。

表2 楼盖结构竖向加速度限值（来源：参考房屋结构规范）

3. 结论

在建筑方案的设计中，建筑师和结构师各司其职，其间的交流和沟通必不可少；对建筑师而言，以商业综合体中庭空间为例，分析其功能，简单的判断空间的结构影响力，在分析结构影响因子评价下后的中庭空间所采用的设计手法在方案设计中的可靠性更高，在结构建筑学的发展研究中，不应单一的将方案或者结构设计作为主导，结构设计与建筑设计手法的精妙结合，可提高当代建筑的品质，超越外在的建筑形式。