高层建筑设计中结构思维探究

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1高层建筑结构的特性

1．1高层建筑结构的受力分析

因为高层建筑物都是由许多构件组合而来，结构设计一定要把建筑物的重量传至地面。就受力而言，在竖构件中，建筑自重与楼面应用荷载所引起的弯距与轴力数值和高层建筑的高度是正比关系，但是水平荷载对结构的倾覆力距和其在竖构件中产生的轴力，和高层建筑高度的平方是正比关系。就一个建筑来说，竖向荷载往往不会出现太大的变化，而地震荷载、风荷载等作用的大小会由于结构动力的不同特性而出现一定的变化，进而使得建筑出现一定的位移。在高层建筑设计中，一定要将位移量限定到一定的范围之中。

1．2预防建筑轴向变形与扭转破坏

通常而言，在高层建筑之中，过大的竖向荷载值会致使柱中出现较大的轴向变形，进而影响到连续梁弯矩，致使连续梁中间的支座位置的负弯矩变小，而跨中正弯矩变大;除此之外，还会影响到构件侧移与剪力，较之于构件的竖向变形，可能会出现不安全的结果。所谓的结构扭转问题指的是，在结构设计中没有做到三心合一，为了使得建筑物因水平荷载作用的影响而出现扭转破坏问题得以有效避免，在开展结构设计时，要对结构形式与平面布局予以合理选择，使得建筑物能够保持三心合一。

1．3高层建筑结构要考虑更大的延性设计

所谓的结构延性指的是:从相符时直到最大承载力或者达到之后承载力并无明显下降时期的变形能力。在对高层建筑进行抗震设计时，就是运用结构的延性来吸收地震的能力，从而有效避免建筑出现破坏。在地震的作用下，高层建筑往往会出现更大的变形。为了使得结构在到塑性变形阶段后还有较强的变形能力，就需要在构造上予以考虑，采取适当措施，有效确保结构具备较大的延性。

2高层建筑和结构关系的理性认识

2．1在高层建筑设计中结构的地位与作用

(1)在高层建筑设计中，结构是其经济合理、技术可行的重要基础。结构式支撑高层建筑、传递荷载的骨骼，高层建筑的空间以及造型等，都需要依靠结构承托。可以说结构式高层建筑设计的重要语法，换言之高层建筑设计过程中必须要遵循结构规律的法则。(2)结构是确保高层建筑功能合理的重要条件。结构不但是空间的重要支撑，可以影响建筑的空间形态，而且其可以在平面上发挥引导空间、开放空间、连接空间、延伸空间以及划分空间的作用，是塑造建筑空间的重要领导者。(3)结构是建筑创造的重要媒介。结构不仅仅是一种技术，同时也是一门艺术，其可以承托造型与空间，还可以变成烘托空间气氛、丰富空间层次以及美化空间的重要元素。

2．2建筑技术发展和高层建筑创作的互动关系

据相关研究发现，高层建筑创作与结构技术的发展之间是互相作用，互为动力的。(1)建筑技术可以有效的推动高层建筑创作的进步。在高层建筑发展中，结构技术本来就是一个重要的原动力，在一些情况下，结构技术的进步能够直接引发高层建筑设计的革命。同时，高层建筑也可以通过结构技术来不断寻找技术和艺术的交融之路，寻求结构技术所带来的新的感官刺激，从而将结构对高层建筑造型以及空间的实用价值与艺术价值展现出来。(2)新的高层建筑设计也可以推动结构技术的进步。通过对高层建筑发展历史的考察，可以发现高度的追求推动了许多新结构形式的出现以及新材料的应用。

3结构思维指导下的高层建筑设计基本原则

3．1确保结构合理性原则

建筑结构的合理性是有效确保建筑结构实用性、艺术性以及经济性的重要基础，同时也是运用结构思维开展高层建筑设计的基础条件。建筑结构是支撑高层建筑的骨骼，因此一定要确保其牢固性，其一定要具备承受各种形式外力的能力，这些外力荷载比如说:地震荷载、风荷载、雪荷载以及高层建筑自重等。据相关调查研究发现，建筑结构的合理性的实现要受到诸多因素的影响，比如说:技术可行性、结构耐久性、构造处理、材料运用以及结构形式等。科学的结构要具备一些条件:(1)具备完整的结构体系;(2)具备科学的结构形态;(3)具备科学的结构布置。建筑结构的合理性可以说是一种科学力的传递关系，其主要表现为应力的合理分配、结构的平衡以及结构的最优化等，并应该和建筑功能要求与艺术形式达到一致。除此之外，结构的合理性还提倡材料的有效性，换言之就是最大限度的发挥结构材料的效能。

3．2实现结构经济性原则

建造高层建筑往往需要耗费大量的资源以及劳动。在结构思维条件下创造高层建筑的时候，在使得美学、功能与力学的要求得以满足之后，方案能否付诸于实施还应该考虑到经济的因素。建筑结构经济性具有诸多影响因素，比如说:结构受力状况、结构造型、计算理论以及技术手段等都会影响到结构自重、结构断面尺寸以及材料消耗。实质上，建筑结构的经济性只是相对来说的，唯有在特定条件下选择适当的结构才可以使得结构的经济性得以有效实现。这就要求高层建筑师与结构师相互合作。

3．3发挥结构的实用性原则

据相关调查研究发现，结构拥有较好的组织与空间塑造能力，其可以在平面上开展引导空间、开放空间、连接空间、延伸空间以及划分空间工作。就本质上而言，发挥结构实用性主要是为了使得高层建筑与结构功能得以有效实现，这是符合结构思维的主要任务的。通常而言，结构的实用性是通过核心筒、剪力墙以及柱等结构构件实现的。柱通过不同的排列方式可以对不同大小、不同功能的空间结构进行划分，这是核心筒与剪力墙同样能够做到的。剪力墙的开孔方式与开孔率以及柱的间距都会对建筑空间的开放程度产生影响，剪力墙与柱的走势也往往会对建筑空间产生一定的引导作用。

3．4开发结构艺术性的原则

在高层建筑设计之中运用结构思维的主要任务就是:综合人文、技术、经济以及社会等因素，运用形象思维与结构逻辑，给高层建筑赋予优美的形式、鲜明的个性以及深刻的内涵。所以，开发结构的艺术性是非常重要的。结构的美在微观上能够看到西部节点的精细化处理;在中观上表现为空间处理与结构构架之间有效结合;在宏观上能够反映出高层建筑的壮美。通常而言，根据结构的属性可以将结构美分成三种:(1)科学理性美;(2)形式美;(3)感觉美。所以，在高层建筑设计中应该遵循开发结构艺术性的原则。

4高层建筑设计中应用结构思维的误区

4．1虚假结构

一般而言，结构的内涵和形象要相一致，如果不相一致就证明结构是虚假的，也就是结构一定要发挥结构的作用，不然不仅会对观者产生误导，也会影响到专业人士。结构构件能够使得建筑的韵律感、虚实感不断增强，还会使得建筑构图更加丰富。当前我国高层建筑设计中，有许多建筑物和建筑主体物任何结构联系，这些构件不但制作较为粗糙，就连从人的一般视点去观察，也会发现存在严重的比例失调问题，其不仅没有发挥美化造型的功能，还使得建设成本大大增加。

4．2忽略经济性

所谓的经济性就是指节约资源，把实现结构的经济性是高层建筑设计中的重要内容。建筑设计师应该要求将建筑设计做得既实用又经济。但现在许多高层建筑为了取得较为震撼的视觉效果，在进行设计时，只追求标新立异，忽略结构逻辑，大大增加了建设的成本。

4．3忽略艺术性

高层建筑设计中，注重设计的艺术性是非常重要的。唯有具有艺术性的高层建筑，才能够使得人们在审美上产生共鸣。但是，现在许多高层建筑设计单单追求结构体系自身的造型能力，往往忽视了构件尺度、构件间连接方式以及构建形式等，使得高层建筑设计较为粗糙，缺乏艺术性。

5结束语

综上所述，结构思维的应用对高层建筑设计的合理性与科学性具有非常重要的影响。但是，现在结构思维在高层建筑设计中仍然存在一些误区，这就需要相关人士予以相应的探讨与研究，采取适当的措施，使得结构思维在高层建筑设计中切实发挥积极作用。

作者：刘诗佳 冯燕