如何多方面实现高层建筑设计的完善

赵立静

摘要：随着高层建筑的迅速发展，结构理论和建筑技术也不断得到提高，高层建筑结构形式也开始趋于多样化发展，其表现形式也是多种多样，但是也随之出现了很多在高层建筑设计方面的问题。在作为城市风景线的同时，高层建筑还面临着如何搞好高层建筑设计的问题，如何多方面实现高层建筑设计的完善是目前高层建筑设计所追求的主要理念。

关键词：高层建筑设计；朝向；采光；主体；抗震

1.建筑朝向设计

建筑朝向是影响后续设计重要环节。每个建筑基址都有其特殊性，因此高层建筑的设计毫不例外也与基址相关。在决定如何使基址内的新建筑有利于环境时，必须考虑两个主要的基址因素：当地气候和基址内建筑的环境影响。当地气候的影响可以是正面的也可以是负面的建筑朝向可以通过遮阳带植物或渗透性墙体加以缓和。通过仔细研究基本微观气候条件，就可以确定最合适的基址和建筑外形，消除不适合的基址区域。

2.高层建筑采光设计

高层建筑是生态设计的目标之一，是优化日光的使用，减少人工照明的耗能需求。以及通过减少热量获取来减少建筑制冷的负担。当太阳光有效地分布到建筑各处而没有眩光的时候，就可以认为是很好的室内照明了。先进的日光采集系统设计有以下方法：

2.1通过将阳光反射至屋顶平面，日光可以到达比那些靠传统窗户或天窗采光更深的工作区域，但不增加窗户附近的日光强度；

2.2通过利用相对小的进光区域有效传统日光，可以不对阳光辐射产生严重的制冷负荷，从而达到节省能耗的目的；

2.3仔细设计阻挡阳光直射的系统，可以减少阳光直射导致的眩光和温度不适。设计的难度在于每天和全年阳光位置及获得的不断变化。自然采光的建筑无论设计得多好，只有在日光有效利用和代替人工照明的情况下才能节约能源。我们可以完善座位和工作平面规划，通过更好的窗户和立面设计来减少眩光，获得自然采光。研究表明，太阳光的适当获得和开阔视野可以提供一种舒适感。然而，为保证一个安全、舒适的工作环境，使用者应该可以控制光线的数量和质量；设计者需综合考虑能耗、背景光线、屋顶灯和窗户的自然采光等因素，并为使用者提供最好的视觉环境。

3.高层建筑主体设计

高层建筑设计中的一个全新的要求就是要实现建筑本身的生态节能。首先对于高层建筑主体的下部分裙房而言，虽然其裙房的建设对整个城市影响较小，但是对街道的尺度以及人性化空间的創造等方面的影响都很大。

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，从而使下部空同丰富多彩而不至于感到苍白，并要体现人的尺度，因为裙房部分跟公众视觉接触较密切，对街道空间感影响也较大。而高层建筑的最上部分一屋顶财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霞要的作用，因此应根据建筑的基座、楼身等因素加以塑造。

高层建筑的主体部分是它的塔楼，塔楼的表现形式对高层建筑的造型起着决定性的作用，现今国外和国内的许多高层建筑都有着独特的外形和明显的识别性。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—个原因。随着近年来资源短缺问题的出现，全球提出了可持续发展，而高层建筑就环保节能方面来说是很浪费的，随之就出现了“生态型”建筑的概念，可以看出目前高层建筑设计的—个新要求就是要实现。生态节能型”。

造型独特的塔楼设计对高层建筑的整体形象起着画龙点睛的作用，并成为林立在建筑群中区别于其他建筑的一个重要标志，即是城市的标志。在十分重视城市空间设计的今天，高层建筑顶部造型在保护传统街道空间特色和维护城市空间形态方面发挥着重要的作用。但是一段时间以来，存在着一种错误的认识，肤浅甚至盲目地把它仅仅当作权利、财富和技术的象征，极力追求所谓的个性，而产生了一批极尽奢华甚至怪异的高层建筑顶部，或者为了眼前的利益而制造了大量平庸的复制品。这个结果导致了整个城市空间的破坏，城市整体性的支解和“千城一面”的局面。

4.高层建筑抗震设计

4.1确保结构整体性

结构的整体性是保证结构各部件在地震作用下协调工作的必要条件。通常施工质量较好的现浇钢筋混凝土结构及型钢混凝土结构都具有较好的连续性和抗震整体性。结构的整体性还要求基础要符合建筑要求，保证基础具有一定的刚度，柱体与基础和隔板到楼盖的连接有足够的刚度和抗力，各部件连接紧密达到协同工作。

合理选择抗震结构

进行抗震设计时，应选择合理的结构类型，设计的结构既要考虑其抗震安全性，也要尽可能的经济。结构应布置多道抗震防线，避免部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗震能力或丧失对重力的承载能力。结构应拥有良好的整体性和变形能力，使结构的强度、刚度和变形能力一致。

4.2体形和结构总体布置

高层建筑应重视体形和结构的总体布置。由于建筑体形不合理或结构总体布置不合理而造成的地震灾害，在国内外的大地震中都有所见。抗震设计选择的建筑平面和立面布置宜对称、规则，避免采用严重不规则的结构。结构的刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免有刚度和承载力突然变小的楼层，造成薄弱层的出现，地震时该部分容易破坏。

4.3选择合理的结构类型

进行抗震设计时，应选择合理的结构类型，设计的结构既要考虑其抗震安全性，也要尽可能的经济。结构应布置多道抗震防线，避免部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗震能力或丧失对重力的承载能力。结构应拥有良好的整体性和变形能力，使结构的强度、刚度和变形能力一致。

高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构，垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩从受力特性看，垂直荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向，当为均布荷载时，弯矩与建筑物高度呈二次方变化从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载时，侧移与高度成四次方变化由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。

4.4抗震概念设计的重要性

高层建筑的抗震设计除了需要精密准确的计算分析外，还需要有正确的概念设计，同时抗震概念设计也是抗震设计的根本。

工程结构的抗震设计不能仅依赖于精细的计算分析，还必须在总结分析现有震害经验基础上，利用已经认识的结构地震反应规律和良好的结构知识对结构的总体布置和细部构造进行合理设计，这种设计方法就是抗震概念设计。由于存在众多的不确定因素可能导致计算结果和实际相差较大，因此为了弥补计算分析的缺陷，采用合理的概念设计就显得更加重要。除此之外，合理的概念设计还能帮助工程师选择效果最好、造价最低的结构方案。

5.结束语

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。因此对于高层建筑的设计，要考虑使用者的需要，以城市的公众利益为追求的目标，进而实现建筑与现代城市未来的可持续发展。

参考文献

[1]陈大昆，住宅的优化设计[J].住宅科技.2005.2.

[2]晏文锋.高层建筑基础选型与设计[J].中外建筑，2007（3）

[3]赵天赋.高层建筑结构设计研究[J].今日科苑，2009（12）

[4]杨磊.论高层建筑结构抗震的优化设计[J].建筑设计管理，2010，（03）.

（作者单位：河北天昊建筑设计有限公司）