建筑空间拓展思路探析

本文作者：郑飞恒 单位：中国建筑技术集团有限公司浙江建筑设计分院

高层结构不仅要有效地传递水平荷载，而且，其顶端的水平位移必须受到控制。这种具有很大刚度的抵抗力水平荷载的结构，在高层建筑中称之为“抗侧力结构”。与上述情况不同，对于中跨，大跨和超大跨建筑来说，竖向荷载，主要是屋盖自重，始终是控制结构设计的主要因素。在中，小跨建筑中，屋盖的结构类型及其形式可以有各种各样的变化，大跨度屋盖的结构形式则受到较大的限制，而能覆盖超大跨建筑的屋盖结构形式便寥寥无几了。

与空间扩展相适应的不同结构体系

从结构的整体受礼特点来看，在高层建筑中，结构构思必须突出地注意如何解决抵抗水平荷载的问题；在大跨建筑中，结构构思则必须着重地研究如何克服屋盖结构中可能产生的巨大弯距，以及由此而带俩的结构自重等问题。为了适应空间扩展由低层到超高层，由小跨到超大跨而带来的结构整体受力状况，受力特点的变化，结构传力系统不断地由低级形式向高级形式演进，发展。筒体体系是建筑彻的使用空间向垂直方向扩展后，适应其结构整体受力持点的合乎逻辑发展的必然结果。外简体常由间距1--3米的密排柱和墙梁联结组成，而内简体则直接利用电梯间、楼梯间、管道竖井或内柱等。简体组合形有多种变化。

高层结构的整体受力特点对建筑平面--空间布局的影响

为了有效地解决抵抗水平荷载的问题，高层建筑的平面一空间布局应体现以下一些设计原则：

高层建筑的平面安排应有利于抗测力结构的均匀布置，使抗例力结构的刚度中心接近十水平荷载的台力作用线，或者说，力求使建筑平面的刚度中心接近其质量中心，以减小水平荷载作用下所人生的扭矩。在一般情况下，风力或地震力在建筑物上的分布是比较均匀的，其合力作用线往往在建筑物的中部。如果抗侧力结构，如刚性井简、剪力墙等分布不均匀，那么，台力作用中心就会偏离抗侧力结构的刚度中心，而产生扭矩。因此，建筑物就会绕通过刚度中心的垂直轴线扭转，致使抗侧力结构处于更复杂的受力状态。对于框架——剪力墙体系来说，只有剪力墙的均匀布置，才能避免结构平面内出现刚性部分与柔性部分的显若差异，才能保证水平荷载按各垂直构件的刚度来进行分配，使剪力墙真正能承受绝大部分的水平行载。由此可见，在高层建筑中，简洁而对称的平面设计对于合理布置抗侧力结构是比较有利的。北京民族文化宫中部68米高的方形塔楼，结合平面设计呈中心对称和高塔造型坚挺有力的特点，在四个角上很匀称地布置了L形钢筋混凝土刚性墙。

出于建筑艺术方面的原因，高层建筑的平面设计有时也要突破简单规整的几何形式。赖特设计的著名的普赖斯塔楼(PriceTower)巧妙地将刚性墙体布置成风车形，使得空间和体形突破了简单几何形式的束缚。建筑师必须掌握按抗侧力结构布置的力学原则与建筑功能要求来综合考虑空间组合的基本技巧。

高层建筑的剖面设计应力求简化结构的传力路线，降低建筑物的重心，避免在竖向上抗侧力结构的刚度有较大的突变。如何布置太空间厅室是高层建筑剖面设计中的一个重要问题。在高层建筑的底层设置高大的厅室。如宴会厅、交谊厅、餐厅等，一方面会使结构传力复杂，要以断面尺寸很大的水平构件来承受上面各层的竖向荷载；另一方面，也会使建筑物重心上移，对高层结构抗倾覆不利。半层数很高而不宜采用一般框架结构体系时，底层大空间则又会与剪力墙、刚件筒体等的布置发生矛盾。因此，在这种情况下，一般都将大空间作脱开处理，使大厅空的结构布置与高层主体相对独立。运用这种手法可以取得体量对比，轮廓线丰富的建筑艺术效果。当厅室空间不是很大，而地段用地又紧，作单层脱开处理有困难时，也可以采用框支剪力墙结构(不考虑抗震设防)，即将底层部分做成框架。在高层建筑的项层设置大厅空间，其屋顶的水平承重结构比较容易解决。但当考虑抗震设防要求时，以不在顶层设置较大厅室而使剪力墙竖向贯通建筑全高为好。

高层建筑的体形设计应力求简洁、匀称、平整、稳定，以适应高层结构的整体受力持点。简洁的建筑体形可以保证高层结构的组成单一、受力明确，有利于抵抗水平风力和地震力。实践表明，平面外形复杂，高低悬殊很大或各部分有刚度突变等，都是导致震后开裂的因素。出于建筑功能要求或建筑空间体量构图方面的原因，建筑平面或立面的形状比较复杂，或结构刚度截然个同时，应以抗震缝分成几个体形简单的独立单元。高层或超高层建筑的体形应合利于抗侧加结构的稳定。为厂增强抗侧力结构的稳定性，高层和超高层建筑的体形设计多采用如下手法；使高层或超高层建筑的底部逐渐扩大。一般常结合底层太空间的布置而采用倾斜的框架结构。使高层或超高层建筑的上部逐层或跳层收束。这种收束可以是对称的(如纽约帝国大厦),也可以是不对称的(如芝加哥西尔斯塔楼)。使高层或超高层建筑由下至上逐渐收分。高l00层的芝加哥约翰•汉考克大厦明显地反映丁古埃及建筑那种稳定墩实的体形待征，它比不收分的矩形柱状塔楼可以减少10~50%的测移。在现代城市规划设计理论中，A字形、金字塔形等结构形式，也被利用来探求各种新型的居住生活单元了。这里，结构的稳定体形是与空间的组织和利用紧密联系在一起的。

结语

文章结合笔者实践经验，对建筑空间结构的扩展与结构受力之间的关系进行了深入探讨，可以预测建筑物的这种空间扩展对现在结构技术的创造与运用，产生了极其深刻的影响。