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1 高层建筑设计原理HIGH 2 高层建筑设计原理HIGH RISEBUILDINGDESIGNPRINCIPLES 概论 裙楼及地下室 结构选型 总平面设计 造型设计 标准层设计 经典案例 3 一 概论1 1高层建筑的定义 分类 一些国家对高层建筑的规定 我国对高层建筑的规定 高层建筑分类和耐火等级1 2高层建筑的发展 国外高层建筑的发展 我国高层建筑的发展1 3高层建筑设计特点1 4高层建筑类型 4 在1972年国际高层建筑会议 美国宾西法尼亚州伯克利市 上 对高层的定义取得了比较统一的认识 并把高层建筑划分为四类 第一类高层建筑 9 16层 最高到50m 第二类高层建筑 17 25层 最高到75m 第三类高层建筑 26 40层 最高到100m 第四类超高层建筑 40层以上 高度在100m以上 1 1高层建筑的定义 分类 根据我国现行 高层民用建筑设计防火规范 GBJ45 82 规定 10层及10层以上的住宅及高度超过24m的其他民用建筑为高层建筑 具体如下 十层及十层以上为高层住宅 除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑 大于24m者为高层建筑 不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑 建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑 5 我国现行的 高层民用建筑设计防火规范 根据高层民用建筑的使用性质 火灾危险性 疏散和扑救难度将其分为两类 并规定一类高层建筑耐火等级为一级 二类高层建筑的耐火等级不低于二级 1 1高层建筑的定义 分类 6 高层建筑的发展可以追溯到古罗马时期 公元80年 当时罗马城中已建10层高的砖石建筑 高层建筑是在19世纪中期产业革命后逐步发展起来的 近代高层建筑的发展大致可以分为五个时期 1 2高层建筑的发展 7 我国的高层建筑最早可追溯到战国高台建筑时期 但我国近代的高层建筑发展晚于欧洲国家 但随着经济的发展 其发展数量呈急速上升趋势 并且超高层建筑逐渐盛行 截至2012年 我国共建成超高层建筑94幢 主要集中在经济发达的长三角和珠三角地区 二线城市的数量也在显著增加 国内典型超高层建筑有上海环球金融中心 492m 台北101大厦 509m 和上海中心 632m 等 1 2高层建筑的发展 8 高层建筑是在一定场地条件下实行竖向空间拓展 以争取更多楼层面积和总建筑面积 这种按竖向空间基层的相同楼层就是标准层 它是高层建筑设计的核心问题 标准层的空间布局的组织需要在设计过程中细细推敲 1 3设计特点 9 高层建筑是城市空间的主角 尤其是特大城市中的超高层建筑 往往是作为地标性建筑 要在设计过程中注意它的象征性和识别性 同时 高层建筑影响城市轮廓的起伏节奏和城市天际线的分维值 对城市的艺术形象具有决定性作用 因此在设计过程中要与城市整体进行联系 1 3设计特点 10 高层建筑高度较高 与一般建筑相比 还需要考虑风压 侧向位移 地震等因素 因此在结构上有很高的要求 同时 不同的结构会有不同的结构占有面积 因此 在设计前期进行合适的结构选型十分重要 1 3设计特点 11 1 3设计特点 高层建筑高度较高 与一般建筑相比 还需要考虑风压 侧向位移 地震等因素 因此在结构上有很高的要求 同时 不同的结构会有不同的结构占有面积 因此 在设计前期进行合适的结构选型十分重要 12 我国高层建筑一般按高度分为民用和工业两个大类 若干小类 在民用建筑大类中 从建筑功能来看 高层建筑有办公楼 分商业和行政办公楼 旅馆 病房楼 住宅 公寓以及综合体等多种类型 其中 办公楼 旅馆 住宅是三种主要的建筑类型 分别占国内已建高层建筑的35 15 和40 50 的比率 1 4高层建筑的类型 13 二 总平面设计2 1总平面设计要点2 2总平面交通组织 高层建筑与城市交通系统的衔接 高层建筑基地内的交通组织2 3防火设计 14 高层建筑不同的类型 规模和裙楼功能配置对总平面布局有不同的特点 主要反映在以下三个方面 一是居住类建筑重视朝向和日照间距 重视绿地率 二是高层公共建筑重视沿街商业价值的挖掘 对地面停车有明确的要求 而居住区为了争取绿地也鼓励地下停车 三是裙楼功能配置复杂的高层建筑出入口较多 交通组织复杂 容易引起流线交叉 2 1总平面设计要点 15 居住类建筑重视朝向和日照间距 重视绿地率 16 高层公共建筑重视沿街商业价值的挖掘 对地面停车有明确的要求 17 裙楼功能配置复杂的高层建筑出入口较多 交通组织复杂 18 在总平面设计中需要考虑的重点问题是场地处理 建筑布局以 交通组织设计及高层建筑在城市中的景观效应等 因而地下车库出入口和塔楼位置的选择和布局十分重要 2 1总平面设计要点 19 高层建筑基地应与城市道路相邻接 否则应设基地道路与道路红线所划定的城市道路相连接 高层建筑项目规划要点和控制图则一般都规定了基地车流出入的方向 2 2总平面交通组织 高层建筑与城市交通系统的衔接主要体现在接口形式上 有平面和立体两大形态 其中 立体接口一般为高层商业综合体使用 除了重庆等山地城市 高层住宅和城市交通系统之间一般很少有立体接口 20 立体接口是指建筑基地道路以立体交叉的形式与城市道路接口 这种形式通常用于高层建筑直接与轨道交通 封闭式汽车专用道或空中和地下步行系统相连接 立体接口为高层建筑选择交通方式提供了更大的弹性 同时能减轻高层建筑产生的大量机动车对城市道路的压力 因而为不少大型高层建筑项目所采用 2 2总平面交通组织 21 方大企业总部 获奖作品 HuasenArchitects 22 方大总部与城市公交总站相结合 23 方大总部与城市空间的立体接口 24 方大总部与城市空间的立体接口 25 方大总部与城市空间的立体接口 26 高层建筑基地内的交通组织就是基地内交通设施的平衡与分配 设计时应主要考虑三个方面的内容 首先是交通流线特征 即高层公共建筑是单座建筑或建筑群的人流 车流 物流特征 而高层住宅设计的则是居住区的道路交通体系 然后交通设施的分配与平衡 即停车量与建筑面积之间的比例 停车方式的要求 以及地面和地下停车的比例 最后是在道路设施及路权上体现人车冲突模式 清晰划分人行道 非机动车道 机动车道 人非混用车道 机非混用车道 交通设施的分配与平衡 突出表现在高层住宅区的人车冲突模式及道路分级方面 2 2总平面交通组织 27 总平面交通组织 新加坡Ardmore公寓大楼 28 2 3防火设计 29 消防车道通常按照单向车道来设计 其宽度应不小于4m 消防车道上空4m以内的范围不应有障碍物 消防车道与高层建筑外墙距离宜大于5m 为便于设置登高救援的登高车操作场地 近端式消防车道应设有回车道或回车场 回车场规模不小于15mX15m 消防车道转弯处需要有合理的转弯半径 9 12m 2 3防火设计 30 通常把登高消防车能靠近高层建筑主体 便于消防车作业和消防人员进入高层建筑进行抢救人员和扑灭火灾工作的建筑立面 称为该建筑的消防扑救面或消防登高面 高层建筑的底边至少有一个长边 或周边长度的1 4且不小于一个长边的长度范围 作为消防扑救面 在这一范围内 不应设置高度大于5m 进深大于4m的裙房 且在此范围内必须设有直通室外的楼梯或直通楼梯间的出口 2 3防火设计 31 2 3防火设计 32 三 裙楼及地下室3 1裙楼平面设计要点3 2裙楼功能分区与流线组织3 3裙楼中庭设计 封闭性中庭 线型中庭 贴边型中庭 并联型中庭 分段式中庭3 4地下室设计 33 3 1设计要点 第一 裙楼与周围环境及城市空间的协调与近地空间的营造 第二 建筑主 次入口空间及各种流线的组织 第三 裙楼空间的设计需要一定的通用性和灵活性 这是为了满足不断变化的市场要求 也就是说功能变更对空间的要求能够通过装修调整 首层大堂的空间尺度把握 尽量中心无柱 特别是旅馆 且应注意中庭的尺度和空间的艺术效果 第四 裙楼交通系统的组织及与塔楼和地下车库交通系统的关系 注意塔楼 裙楼 地下车库三套流线的分离 以及内部与外部流线的划分 矛盾的焦点往往集中在首层平面的布置 第五 层高的把握 裙楼的层高与空间类型有关 不含中庭空间和特别空间 如影视厅堂 室内球类运动场以及货舱室购物商业空间 的裙楼层高一般都应有4 6m 首层一般5 6m 二层及以上楼层一般4 5m 裙楼是指与高层建筑主体相连的 高度不超过24m的附属建筑 作为相对较矮的部分 裙楼对城市生态的影响较小 但是对街道尺度和城市公共空间去有重要的影响 因此裙楼的功能与流线组织以及体形设计很重要 裙楼设计的要点主要有五个方面 34 通过裙楼虚空间的处理 减弱了高层建筑的压迫感 香港唯港荟酒店 35 中庭的尺度和空间的艺术效果 香港唯港荟酒店 36 矛盾的焦点往往集中在首层平面的布置 香港唯港荟酒店 37 裙楼的层高与空间类型有关 北京银河SOHO 38 裙楼功能分区与流线组织和裙楼的功能组合方式有关 为了简化设计 可以将高层建筑的功能分为若干空间模块来研究 虽然不同的功能模块在裙楼中的空间比例不同 但高层建筑中 同样的功能模块内部 细分的分区和流线组织却没有本质差别 所不同的只是个功能模块直接的连接方式 这也是裙楼的交通流线组织的主要内容 3 2功能分区与流线组织 39 立体的方式来表达空间模块 香港唯港荟酒店 40 图示的方式来表达空间模块 深圳证劵交易所新总部大楼 41 中庭空间类型按其空间方位及与母体建筑的相对位置关系通常可分为五大空间类型 封闭型中庭 线型中庭 贴边型中庭 并联型中庭和分段型中庭等 3 3中庭设计 42 所有的侧面都不直接对外 平面形状可以为任何形式 这是最常见的基本形式 如深圳书城宝安城方案 3 3裙楼中庭设计 43 长向中庭 两长向侧面为建筑所围 此类型一般应做商业中庭 线型中庭由于长度方向实现与空间景物的变化处理 长可以获得十分丰富的艺术空间效果 如同济大学图书馆扩建中庭 3 3裙楼中庭设计 44 至少有一侧面直接对外 对外面可以提供室外景观 自然光和太阳能 如图所示 香港唯港荟酒店的中庭两侧对外 3 3裙楼中庭设计 45 在一幢建筑中布置两个以上 彼此有交通联系又各自服务一个区域的中庭 如美国芝加哥拉什大学医学中心 Perkins Will 中庭 香港汇丰银行以及同济大学综合楼中庭 3 3裙楼中庭设计 46 美国芝加哥拉什大学医学中心 Perkins Will 中庭 47 只限于建筑局部区域的中庭 其一般用途有 在高层建筑中 作为某基层服务的中庭 在新老建筑整合品和中 作为过渡的中庭 在建筑综合体中 作为非联系的独立中庭 3 3裙楼中庭设计 48 地下车库最小面积 所需布置的最小车位数X35 出入口数量和宽度 大中型地下车库的车辆出入口不应少于两个 特大型地下车库的车辆出入口不少于3个 坡道净宽度 双向行驶不少于7m 单向行驶不少于4m 出入口之间的净距离不少于10m 停车50辆以下的车库可设一条宽度不小于4m的单行坡道出口 停车100辆以下的车库可设一条宽度不小于7m的双行坡道入口 100辆以上的车库需设两个车辆出入口 间距不小于10m 3 4地下室设计 49 3 4地下室设计 50 3 4地下室设计 51 停放小轿车的地下车库层高一般为3 3 4m 人员疏散 最大防火分区面积为2000 每个防火分区人员安全出入口不少于两个 在同一时间人数不超过25人或 50辆车时 可设一个安全出入口 采用封闭楼梯间 柱网布置 每柱距停3辆车比较合适 通常柱距为8 1 8 4m 3 4地下室设计 52 四 标准层设计4 1标准层设计要点4 2标准层平面形式 一般标准层平面形式 特殊标准层平面形式4 3标准层核心体排布 垂直交通设计 集中式 分散式 综合式4 4防火与疏散设计 53 标准层的设计存在一定的难度 比如说处理标准层平面形式与建筑造型的关系 及其与建筑节能的矛盾 另外把我地下车库 标准层和裙楼柱网布置的对位关系 还有确定楼梯和消防电梯的位置及安全出入口的位置 标准层的设计要点主要在四个方面 一是标准层平面形式的设计 二是结构选型与柱网布置 三是防火分区与安全疏散设计 四是确定各类管道井的位置和数量 4 1标准层设计要点 54 交通问题 注重交通效率 双面布置房间的走到净宽不小于1 6m 单面布置房间的走道净宽不小于1 3m柱网与柱距 常用尺寸7 2mX7 2m 8 1mX8 1m层高的确定 4 1标准层设计要点 55 功能 4 1标准层设计要点 56 注意景观因素 充分发挥周边环境的景观价值 柱网通常采用7 2mX7 2m 8 4mX8 4m 便于客房 裙房和地下车库的排布 p1072 29 通常有空调的客房净高不能低于2 4m 走廊净高不能低于2 1m 卫生间及小过道处不应低于2 0m 高层旅馆层高最低可做到2 6m 一般为2 8 3 3m 旅馆的客房开间取3 6 4 5m 进深长宽比不超过2 1 4 1标准层设计要点 57 注意景观因素 充分发挥周边环境的景观价值 柱网通常采用7 2mX7 2m 8 4mX8 4m 便于客房 裙房和地下车库的排布 p1072 29 通常有空调的客房净高不能低于2 4m 走廊净高不能低于2 1m 卫生间及小过道处不应低于2 0m 高层旅馆层高最低可做到2 6m 一般为2 8 3 3m 旅馆的客房开间取3 6 4 5m 进深长宽比不超过2 1 经济型客房进深常为7 10m 内廊式客房的标准间为20 30间为宜 塔式高层酒店标准层一般可布置客房16 24间 4 1标准层设计要点 58 4 2标准层平面形式 一般标准层的平面形式有基本的几何形平面 组合的几何形平面 曲线的几何形平面 59 基本的几何平面 就是平面为矩形 三角形 梯形 规则对称多边形及任意多边形 4 2标准层平面形式 60 一些基本几何平面 61 组合的几何平面 这种平面呈某些拉丁字母形 中文字形 物象形 这些几何图形的共同特征是 以若干方形 矩形等功能平面对核心体以双向对称 单向对称 逆行对称进行拼接 有时这些放射形平面的端点还可以再延伸和扩展 核心体可以多于一个 对称中心不一定在核心体里面 4 2标准层平面形式 62 一些组合几何平面 63 曲线的几何平面 这是从基本的几何形与某些组合几何图形发展与变体而来的一种类型 环绕核心体布置的功能平面常呈圆形 卵形环或若干内凹 外凸弧片 有时 平面周界轮廓是用直线 折线与圆弧线相结合 并对平面中心做某种对称的各种几何形 如爱沙尼亚塔尔图的蜗牛大厦 4 2标准层平面形式 64 4 2标准层平面形式 上述标准层的平面形式仅仅是高层建筑一般标准层的基本形式 实际工程中还有在标准层基本形式上组合或衍生出来的特殊标准层形式 这些特殊的标准层丰富了高层建筑的造型和环境 但对建筑面积和进深的不同要求同时也引起结构偏心和管线偏移的问题 导致塔楼结构 构造及管线较难处理 层高和造价相应增加 因此在实际工程中 特殊形式的标准层并不多见 常见的特殊标准层形式有分段型标准层和渐变型标准层 65 分段型标准层 分段型标准层是指标准层在垂直方向有明显不同的几种形式的情况 引起的原因可能是造型需要 也可能是垂直方向不同的功能组合 如高层综合体中办公区和客房区的组合叠加 4 2标准层平面形式 66 分段型标准层 对角线大厦 韩国首尔 67 分段型标准层 Z设计大楼 以色列霍隆 68 渐变型标准层 渐变型标准层叠加的塔楼有强烈的韵律感 在垂直方向空间的张力很大 一般情况下 渐变型标准层面积总是从下往上逐渐形成变小或等面积扭转 这是现在建筑师们非常常用的一种设计手法 4 2标准层平面形式 69 渐变型标准层 城市生活项目 意大利米兰 70 电梯数量的确定 计算法参照法 4 3标准层核心体排布 71 电梯数量的确定 估算法 4 3标准层核心体排布 72 电梯厅布局 4 3标准层核心体排布 73 电梯分区单区电梯系统多区电梯系统区中区系统 在摩天楼中部设置高空大厅 供使用者换乘电梯 避免电梯过高运行 4 3标准层核心体排布 74 4 3标准层核心体排布 在高层建筑设计中 常将楼梯 电梯 设备辅助用房 管井等集中布置 竖向贯通 并与相应结构形式组成 核心 用以抵抗巨大的风和地震侧移 这部分通常称之为 核心体 而把用于办公 居住 娱乐 休息等人们日常使用的部分称为 壳体 就 核心体 与 壳体 相对布局与组合关系而言 在标准层中可有集中式 分散式和综合式等三种主要形式 75 4 3标准层核心体排布形式 从使用功能出发 要求高层建筑标准层的使用空间有良好的采光 交通流线和工作与居住相适应的空间划分 集中式布置方式是将 核心体 部分集中起来 在标准层中独立成区 它与使用部分的 壳体 关系又可分为中心式 对称集中式 偏心集中式和独立集中式等几种 高层住宅中最经常使用这种形式 76 4 3标准层核心体排布 中心式 此种布局整体上最均衡 有效使用空间与核心体的接触最为充分 适合不同面积大小 平面形状 纵横比例的标准层构成 77 Contemporaine公寓标准层平面核心体位置 美国芝加哥 78 对称中心式 即将核心体至于标准层平面中部 两端布置有效使用空间 构成左右对称的功能布局 特点是核心体不影响房间采光 横向刚度好 交通方便 4 3标准层核心体排布 79 偏心集中式 将核心体部分布置在标准层的一端或者一侧 形成偏心式布置 这种侧向偏心布置方式对于核心体部分的交通或辅助用房可争取到一定采光面 4 3标准层核心体排布 80 独立集中式 将合体部分至于高层建筑主体之外灵活布置 偏心式即转换成独立式 构成高层建筑附贴式独立体量 使建筑有效使用空间更加灵活 完整 不但有利于交通 防火与疏散 而且可以构成高层建筑的形体变化 4 3标准层核心体排布 81 4 3标准层核心体排布 分散式又可分为对称分散式 自由分散式和独立分散式 82 对称分散式 在集中式的基础上 将核心体一分为二 或者一分为四 演变成具有两个或者四个核心体 两端或者四角布置 的对称分散式 例如UNStudio设计的新加坡Ardmore公寓大楼 4 3标准层核心体排布 83 根据标准层平面形式与功能组合需要 在兼顾结构合理性的前提下 灵活 自由地安排核心体布局 呈自由分散式 如万科的北京公园5号住宅楼 4 3标准层核心体排布 84 独立分散式 为使建筑内部功能更为灵活和建筑形体塑造具有较大的可塑性 有时将核心体移出平面以外 独立分散布局 可使建筑产生独特的艺术效果 如图索尔克生物研究所 4 3标准层核心体排布 85 索尔克生物研究所丰富的形态 美国加州 86 综合式布置 有的可能以某种布局为主而兼具另一种布局特征 有的可能将两种甚至三种方式融合成一体 如图WOHA设计的中国三亚洲际度假酒店 它时常兼具各种布局的优点 但是处理不但也会给使用和管理带来麻烦 降低平面利用效率 4 3标准层核心体排布 87 4 4防火与疏散设计 88 4 4防火与疏散设计 89 1 封闭楼梯间 防火等级低 楼梯间应靠外墙 楼梯间的门应为乙级防火门 2 防烟楼梯间 具有防烟前室和防排烟设施 并与建筑物内使用空间分隔的楼梯间 3 室外疏散楼梯 主要用于应急疏散 可作为辅助防烟楼梯使用 4 剪刀楼梯 在同一楼梯间设置一堆相互重叠又互不相通的两个楼梯 可认为是两个独立的疏散口 4 4防火与疏散设计 90 4 4防火与疏散设计 91 消防电梯 火灾时可以运送消防人员 消防器材以及抢救受伤人员的交通工具 需设置前室 下列情况需要设置消防电梯 一类高层公共建筑 10层及10层以上的塔式住宅 12层及12层以上的但愿是和通廊式住宅 高度超过32m的二类高层公共建筑消防电梯的数量根据以下条件决定 消防电梯宜设置在不同的防火分区内 当每层建筑面积不大于1500 时 应设一台 当每层建筑面积大于1500 小于4500 时 应设两台 当每层建筑面积大于4500 时 应设3台 消防控制室 宜设在高层建筑的首层或地下一层 4 4防火与疏散设计 92 4 4防火与疏散设计 93 4 4防火与疏散设计 94 五 造型设计5 1造型设计要点5 2造型设计手法 分层收进 退层台阶 截切挖凿 斜面体 复式曲面体 倒收进 95 1 理解高层建筑双重的视觉尺度特性 了解城市尺度 把握近人尺度 力求高层建筑特别是高层建筑底部尺寸与环境空间的融合 2 正确把握高层建筑的尺度 恰当地划分高层建筑底部 中部和顶部三段的比例 3 掌握高层建筑体形组合的技巧 注意各比例的协调 注意裙楼的高度和顶部的尺度不能太小 4 顶部和入口 雨篷 造型既是难点 也是识别高层建筑的重点部位 5 1造型设计要点 96 5 2造型设计方法 97 5 2造型设计方法 高层建筑立体空间造型采用分层收进的方式 最早可以追溯倒1916年的美国 当时纽约颁发 高度与后引 High SetBack 的城市建筑管理条例 只在是城市空地能够获得更多的日照阳光 导致了分层收进型的高层建筑的大量出现 纽约曼哈顿区或者芝加哥的高层建筑群多为此类 98 纽约街道的分层收进景观 99 5 2造型设计方法 采用建筑平面及形体艺术处理的艺术手法 可以说是现代手法向上收进的一种建筑形态 也是比较流行的一种建筑式样 主要有单向台阶 双向台阶 横向台阶 缓坡与缓坡台阶 自由坡台阶和特别处理台阶等几种方式 100 退层台阶处理手法 101 退层台阶处理手法 102 即在不同楼高处突出变化形状 就是从某层到某层 切掉 平面中的某块或者某几块 从而形成新的平面形状 5 2造型设计方法 103 天空村 竞赛优胜方案 丹麦哥本哈根 104 正常的建筑形体墙面是垂直于地面的 斜面体造型通过塑造一面或几面写墙面 使之与常规体型相区别形成对比 5 2造型设计方法 105 对角线大厦 韩国首尔 106 由于钢筋混凝土的可塑性 墙体材料与构造技术工艺的精密性 挂在结构构架上的玻璃幕墙和混凝土的躯壳 可以被自由塑造出各种曲面与壳面的形式 5 2造型设计方法 107 Ardmore公寓大楼 新加坡 108 城市生活项目 意大利米兰 109 银河SOHO 中国北京 110 国外把这种上大下小 头重脚轻的建筑形体称之为 invertedsetback 与台阶式向上收进相反 是台阶式向上挑出 有的是楼上不往地面逐渐变小 因为这种形态毕竟与结构静力学相悖 出挑是有限的 只能在层数不多的高层建筑中实现 5 2造型设计方法 111 意大利联合信贷银行 罗马尼亚齐里亚克总部 112 TelecomCentral办公楼 新西兰惠灵顿 113 六 结构选型6 1结构选型要点6 2常用钢筋混凝土结构体系 框支剪力墙 框架 剪力墙 框架 筒体 筒中筒 框筒束体系 114 高层建筑选型属于建筑结构方案设计的能人 建筑师不仅要对建筑功能进行合理布置 还需要和结构工程师一起 结合建筑造型 综合有关抗震 防火等多种要求 有效使用材料 选择一个经济合理的结构方案 结构选型时有关建筑设计的主要有三个原则 6 1结构选型要点 115 6 1结构选型要点 结构选型要分析建筑方案特征对结构选型的影响 影响因素包括 方案建筑的高度 高宽比 长宽比以及建筑体形 选取不同的结构形式的建筑物所能获得的使用空间大小不同 各种结构体系提供的建筑内部空间效果及结构构件所占用的空间也不同 116 不同的结构体系对建筑高度有不同的要求 而且同一高度也有高度的限制 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3 2010 将高层建筑结构的最大适用高度分为A级和B级 A级高度是指一般常规的高层建筑 B级高度是指较高的 设计更严格的建筑 B级高度高层建筑结构的最大适用高度可较A级适当放宽 其结构抗震等级 有关的计算和构造措施应相应加严 并应符合相关规程有关条文的规定 右图为A级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度 6 1结构选型要点 117 B级高度钢筋混凝土高层建筑的最大适用高度及钢筋混凝土结构适用的楼房最多层数 6 1结构选型要点 118 一般情况下 高层建筑较少有结构造型的要求 即使有也非常理性 说明结构造型不能随心所欲 但非一般的超高层建筑 特别是标志性建筑往往有结构造型的要求 有的结构类型如巨型框架 悬挂结构 桁架体系以及束筒等本身就具有良好的内外部空间特征 因此在结构选型过程中 也要结合考虑结构本身的造型 6 1结构选型要点 119 在高层建筑中 有类型丰富多样的钢筋混凝土结构体系 但是最基本的仍是框架体系 剪力墙体系和筒体体系 但是在实践过程中 仅仅这三种基本结构体系是不够的 在它们的基础上 针对不同建筑高度和建筑类型的需要 有发展了框支剪力墙 框架 剪力墙 框架 筒体 筒中筒 框束筒等结构体系 6 2常用钢筋混凝土结构体系 120 6 2常用钢筋混凝土结构体系 该体系在高层旅馆 高层综合楼中运用较多 他们共同的特征就是建筑上部是小空间 如客房 住宅等 底部为大空间 如商场 门厅 宴会厅 地下车库等公共用房 针对这种情况 建筑上部采用剪力墙结构 下部采用框架体系比较符合建筑功能对使用空间的要求 因而就形成了框支剪力墙体系 例如北京中国国际贸易中心中国大饭店 总建筑面积约95000m2 地上21层 地下两层 高76m 主题结构采用框支剪力墙体系 四层以上为钢筋混凝土横向剪力墙体系 三层以下为框墙体系 北京中国国际贸易中心中国大饭店 a 4 21层结构平面 b 1 3层结构平面 121 框架 剪力墙体系是在框架体系的基础上增设一定数量的纵向和横向剪力墙 并使框架柱 楼板有可靠连接而形成的结构体系 建筑的竖向荷载有框架柱和剪力墙共同承担 而水平和在主要有刚度较大的剪力墙来承受 在高层建筑的各种结构体系中 该体系是一种经济有效的 应用范围较为广泛的结构体系 与框架相比 它能用于层数更多的高层建筑 例如上海华亭宾馆 地下一层 地上29层 总高90m 平面有两段弯曲方向相反的圆弧组成的S形 抗震设防烈度为6度 主楼6层以上为客房 五层为技术设备层 四层以下为公共部分 主题结构采用以纵 横承重墙为主 纵向框架为辅的框架 剪力墙结构 上海华亭宾馆建筑平面 b I段标准层结构平面 c I段1 4层平面结构图 6 2常用钢筋混凝土结构体系 122 由筒体和框架共同组成的结构体系成为框架 筒体体系 筒体是一个立体构件 具有很大的抗退刚度和强度 作为该体系的主要抗侧力构件 承担起绝大部分的水平荷载 而框架主要承担重力荷载 从建筑平面布置来看 通常将所有服务型用房和公用设施都集中布置于筒体内 以保证框架大空间的完整系 从而有效提高建筑平面的利用率 例如广州潮汕大厦 采用圆角方形平面 总建筑平面62900m2 主楼地下两层 地上38层 总高137 6m 采用框架 筒体体系 框架 筒体体系 6 2常用钢筋混凝土结构体系 123 由两个及两个以上的筒体内外嵌套所组成的结构体系 成为筒中筒体系 根据筒体嵌套数量的不同 又分为二重筒体西 三层筒体系 在钢筋混凝土筒中筒体系中 芯筒一般布置成辅助房间和交通空间 多采用实腹墙筒 外筒一般都是采用由密柱或深梁型框架围成的空腹框筒 以满足建筑设计的需要 筒中筒结构形成的内部空间较大 加上其抗侧力性能好 特别适用于建造办公 旅馆等多功能的超高层建筑 一般情况下 该体系用于30层以下的建筑是不经济的 也是不必要的 此种结构体系的实例有香港中环广场 主楼采用切角的三角形平面 总建筑面积约14万m2 地上75层 总高301m 采用筒中筒结构体系 三角形外框筒柱距为4 6m 在第五层楼板处沿外框筒设置大截面转换梁 使得似曾以下的框筒柱距扩大到9 2m 香港中环广场 a 结构层平面 b 底层平面 c 立面图 6 2常用钢筋混凝土结构体系 124 七 经典案例7 1芝加哥希尔斯大厦7 2瑞士再保险公司伦敦总部大厦7 3AbsoluteTowers 梦露大厦 7 4SkyVillage7 5AquaTower 125 7 1芝加哥希尔斯大厦 设计单位 SOM建筑师事务所建成日期 1974年建筑面积 418000 建筑高度 443米 含天线527 3米 建筑层数 地上110层 地下3层建筑结构 束筒结构位于美国伊利诺伊州芝加哥的一幢摩天大楼 用作办公楼 SOM建筑设计事务所为当时世界上最大的零售商西尔斯百货公司设计 楼高442 3米 共地上108层 地下3层 总建筑面积418 000平方米 底部平面68 7 68 7米 由9个22 9米见方的正方形组成 希尔斯大厦在1974年落成时曾一度是世界上最高的大楼 超越当时纽约的世界贸易中心 在被马来西亚的 国家石油公司双塔大厦 双子塔 超过之前 它保持了世界上最高建筑物的纪录25年 126 7 1芝加哥希尔斯大厦 大厦底部平面68 7 68 7米 由9个22 9米见方的正方形组成 在这些正方形的范围内都不另设支柱 租用者可按需要分隔 整个大厦平面随层数增加而分段收缩 在51层以上切去两个对角正方形 67层以上切去另外两个对角正方形 91层以上又切去三个正方形 只剩下两个正方形到顶 127 7 1芝加哥希尔斯大厦 大厦结构工程师是1929年出生于达卡的美籍建筑师法兹勒汗 FazlurKhan 他为解决像西尔斯大厦这样的高层建筑的关键性抗风结构问题 提出了束筒结构体系的概念并付诸实践 整幢大厦被当作一个悬挑的束筒空间结构 离地面越远剪力越小 大厦顶部由风压引起的振动也明显减轻 顶部设计风压为305千克力 米2 设计允许位移 振动时允许产生的振幅 为建筑总高度的1 500 即900毫米 建成后最大风速时实测位移为460毫米 大厦的造型有如9个高低不一的方形空心筒子集束在一起 挺拔利索 简洁稳定 不同方向的立面 形态各不相同 突破了一般高层建筑呆板对称的造型手法 这种束筒结构体系是建筑设计与结构创新相结合的成果 128 7 1芝加哥希尔斯大厦 129 7 2瑞士再保险公司伦敦总部 瑞士再保险公司总部大厦建成于2004年 层高180米 共41层 建筑并没有平面上的所谓轴线 而是采用如松果般自然生长螺旋结构 除了底层商业入口和顶层餐厅 建筑各层平面是一组轴对称的渐变相似形 它们之间均以从底到顶的螺旋形结构暗色条带所确定的角度发生偏转 办公层中每一层的平面都由围绕核心均匀排布的6个分支组成 130 7 2瑞士再保险公司伦敦总部 相比较于方形塔楼 这种圆形塔楼可以使建筑给狭窄基地带来更小的压力 并且能够有效的减小风压 同时将高层建筑普遍产生的街巷强风降到最小 建筑的底部同样向内收缩 使昏暗的街道得到更多的阳光 形成了一个别致的广场 被分隔成2层或6层的内庭沿着螺旋形结构盘旋而上 形成了6条引导气流的通风内庭 这些内庭的作用远不止一个大号的通风井