简析超高层建筑概念设计

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1、简析超高层建筑概念设计　　摘要：我国《民用建筑设计通则》GB50352—2005规定：建筑高度超过100m时，不论住宅或公共建筑均为超高层建筑。在中国社会城镇化及城市集约用地的现实环境下，超高层建筑如雨后春笋，不断涌现。“运筹帷幄之中，决胜于千里之外”，超高层建筑的概念设计如同大战前的“运筹”，决定着建设之战的成败。关键词：超高层；概念设计中图分类号：S611文献标识码：A引言：结构设计师的概念设计需要涵盖结构专业前瞻性设计内容，同时应综合运用其他专业（如建筑，设备）的设计元素为后续的施工图设计及建筑的建设建立正确的基础和方向。一、平面及

2、立面造型对超高层建筑结构安全性的影响5对于超高层建筑而言，其结构的安全性至关重要，是概念设计中需着重考虑的问题。对于超高层建筑，对结构安全性影响较大的是水平荷载，即风荷载和地震荷载。水平荷载作用使建筑产生巨大的变形并会对建筑产生推覆作用，造成结构构件的塑性变形甚至引起建筑的倾覆。而经过结构受力分析显示，建筑平面和竖向刚度、质量的均匀性是水平荷载作用下结构弹性变形的基本保证。平面或者竖向质量、刚度的突变会造成结构应力应变的突变，对建筑结构的破坏。因此，在概念设计中，建筑的造型应尽量减少风荷载和地震荷载对建筑破坏力。比如合理的选择楼层建筑平面

3、形状，能显著降低风荷载对超高层建筑的作用。通过风荷载体型系数就可以明显的看到平面形状不同，风荷载作用的明显差异。例如圆形的风荷载系数为0.8、而V形、Y形、弧形平面建筑的风荷载体型系数为1.4，这就意味着在同样的高度和环境下，圆形平面建筑风荷载比V形、Y形、弧形平面建筑大约可减少43%。这就意味着，在建筑造价方面，可以通过减少至少43%的代价实现结构的安全性。在地震力方面，也是如此，不规则的建筑平面，如楼板开洞较大或平面凸出凹进过大，都会使地震力在突变位置或楼板开洞薄弱区域产生巨大的应力应变，对建筑产生不可预见的巨大破坏。合理的平面选型是

4、建筑质量和刚度均匀的前提条件，而适当的质量和刚度如同超高层建筑健康的肌肉与骨骼，是建筑生命健康的保证。台北101大厦，香港中银大厦等等可谓是建筑选型的典范，其简洁明了的结构传力体系，规则的立面使其健康的体魄抵御了强劲的飓风和地震灾害。因此，结构设计师进行概念设计的时间应该推前到建筑方案阶段，在建筑方案设计之初，就应该和建筑专业密切配合，参与到建筑方案设计当中，权衡利弊，使建筑的选型达到最优。二、概念设计中建筑朝向设计对建筑使用和节能的影响5超高层建筑的定位首先应考虑对城市环境的影响。容积率过高很难满足日照要求，阳光有着巨大辐射能量。在寒冷

5、地区人们十分珍惜阳光带来的温暖。据有关资料分析，地球每年接收的能量有60亿亿千瓦，这么大能量弃之可惜，从某种意义上讲地球本身就是巨大的太阳能接收器，阳光不仅对人的身体健康有着很大影响，对建筑的节能也有着十分重要意义。寒冷地区城市规划应注重应用日照原理。合理的确定建筑位置与朝向，使每幢建筑能接收更多的太阳辐射热能，因此，建筑的方位与节能有着直接关系。不同朝向，不同季节，建筑物所得到的太阳辐射热能量不同，热损失也不同，在确定建筑的方位时首先应考虑环境情况，按其太阳高度角做出日影响图，以确定冬季每天的日照时间，建筑南向开窗面积尽可能大些，在满足

6、采光条件下，北向、东向窗尽可能小些，从而获得更多的太阳光线，减少热损失，保持室内舒适的温度环境。三、建筑节能材料的使用超高层建筑作为城市中高容积率空间，其节能设计是概念设计中必要考虑的元素。而除了城市的综合环境、气候条件、总体布局，建筑朝向等因素外，对建筑节能影响较明显的是外围护结构（包括）保温、隔热的性能等许多综合性因素构成。5外墙是围护结构的主体部分，高层建筑的围护结构不同于砖石结构房屋，前者是钢筋混凝土框架或剪力墙结构承重，因此，围护结构属于填充材料，为了减轻荷载，达到保温、隔热要求，采用轻质高效保温材料，目前在寒冷地区常用的墙体做

7、法有、页岩陶粒混凝土空心砌块；粘土空心砖与实心砖复合墙体；粘土实心砖或空心砖岩棉夹心复合墙体等。但存在问题较多，节能的效果仍达不到标准的要求。围护结构的材料布置分外侧和内侧，在寒冷地区的同一气候条件下，由于材料层次布置不同所取得的保温效果也不尽相同，为防止墙体内产生冷凝水，保温层设在外侧更为妥些。高层建筑的围护墙体不宜采用外侧保温的聚苯乙烯泡沫板(舒乐板、PG板)，岩棉板等轻质保温材料。一幢建筑的寿命少则几十年，多则上百年，材料的应用与建筑整体的寿命应同步。对于轻质的外保温复合墙体，笔者认为存在以下不足之处：1）抗震能力差，易松散，与结构

8、构件结合不好，整体性能差。2）不能承受外部装修贴、挂荷载，如：贴石材，安装装饰构件等。3）不能承受有振动的凿、刨的装修，如：剁斧石面层、予留洞。槽易出现冷桥。54）墙表面易出现裂纹。除此之外，