高层建等筑设计原理.ppt
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1、高层建筑设计原理,孝感学院 城市建设学院 建筑系,第一章 绪论,第一节 高层建筑的概念与分类 自古以来,人类在建筑上就有向高空发展的愿望和需要。东西方古代建筑发展的历史已充分证明了这一点。但是,真正实用、舒适、经济上可被普遍接受、技术上先进、安全可靠、实施快捷的高层建筑,是由十九世纪末诞生、二十世纪逐渐发展成熟的。 现代高层建筑的划定标准主要是建筑高度。而依据则是基于本国的经济技术条件和消防装备等具体情况。所以,各国对高层建筑的起始高度的定义就有很大差异:,1直到1972年国际高层建筑会议上(美国宾夕法利亚州伯利克市),才对高层建筑的定义取得了较统一的认识,并将之划分为四类: 第一类高层建筑:
2、916层(最高到50米); 第二类高层建筑:1725层(最高到75米); 第三类高层建筑:2640层(最高到100米); 第四类高层建筑:40层以上(高度100米以上)。 2我国现行高层民用建筑设计防火规范规定: (1)10层或10层以上的居住建筑(包括首层设置商业网点的住宅); (2) 建筑高度超过24米的公共建筑。(不含单层主体超过24米的体育馆、剧院等及防空地下室); (3) 高度超过100米的所有居住及公共建筑均属超高层建筑。,第二节 高层建筑的起源、发展及趋势概况 1区域上 高层建筑诞生于美国、成熟于美国,由美国传向世界,已成为二十世纪特有的建筑现象。 现在美国已不再热衷于高层建筑了
3、,其重心已转向了亚洲。(尤其是中国、日本、马来西亚等国家)芝加哥是高层建筑的故乡,早期的发展阶段,芝加哥与纽约交替领先,大有一竞高下之态势。纽约的帝国大厦(1931年,钢构,102层、381米、办公)、纽约世界贸易中心大厦(1972北楼、1973南楼、110层,412米、钢构、办公)曾先后位居世界最高楼达很长时间,而芝加哥的西尔斯大厦(1974年、钢构、110层、443米、办公)重又夺回最高名次至不久以前。(为马来西亚之佩重纳斯双塔突破) 2高度上 正在寻求向新的高度攀升。 英国的利物浦之塔方案139层、550米,日本鹿岛公司构想200层、808米,日本甚至提出了埃罗普利斯500层、2001米
4、高的方案。另外,建筑师们尚在寻求向地下、深海、空间横向发展等可能性途径。,3现代高层起因 城市人口的快速增长,建设用地变得十分紧张,迫使建筑向空中发展;城市发展过程中人们对视觉、广告效应的强烈追求和精神、心理作用;经济技术的迅速发展也为其提供了直接的物质条件。(垂直交通及其它设备,结构、材料、施工、管理、能源技术等) 4 五个发展阶段(见下表),第三节、高层建筑的优点与问题、及其控制方法,(一)高层建筑的优点 主要表现在五个方面: 1高层建筑区相比多层区、低层区,土地资源利用率高,空地率高,容积率大,绿化覆盖面大。高层建筑向空中、地下发展,可以少占土地,解决城市人口剧增、用地紧张的问题;而空地
5、、绿地是城市避灾、减灾的重要场所。 2高层建筑区建筑面积比例大,容口密度高,各类工程管线服务效率高,节省基础设施建设投资。,3满足大企业对办公楼的规模、形象的需求。 现在正风行的智能大厦(intellegent bulding)需要将全体工作人员与现代化办公设备容纳在一个大楼内,以发挥集约、综合效率。同时,宏大有个性的大楼造型是企业形象的最佳体现。 4高层建筑的地下室是城市的防空地下室。 5高层建筑是城市景观的重要组成部分,丰富了城市空间天际线。 (二)高层建筑的问题 1垂直交通问题 这是高层建筑大量人流、货物能否快捷上下,并保证安全的关键所在,也是设计中建筑师的重要工作内容之一。 2结构问题
6、 高层建筑的结构问题主要是抵抗侧向风力、地震力,尤其风力是主要不利荷载,因此,高层建筑结构用钢量大。 3高层建筑的外观问题 处理不当,会造成严重的环境问题。从总体来说,既要处理好与周围环境的整体关系,又要寻求自身形体上的突破,创造有个性、丰富、符合建筑自身性格和时代审美特性的作品。,4密集高层建筑的出现对城市的影响:高层建筑北面阴影面大,空间灰暗,不利于植物生长和人的身心健康;高层建筑密集区易产生楼群风,对局域小气候和房屋结构不利。 5.施工问题:建筑高度大,施工过程中材料、设备和施工人员的垂直运输距离大,时间长,同时高层结构复杂,精度要求高,施工难度大,进度较慢。 6.经济问题:由于高层结构
7、特别,用钢量大,施工难度大,所以经济投入较大。小高层相比多层建筑工程平方造价高出2030%,高层和超高层则高出3080%。 7.使用者的生理与心理问题:由于离地高度大,空间活动面积小,使用者接触自然要素的几率小,人们生活在“空中鸽笼”中,儿童和老人感到活动不方便,而且易使人产生孤独感。 位于纽约 曼哈顿区5马路和6马路之间的洛克菲洛中心,由14幢高楼组成,是处理较成功的世界上最集中的高层建筑群之一,历经十年左右才建成。,地王(68层 384m 1996),横滨标志塔(70层+3层塔楼 296m 1993年 ),1928年莫瑞斯(B.W.Morris)所做方案,1930年莱恩哈特和豪夫迈斯特所做
8、方案,1930年联合建筑师所做方案,1933年联合建筑师所做方案,1935年所选最终方案,鸟瞰图,8高层建筑的环境心理问题 高层建筑与环境间的相互影响非常复杂。以下为几个主要方面: (1)阳光与阴影 根据不同地区的特定自然气候状况,对阳光需求有明显的差异。 高层建筑会留下一条长长的影子,但它具有流动性特点。 塔式高层建筑的终日阴影最小,板式则相对大的多。(见示图)因此,选址、布局时,应注意保持适当的间距,避免给高层之北侧建筑、环境造成日照问题;尤其地,应避免东西向街的南侧街道终日阴冷。 另外,现代高层建筑常使用大片玻璃幕墙,会给城市环境造成眩光;并且,处于高反射玻璃的反射区内,气温会升高101
9、5。对周围小气候环境影响较大。 (2) 噪声与减噪 高层建筑内不可避免地有很多噪声(电梯、设备、管道等)。通过设备自身减噪处理、隔声材料的使用及设计上的合理安排等措施,已取得了明显的效果。 高层建筑设计中应注意风引起的噪声。窗户采用多层不共振玻璃,保持良好的气密性,建筑外型应尽量简洁。 另外,外部环境噪声对高层建筑同样有较大影响。街道布置时,应采用开敞式而避免封闭式;尚可以裙房、低层商业建筑起声障作用。,(3)风对高层建筑的影响 高层建筑的风振动会给人带来不舒适感。风荷载影响人体舒适度的因素有以下几方面:振幅、速度与加速度、加速度变动率(16次/秒,即引起人的不适)。为抵抗风侧力影响,高层建筑
10、设计时应加大进深和严格控制高宽比。 除了风对高层建筑本身有种种影响外,对其周围环境也有一定的影响。因气流收缩而产生负压,随之出现涡流。其中向下的气流会影响周围的建筑,且给行人造成影响。 (4) 其它环境问题 (三)对高层建筑的合理控制方法 1禁止建造高层建筑 此法是一项严格的禁止性政策,应慎之又慎地使用。对城市的一些特定区域、地段,可考虑采用严格禁止法。 2限制高层建筑的高度 为保持一定区域的整体环境风貌,可采用限制高度方法。如巴黎旧市区分为五个高度区,分别控制在15、18、25、31、35米范围内 。 另外,一些地质条件差、有地震灾害的地区,应加以高度限制。,3限制高层建筑选址 高层建筑设计
11、除单体质量外,更应重视环境的整体效果。 4以容积率控制高层建筑密度 密度越大,空地则越少,必将带来缺乏公共活动场地、绿地和人车拥挤等问题。 西方国家许多城市的中心区的高层建筑净密度几乎达到90100%,基本占满基地!同时,一些高层建筑的有效容积率更高大50,如帝国大厦有效容积率为25.78,加上地下面积达40。 部分地区现行的控制性建筑容积率:旧金山14以内,芝加哥16以内,我国以不超过10为宜。,第四节影响高层建筑平面与体形的因素,高层建筑形式创意与形体塑造受多种因素的影响。 一、设计纲领对平面与形体的影响 设计纲领就是通常所说的设计任务书,是在规划立项后,由业主请建筑师及相关专业工程技术人
12、员对项目进行可行性研究,并在此基础上对建筑做出总体策划,将规划目标设定的定性信息转化为对建筑设计的指令性信息.其对高层建筑的一些重大原则已有了大体规定,如投资、规模、面积、层数、高度、功能组成及各种重要设备与设施等。 设计纲领往往对设计对象的平面轮廓和造型发生重大的作用。,二、功能对平面与形体的影响 高层建筑是受综合因素制约的艺术。内容与形式统一,造型是内部空间合乎逻辑的反映,是设计的根本原则之一。 基本的平面与形体特征与功能密切相关现代综合性的高层建筑,大多是采用标准层作竖向累积(积层),重叠在高层主体里,形成高耸兀立的竖向体量;同时把功能复杂、大小不一的空间,安排在主体的低层及其毗邻的附属
13、建筑里,形成高低起伏、富有变化、扁平舒展的横向体量。形成了高层建筑在宏观上最基本的平面与形体特征。 标准层平面形状与功能密切相关如:现代办公室流行采用巨大的灵活空间,根据需要,空间可大可小、可分可合。所以,高层办公楼的标准层平面形状自由度很大。而其它类型建筑的标准层则总是受到功能的种种限制。 平面形式与建筑形体应表现出功能要求和类型特征。但应注意形式的自主性和对功能的超越。 三、基地形状对平面与形体的影响 这是显而易见的。如:窄长的地形适于建条式建筑,小块方整地宜建塔楼. 另外一些特殊地段(如十字口、丁字口、锐角交叉口等),则应对用地形状仔细研究、经营,除满足功能外,尚应在形象上下工夫。,四、
14、环境对平面与形体的影响 1应与地形、地貌、周围景色浑然一体。 2争取好朝向和良好景观,使建筑平面形式、空间组合及形体处理反映出基地特点。 3城市生态环境要求高层建筑采用合理的规划布局。 4气候环境对平面与形体有明显的影响。(不能不考虑气候特点。盲目选用人工调节,经济费用高。因而,不同气候区如湿热地区与干冷地区的建筑有不同的特征。) 5现有建筑环境对平面及形体有一定的影响,有时还是决定性的。 五、结构、材料、技术、建筑师的创意,社会人士对建筑的平面和形体均有着重大的影响。,第二章 高层建筑造型设计 第一节 高层建筑平面形式与形体塑造,一、高层建筑平面形的构成 一般分为“线生形”和“形生形”两种构
15、成方式。 (1)线生形:以基本线型的组合变化,可生出无穷变化的平面形式。 基本线型有三种:直线、凸线和凹线。 (2)形生形:以基本形为构形基础要素,创造新形体的构形方式。 基本形有:正方形、矩形、正三角形、圆形、菱形等。 基本形经渐变、弯曲、切割、错叠、群化、减切、伸展、拉压等,可产生各种新的形式。而将原形作交合、取舍,也可产生许多新形式。,二、高层建筑形体的三种基本类型: 1、纯几何体建筑形态的基本形式是规则几何体。如:西格拉姆大厦、原纽约世贸中心大厦。 2、雕塑体即建筑形体有雕塑性。如香港的奔达中心。 3、象征体指建筑形体具有某种精神意味或象征性。如:北京铁路西客站造型象征北京西大门,巴黎
16、德方斯巨门,以及巴西首都巴西利亚之国会大厦等。 三、高层建筑的造型与构图 1、 高层主体设计总则整体性、简洁性、易识别性。 2、 高层建筑主体的空间与形体组合形式 高层建筑造型既可采用对称式构图,也可不对称,既求统一,也需变化。在平面及形体构成上可归结为以下数种类型:,、单体式 、双体式奔达中心、纽约世贸、吉隆坡佩重纳斯双塔 、联体式德国募黎黑BMW公司大楼 、变平面式通常为上大下小,如金字塔式、退台式、台阶式等,例:旧金山泛美大厦、贝聿铭香港中银大厦等 、群体式常被誉为“城中之城”,规模宏大、壮观,以群体式解决复杂的建筑和城市问题,为超大型城市综合体。例:上海商城。 、自由式反传统的、不规则
17、式建筑组合、有个性、自由、活泼。,第二节 高层建筑的形体艺术与创作,形体艺术与创造目的,即是要创造出丰富而协调统一的整体艺术造型。高层、超高层建筑不论从功能上或从整体形式上,一般可明显地划分出三部分:楼下部(脚)、楼主干(身)、楼顶部(头)。 三部分有不同的功能和艺术形象特征: 主干(身)有塔式、板式、墩式三大类,而各类形体又有很多变化方式。楼脚之裙房做法和楼顶的处理方法也同样非常丰富。 如果在设计中善于变化楼的各段之形体,并把握住整体关系,则可创造出异常丰富的高层建筑形体。,第三章 标准层建筑布局与组合设计,第一节 基本概念 按竖向空间积层的相同楼层即构成了高层建筑意义上的标准层。 高层建筑
18、标准层的平面布局和空间组织,不仅关系到高层建筑主体的大部分乃至绝大部分面积,而且决定着高层建筑形体的造型艺术效果。 高层建筑的设计受到来自经济条件、使用功能、结构要求、设备组织、防火规范等各方面的限制和约束。这些约束在很大程度上集中地反映在标准层上。 高层建筑构成的实质(基本精神)是:有效的水平重叠加上合理的垂直贯穿标准层积层方式。,有效的水平重叠指很多个标准层在垂直向的层层积累。 合理的垂直贯穿是在层层累叠的标准层之间,用一定形式、内容的垂直体以某种方式贯穿其中。 垂直体通常包含有结构支撑系统、维护构件、内部分隔构件、电梯井、楼梯井和设备管道井等内容。通过垂直体的贯穿,使各水平面(标准层)之
19、间、水平面与地面之间形成支撑和联系,才形成高层建筑。 第二节 标准层布局和组合设计 “核体”-在高层建筑设计中,通常将楼梯、电梯、设备辅助用房、管井等集中布置,竖向对齐、贯通,并与相应的结构形式结合形成坚强的“核心”,用以抵抗巨大的风和地震侧移。该部分称为“核体” 。 “壳体”-用于办公、居住、娱乐、休息(如客房)等人们日常使用的部分。,就“核体”与“壳体”的相对布局和组合而言,反映在标准层平面中,可有:集中式、分散式、和综合式三种主要形式。 1集中式。 从使用功能出发,要求高层建筑的标准层有良好的采光、交通流线以及和工作和居住等功能相适应的空间划分(避免相互干扰)。“集中式”布置方式就是适应
20、高层建筑的这些要求的一种典型方式。 它是将“核体”部分集中起来,在标准层中独立成区布置。 它与使用部分“壳体”的关系又可分:中心式、对称集中式、偏心集中式和独立集中式等几种方式。 (1)、中心式 中心式标准层的布局整体上最均衡,有效使用空间与核体的接触最充分,适合于不同面积大小、平面形状、纵横比例的标准层构成。 有效使用面积与主要核体面积的比例可调性好,易于满足不同功能、规模、层数的建筑布置。其应用十分普遍。(缺点是:常需要空调,旅馆尤甚),(2)、对称集中式 对称集中式是将核体置于标准层平面中部,两端布置有效使用空间,构成左右对称的功能格局。 特点是:核体不影响房间采光、通风,横向刚度好,交
21、通方便。(如日本大阪阪急豪华大楼标准层图) (3)、偏心集中式 将核体集中布置在标准层的一端或一侧,形成偏心集中式布置。 当核体位于一端时,则另一端为使用空间,使用空间很集中、空敞,且自由性强。能较好地适应局促、不规则用地,或对建筑平面和空间有特殊设计要求的情况。 当建筑基地较小,总平面布置中人流、车流受到一定限制时,常采用核体偏于一侧的布置方式。 (图:一端可为任意多边形;美国纽约共和银行场地限制,立面需采用竖向线条;一侧香港爱群大厦),(4)、独立集中式 将核体部分集中独立布置于高层建筑主体之外,则集中偏心式就变成为独立偏心式。 核体成为高层主体的附帖式独立体量。有效空间灵活、完整,有利交
22、通、防火和疏散,且使总体造型有变化。(图:沙特阿拉伯吉加国家银行) 2分散式 由于种种原因,很多情况下需要将高层建筑的每层面积设计的较大,这时就需要根据交通、防火分区,把电梯、楼梯、设备辅助用房及各种设备管井等,分散布置在每个防火分区的合理位置上,以满足垂直交通、紧急疏散等具体要求。 因为核体分散均匀布置,使交通短捷,有利于组织双向或多向疏散路线,且可以使平面布局灵活、造型丰富。 分散式分:对称分散式(两端式)、自由分散式、独立分散式。 (1)对称分散式 将核体一分为二或一分为四,对称布置于两端或四角。 特点:交通路线可多向选择、不交叉干扰、符合防火疏散要求、中区空间灵活完整、结构刚度好。(图
23、:两端设核体;东京都新市政大楼两大两小),(2)自由分散式 根据标准层平面形式与功能组织需要,在兼顾防火疏散和结构合理性的前提下,灵活自由地安排核体布局,呈自由分散式布局。(图:上海华亭宾馆平面) (3)独立分散式 为了使建筑内部功能更为灵活或建筑形体塑造具有较大的可塑性,有时将核体移出平面以外,独立分散布置,可使建筑产生独特的艺术效果。(图:德国慕黎黑海波大厦平面) 3综合式 以上两种核体布置方式均是典型形式,但更为常用的是综合式布置。 有的可能以某种方式为主,而兼有另一种布局特点;有的可能将两种甚至三种方式融为一体。 它常兼有各种布局的优点,但若处理不好,也会给使用和管理带来麻烦,降低使用
24、效率。,第三节 标准层平面规模 1影响标准层规模的因素和有效使用率 (1)因素 影响标准层平面规模的因素很多,有社会因素,也有美学因素。 如: 社会因素有:业主个人意愿、行政主管部门的想法;同时又有客观条件诸多因素的限制(如场地约束、工程投资与产出效益、环境与景观品质要求、城市规划及建筑法规控制等)。 美学因素有:讲求主体的造型比例、追求“宏伟”、“高耸”、“挺拔”、“秀美”等美学效果。 (2)标准层规模的合理性评价 由于影响因素复杂,使高层建筑的标准层平面规模相差很大。 规模合理性评价:由于限制因素的复杂性,使得全面综合地评价标准几乎不可能存在。但不可能不考虑其经济效益,也就是有效面积比率。
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