1高層建筑的建筑設計狀況概述

在建筑設計的過程中藥遵循節能設計的相關理念。具體來說可以從下面幾個方面進行考慮：一是，充分考慮高層建筑對于城市環境產生的影響作用，綜合進行考慮對高層建筑的建設位置以及朝向進行規范，如果建筑的容積率太大，就很難滿足內部空間的日照要求，同時還會增加相應的采暖等方面的費用，因此在進行高層建筑的設計過程中，要充分研究建筑位置朝向與節能減排的相關關系，使建筑的方位能夠接受到適量的日照，可以增加相關的開窗面積，增加南向開窗，減少相應的北向以及東向開窗面積，這樣能夠使建筑獲得更多的光照，同時能夠有效減少建筑的熱量損失，使內部能夠保持一個較為舒適溫暖的居住環境。第二方面可以對相應的圍護結構進行優化，這樣也能取得良好地節能效果。在寒冷地區，較為常見的圍護結構的做法為：粘土空心磚與實心磚復合砌筑的墻體；采用粘土實心磚或空心磚巖棉進行夾心砌筑的復合墻體；采用頁巖陶?；炷量招钠鰤K進行砌筑的墻體等，良好地建筑材料能夠起到良好地保溫隔熱效果。第三為一些影響建筑節能的相關因素。根據相關的數據顯示，在高層建筑的耗能結構中，外圍護墻體耗產生的能量消耗最大，能夠占到總耗能比例為25％。這與外圍結構的外露面積大事分不開的，而建筑的形體變化是增加圍護結構面積的主要因素，對于高層建筑來說，體形系數越大，則會產生更多的耗能，因此在進行外圍結構設計時，遵循的原則為，形體變化不宜過為復雜和多變，科學合理選擇相應的建筑保溫材料以及建筑結構形式。

2在進行高層建筑設計過程中需要的問題

2.1建筑防火的問題

高層建筑的總體布局要遵循暢通安全的相關原則，在進行樓道設計時，能夠保證人員進行暢通流動，在緊急情況下，能夠及時進行人員疏散，同時應在相應的采光設施以及照明系統位置設立顯眼的疏散標志這樣能夠實現緊急情況下，人員快速進行安全撤離，有效避免踩踏事件的發生；對相應的防火分區進行合理設置，同時合理設置相應的消防器械以及疏散通道，這樣在火災發生時候，能夠及時采取相應的滅火措施，同時有效進行人員的疏散。要保證在同一層樓體的任何一個位置，兩個消防栓的水槍能夠同時到達。在進行建筑室內室外消防系統設計時，要充分滿足相應的消防用水的要求以及滅火水壓，同時消防水池的容量也要滿足相應的防火要求。

2.2建筑抗風的問題

1高層建筑的細部結構設計

1．1結構平面的設計與布置平面形狀簡單、規則、對稱盡量使質心和鋼心重合。偏心大的結構扭轉效應大，會加大端部構件的位移，導致應力集中。平面突出部分不宜過長。扭轉是否過大，可用概念設計方法近似計算鋼心、質心及偏心距后進行判斷，還可以比較結構最遠邊緣處的最大層間變形和質心處的層間變形，其比值超過1．1者，可以認為扭轉太大而結構不規則。高層建筑不應采用嚴重不規則的結構布置，當由于使用功能與建筑的要求，結構平面布置嚴重不規則時，應將其分割成若干比較簡單、規則的獨立結構單元。對于地震區的抗震建筑，簡單、規則、對稱的原則尤為重要。

1．2結構立體的設計與布置結構豎向布置最基本的原則是規則、均勻。規則，主要是指體型規則，若有變化，亦應是有規則的漸變。體型沿豎向的劇變，將使地震時某些變形特別集中，常常在該樓層因過大的變形而引起倒塌。均勻是指上下體型、剛度、承載力及質量分布均勻，以及它們的變化均勻。結構宜設計成剛度下大上小，自下而上逐漸減小。下層剛度小，將使變形集中在下部，形成薄弱層，嚴重的會引起建筑的全面倒塌。如果體型尺寸有變化，也應下大上小逐漸變化，不應發生過大的突變。上下樓層收進使得體型較小的情況經常發生，對于收進的尺寸應當限制。

1．3建筑基礎的設計與布置高層建筑的上層結構載荷很大，基礎底面壓力也很大，應采用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調節不均勻沉降的基礎形式。根據上部結構類型、層數、載荷及地基承載力，可以用筏型基礎或箱型基礎；當地基承載力或變形不能滿足設計要求時，可以采用樁基或復合地基。筏型基礎一般有兩種做法：倒肋形樓蓋式和倒無梁樓蓋式。倒肋形樓蓋的筏基，板的折算厚度較小，用料較省，剛度較好，但施工比較麻煩，模板較費。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空間的利用，但地基開鑿施工麻煩，而且破壞了地基的連續性，擾動了地基土，會降低地基承載力；采用倒無梁樓蓋式的筏基，板厚較大，用料較多，剛度也較差，但施工較為方便，且有利于地下空間的利用。當地基極軟且沉降不均勻十分嚴重時，采用筏形基礎，其剛度會顯得不足，在這種情況下采用箱型基礎就較為合理。箱型基礎剛度大、整體性好、傳力均勻；能適應局部不均勻沉降較大的地基，有效地調整基地反力。在淺層地基承載力比較軟弱，而堅實土層距離地面又較深的時候，采用其他類型的基礎就不能滿足承載力或變形控制的要求。這時應當考慮采用樁基礎。樁承臺的作用是將上部荷載傳給樁，并使樁群連成整體，而樁又將荷載傳至較深的土層中區。樁距應盡可能的大，在充分發揮單樁承載力的同時，還能發揮承臺土的反力作用，以取得最佳效果。

2高層建筑的消防設計

經濟的快速發展使人們在追求美觀經濟的同時，更加注重安全這個重要的環節，對于消防知識的普及，更代表著如今我國的高層建筑已逐步邁向了成熟發展的行列。

我國的高層建筑在十余年里可謂突飛猛進，其建設速度和建造數量在世界建筑史上都是少有的。我國的理論研究多偏重于介紹國外的思潮流派，或是探討文化、藝術、美學等與外在形式相關的東西，而對于功能組織和空間構成模式的研究卻較少有人問津。

1、高層建筑空間構成模式演化

1.1內核的形成高層建筑與其它建筑之間的最大區別，就在于它有一個垂直交通和管道設備集中設置，在結構體系中又起著重要作用的“核”（Core）。而這個“核”也恰恰在形態構成上舉足輕重，決定著高層建筑的空間構成模式。

在建筑的中心部分，有意識地利用那些功能較為固定的服務用房的圍護結構，形成中央核心筒，而筒體處于幾何位置中心，還可以使建筑的質量重心、剛度中心和型體核心三心重合，更加有利于結構受力和抗震。

1.2核的分散與分離隨著時代的發展、技術的進步，人們對建筑需求的變化和設計側重點的不同，以中央核心筒為主流的高層建筑“內核”空間構成模式開始受到了挑戰。

對于結構專業來說，加強建筑周邊的剛度也會有效地抵抗地震對高層建筑的破壞，所以如果將垂直交通

1高層建筑火災特點

隨著我國社會主義市場經濟的迅速發展，城市化進展迅猛，大城市、超大城市不斷出現，城市中各種功能的大型建筑、高層建筑和超高層建筑以及地下建筑不斷涌現。在各種防火條件大體相同的條件下，高層建筑比多層建筑、單層建筑火災危害性大，并且高度越高，其危害性會相應增大，容易造成重大財產損失和人員傷亡事故。其火災特點主要是:

（1）火勢猛烈，火災蔓延速度極快。高層建筑裝修豪華，室內含有大量的可燃物質，如家具、窗簾、地毯、吊頂裝飾等，發生火災時燃燒猛烈。加之高層建筑的豎向井道多，如電梯井、樓梯井、通風井、管道井、電纜井、垃圾道、排氣道等，它們都是火災蔓延的通路，形成“煙囪效應”；加上這些豎井的抽風作用，一旦發生火災，火勢蔓延迅速，樓層越高，抽風越強，火勢越猛。據測定，初期的火災，煙氣水平擴散速度約為0.31m/S;在火災猛烈燃燒階段，水平擴散速度為0.5～0.8m/s，而豎向擴散速度高達3～4m/s,例如，美國希爾頓飯店8層起火，火災蔓延到30層的頂部，僅用了20分鐘，濃煙翻滾直上，高出樓頂達150米。

（2）火災撲救工作復雜。高層建筑消防設計立足于“自救”，其滅火設備復雜、自動化程度高、只要任何一個環節有問題，滅火設施便不能充分發揮作用。撲滅初期火災至關重要，但現場人員卻對滅火設備不會使用或無力使用,等消防人員全副武裝從駐地趕到現場，登上高樓，不僅體力消耗人，還可能與消防中心、水泵房等聯系不便、配合困難，樓高風大、火勢猛，消防隊員在高熱、濃煙下操作，比一般火場難度大得多。目前國產登高消防車輛尚不能滿足高層建筑安全疏散和撲救火災的需要，不能將人員及時疏散到室外。

（3）人員疏散困難。高層建筑層數多，垂直疏散距離長，疏散到室外地面、屋頂直升飛機停機坪或避難層所需的時間也相應增長。由于高層建筑人員眾多，不少公共活動場的人員相對集中，火災時增加了疏散的難度，容易造成重大傷亡事故。高層建筑發生火災后，常因通訊聯絡失控，往往下層發生火災，上層仍然未知有其事。尤其是在高層酒店中，人員眾多，人地生疏，給安全疏散增大了困難，更易導致慘重事故。

2高層建筑自救滅火的主要措施

1、優化建筑位置及朝向設計

高層建筑的定位首先應考慮對城市環境的影響容積率過高很難滿足日照要求，陽光有著巨大輻射能量，在寒冷地區人們十分珍惜陽光帶來的溫暖。據有關資料，地球每年接收的能量有60億億千瓦，這么大能量棄之可惜，從某種意義上講地球本身就是巨大的太陽能接收器，陽光不僅對人的身體健康有著很大影響，對建筑的節能也有著十分重要意義。寒冷地區城市規劃應注重日照原理，合理的確定建筑位置與朝向，使每幢建筑能接收更多的太陽輻射熱能，因此，建筑的方位與節能有著直接關系。如，在北緯40度～45度地區，冬天建筑的朝向所得到的輻射能量幾乎比夏天多兩倍，而在夏天東、西向所得到的能量比南向多2.5倍，不同朝向，不同季節，建筑物所得到的太陽輻射熱能量不同，熱損失也不同，尤其是在冬至前后，由于太陽高度角低，房間所接收的太陽光線的面積比夏天多得多。在確定建筑的方位時首先應考慮環境情況，按其太陽高度角做出日影響圖，以確定冬季每天的日照時間，建筑南向開窗面積盡可能大些，在滿足采光條件下，北向、東向窗盡可能小些，從而獲得更多的太陽光線，減少熱損失，保持室內舒適的溫度環境。

2、優化圍護結構墻體設計

2.1外墻是圍護結構的主體部分，高層建筑的圍護結構不同于磚石結構房屋，前者是鋼筋混凝土框架或剪力墻結構承重，因此，圍護結構屬于填充材料，為了減輕荷載，達到保溫、隔熱要求，采用輕質高效保溫材料，在寒冷地區常用的墻體做法有：頁巖陶?；炷量招钠鰤K；粘土空心磚與實心磚復合墻體；粘土實心磚或空心磚巖棉夾心復合墻體等。但存在問題較多，節能的效果仍達不到標準的要求。圍護結構的材料布置分外側和內側，在寒冷地區的同一氣候條件下，由于材料層次布置不同所取得的保溫效果也不盡相同，為防止墻體內產生冷凝水，保溫層設在外側更為妥些。

2.2高層建筑的圍護墻體不宜采用外側保溫的聚苯乙烯泡沫板（舒樂板、PG板），巖棉板等輕質保溫材料。一幢建筑的壽命少則幾十年，多則上百年，材料的應用與建筑整體的壽命應同步。對于輕質的外保溫復合墻體，筆者認為存在以下不足之處：

（1）抗震能力差，易松散，與結構構件結合不好，整體性能差。

1工程概況

某工程由主樓、裙樓、酒店及其附屬設施組成。其中主樓地上48層，高度I68m，基礎埋深12m，筒體一框架結構，基底壓力l100kPa。裙樓與酒店4-8層，高度1224m，基礎埋深6m，框架結構，基底壓力80150kPa，總建筑面積80900m2。由于該工程為高層建筑，巖土工程勘察工作除了搞清一般高層建筑工程勘察規定的要求外，還需重點解決以下幾個問題：

(1)要求野外鉆探時進行全斷面采芯，以便對地基基礎設計方案進行多方面論證分析。

(2)采用樁基時。應提出合理的樁基方案，預估單樁承載力及群樁視為實體基礎時承載力和沉降計算。

(3)對上部結構和地基基礎設計、施工中應注意的問題提出建議，必要時提出深基坑開挖的支護方案。(4)判斷基坑開挖降低地下水的可能性和對已有建筑的影響。

2勘察工作的布置

1高層建筑結構受力問題

建筑物底面對建筑物空間形態的水平方向和垂直方向的穩定性都是十分重要的，由于建筑物是鋼筋水泥等重物的砌筑而成，因此結構荷載必須能將其重量向下作用于地面，而建筑設計的一個基本要求就是要檢測地基是否能承載所選擇的結構體系中向下的作用力(如圖1)。因此，在建筑設計最初階段就需要對主要的承重墻和承重柱的分布和位置作出總體考量。豎向和水平向結構體系設計在低層、多層和高層建筑中設計基本原理都是一致的。豎向結構體系成為設計的控制因素有兩個:①較大的垂直荷載要求有較大的墻、柱或井筒;②側向力所產生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。側向荷載與豎向的荷載相比，其對建筑物的效應不是線性增加的，而隨建筑物的增高迅速增大。例如，在所有條件相同時，在風荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側向位移與高度的四次方成正比。在高層建筑中，不僅是抗剪，而更重要的是抵抗變形和整體抗彎，可見，高層建筑在結構受力性能方面比低層建筑更加復雜。圖1高層建筑結構受側向荷載和豎向荷載示意(a)受風荷載示意(+壓力，－吸力)(b)在風荷載和重力荷載組合作用下結構受力示意

2高層建筑設計中存在的問題

高層建筑在進行設計時為了更好地滿足對大客流量和開闊的視野空間的要求，通常在樓梯設計時是以寬大的敞開樓梯來作為主要的客流通道，同時，為了更好的滿足建筑防火方面的要求，高層建筑在進行設計的時候要采用封閉的樓梯間或者是防煙樓梯間，如圖2。因此，在進行高層建筑設計的時候，設計人員通常采用防火卷簾來作為封閉方式，這樣能夠更好的達到防火方面的要求。在進行設計的時候為了更好的滿足相關規范要求，同時確保樓梯的數量和形式滿足使用方面的要求，但是，這種設計方案是一種不可取的方式，在出現火災的時候，人員在疏散方面存在著一定的安全隱患。在進行高層建筑設計的時候還是存在著一個非常明顯問題，就是地上層和地下層共用樓梯的問題，在防火方面，為了避免在出現火災的情況下建筑內的人員由地上層進入到地下層，不應該出現共用樓梯的情況。但是在實際設計時，由于在結構設計方面要考慮的問題非常多，因此，在樓梯設計時經常會出現地上和地下貫通的情況，這樣能夠在結構上面更加便利，但是也是會導致出現一定的安全隱患。在很多的高層建筑設計中，設計人員對樓梯的設計方案并沒有得到很多施工人員的注意，同時，在進行設計的時候對疏散通道的寬度也存在著一定問題，疏散通道的寬度在進行設計的時候通常是會受到疏散門的影響，因此，在進行設計的時候，要對防火審核非常重視。

3高層建筑中建筑設計的措施

3．1高層建筑整體設計探析

摘要：轉換層主要是為了滿足高層建筑結構中建筑功能的要求而設計的，轉換層起的是過渡的作用，不僅如此，轉換層對建筑的安全性與穩定性也會產生影響。所以，如果不做好不同結構間的轉換，無法合理運用轉換層的話，將造成不可估量的后果。為了確保結構的安全性與經濟性，提高建筑物的使用功能，就必須做好不同結構體系之間的轉換。本文將通過一個實例來展現高層建筑峻寧圖轉換層結構的基本特點，重點探討轉換層結構設計要點，并且對相關要點提出改進建議，為以后的轉換層結構研究打下基礎。

關鍵詞：高層建筑；轉換層；結構設計；特點；應用

1引言

隨著生活水平的提高，城市化建設步伐的加快，人們對于高層建筑的功能需求也悄然發生著改變，為了迎合市民的需求，建筑物功能區也發生了改變，不再是單一的、片面的、枯燥的。最為常見的建筑物結構形式是民用住宅，功能區的劃分是由住宅與公共場所通過墻體、柱網來進行的，然后滿足每個功能區的使用要求。在這一過程中就運用了轉換層，因為只有轉換層的存在才能完成這些結構變化，從而完成功能區的劃分。其實在高層建筑混凝土結構設計中，為了保證建筑物的使用性能，需要把建筑物分為兩種空間：①大空間；②小空間，這樣的空間設置就導致了上半部分的樓層豎向構件無法接觸到地面，這個時候就要有轉換層的存在了。

2工程概況

某高層商業住宅樓，地下有兩層，地面以上有28層，其中一、二、三層為大型商場，4~28層為住宅。地下室兩層總高度為4.5m，商場有部分樓層高度為4.5m，住宅樓層與商場一樣，不是所有樓層都是一個高度，部分住宅樓層高度為2.9m。整棟樓的結構體系除了電梯間、樓梯間可以一樣之外，其他的都必須是不同的結構體系，其中電梯間和樓梯間采用的是剪力墻核心簡結構。由此可以看出，由于結構體系的不同，那么轉換層也就派上了用場，轉換層的使用使得兩種結構體系完美過渡，所以將轉換層設置在三層定頂，恰好是商場和住宅樓層間的過渡。

1高層建筑轉換層的應用與發展現狀

中國目前的鋼筋混凝土高層建筑一般在二十至五十層之間，其中尤以二十至三十五層居多。中國國內己建成的這個高度范圍內的高層建筑占全部高層鋼筋混凝土建筑的80%左右，可見這個高度范圍內的高層建筑是與中國城市的經濟發展和需求水平相適應的，因而應用最多。在建筑功能的要求上，高層建筑中很少是功能單一的住宅、寫字樓或賓館，高層鋼筋混凝土建筑多是地下部分是停車場，地上1-7層左右為商場、娛樂場所等，上部小開間的使用部分可以設置住宅、賓館、或辦公室。有統計表明，高層建筑中有轉換層結構的占80%左右。帶轉換層的高層建筑轉換層部分，由于梁、柱或板的尺寸較大，所以從模板的支撐系統，鋼筋的綁扎、鋼析架的安裝或預應力的張拉順序，大體積混凝土的澆注等方面在施工技術要求上都有極為嚴格的限制。在某種程度上可以說，轉換層施工是高層建筑的“瓶頸”，如果說一幢高層建筑在支撐系統選擇，鋼筋綁扎，混凝土澆注，預應力張拉，機械設備的選擇等方面做到方案科學，現場施工組織合理，定會帶來良好的經濟效益和社會效益。

2高層建筑板式轉換層的設計技術

轉換板設置位置，是人們關心的板式轉換框支剪力墻結構抗震性能的重要問題之一。隨著人們對梁式轉換框支剪力墻結構在轉換層位置設置較高時，轉換層對結構抗震性能不利的認識，從而提出了轉換層位置較高的框支剪力墻的抗震設計概念，并且限制轉換層下大空間結構的層數。然而，板式轉換結構隨著轉換層位置的提高，結構是否也表現出同樣的動力特性及反應，也是值得討論的。本文結合廈門安寶大廈工程，采用三種模型來計算和分析板式轉換結構轉換層位置對結構抗震性能的影響。計算模型中，轉換層、標準層結構布置如圖1所示。圖中黑色填充區域為轉換層下部框支柱和落地剪力墻；實線部位為轉換板上布置的剪力墻。轉換板厚2200mm；落地剪力墻厚度為400mm；框支柱截面為1200mm×1200mm和1000mm×1000mm兩種；標準層x向剪力墻厚為250mm，y向剪力墻厚為200mm。轉換板所在的上、下樓層的層高分別為2.2m、3.6m(凈高，不含轉換板厚)，結構總高度為98.70m。三種模型分別為：

Hst0——無轉換層結構，以原工程轉換板上部結構為基礎，增加結構標準層，使其高度與原結構相同；

Hst3——轉換板設置在第3層頂，并將原工程x向井筒開洞，轉換層上、下結構等效側向剛度比γex=0.7046，γey=0.8971。

摘要：通過對高層建筑中轉換層的設計和作用進行分析，并通過介紹轉換層的結構形式類型，最后以梁式轉換層為例展開論述，研究其設計要點。

關鍵詞：轉換層；結構設計；高層建筑

在當前城市的建筑中層建筑的建設越來越廣泛，其功能性極強，多功能的建筑在設計時，需要對其內部結構進行合理布局。高層建筑在結構方面，為了滿足特定的建筑功能，通常會設計結構轉換層因此在高層建筑的結構設計中，設計人員必須對結構轉換層設計進行分析，以保證建筑的質量和使用安全[1-2]。

1轉換層設計及作用分析

轉換層設計要基于建筑內部結構進行對應功能的調節，依據不同樓層所在位置對轉換層的性能、功能作出要求，使其能承上啟下，實現結構的功能轉換，通過對設施、空間等要素的搭配結構需求，結合高層建筑中的結構承載進行商業、住宅等多種類型的需求。

2高層建筑轉換層結構形式