結(jié)構(gòu)建筑學(xué)視角下的商業(yè)綜合體中庭空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

李佳熹 趙亞琛 唐夢瑩

1.米蘭理工大學(xué) 意大利 米蘭 20131 2.天津大學(xué) 天津 300072 3.哥倫比亞大學(xué) 美國 紐約 02135

1. 結(jié)構(gòu)建筑學(xué)的提出

結(jié)構(gòu)建筑學(xué)是以結(jié)構(gòu)主義思維方式為基礎(chǔ)，以結(jié)構(gòu)理性主義為原則，滲透結(jié)構(gòu)、暖通、電氣等各工程設(shè)計(jì)需求并以之為創(chuàng)新觸發(fā)媒介的建筑設(shè)計(jì)理念。意大利建筑師奈爾維在建筑設(shè)計(jì)的過程中發(fā)明了鋼絲網(wǎng)水泥殼體技術(shù)并發(fā)展了預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)，日本建筑師丹下健三設(shè)計(jì)完成了代代木國立體育館，在此設(shè)計(jì)中建筑空間與屋頂桁架的契合解釋了建筑結(jié)構(gòu)合理性的問題。

2. 中庭空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

商業(yè)綜合體中庭空間的定義為上下垂直連通的，有一定的自然采光的室內(nèi)空間。由于商業(yè)綜合體建筑功能的定位，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在豎向的布置極為有限，因此在設(shè)計(jì)時(shí)對于不同方案建筑師應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。

2.1 安全性設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)的安全性是建筑方案設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)的前提條件。商業(yè)綜合體中庭空間設(shè)計(jì)時(shí)首先需要考慮懸挑環(huán)廊的安全性，其主要取決于荷載的大小以及構(gòu)件（梁）懸挑的長度。為了達(dá)到建筑設(shè)計(jì)內(nèi)部空間的中庭效果，對中庭環(huán)廊的懸挑長度以及梁間距的要求不斷增加，中庭環(huán)廊的荷載較大，在主體結(jié)構(gòu)考慮為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)時(shí)，中庭環(huán)廊設(shè)計(jì)時(shí)的懸挑長度不宜超過5m。

2.2 撓度合理性設(shè)計(jì)

商業(yè)綜合體中庭空間的荷載有靜荷載也有活荷載，而結(jié)構(gòu)構(gòu)件在活荷載的長期作用下產(chǎn)生的撓度不僅會影響建筑的美觀也影響建筑的正常使用。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的最大撓度應(yīng)按荷載的準(zhǔn)永久組合值，計(jì)算值不應(yīng)超過規(guī)定（見下表1）；商業(yè)綜合體中庭空間用MIDAS/Gen軟件進(jìn)行模擬分析，其撓度和規(guī)范限制如表1所示。計(jì)算撓度值小于規(guī)范限制值時(shí)可以滿足空間結(jié)構(gòu)的正常使用。

表1 .撓度限值規(guī)范規(guī)定（來源：參考房屋結(jié)構(gòu)規(guī)范）

2.3 振動頻率合理性設(shè)計(jì)

振動頻率是影響中庭空間舒適度的另一因素，自振頻率的大小和構(gòu)件產(chǎn)生的撓度相關(guān)。根據(jù)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求，組合樓板在永久荷載作用下，其自振頻率不應(yīng)小于15Hz；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中要求樓板的豎向振動頻率不應(yīng)小于3Hz。樓板第一階段的振動頻率相對于第二三階段較低，通過有限元模態(tài)分析得出的第一階段的數(shù)值，可作為計(jì)算舒適度性能的依據(jù)。第一階段的模擬數(shù)值滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的要求，但相對于《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》相差較多，可見中庭空間樓板處豎向的剛度較弱，在中庭空間設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)對樓板的振動頻率進(jìn)行分析，以確保建筑空間的舒適性要求。

2.4 加速度合理性限值控制

中庭空間的振動頻率的大小對中庭空間的加速度值有一定的影響，樓蓋結(jié)構(gòu)豎向加速度的限值如表2所示，且在豎向自振頻率在2～4Hz時(shí)，加速度的限值可按內(nèi)插法計(jì)算（見下表2）。樓板的豎向加速度超過規(guī)定數(shù)值時(shí)，人們對中庭空間振動的敏感性會有所提升，在安全性的前提下，空間使用的舒適度會下降。

表2 樓蓋結(jié)構(gòu)豎向加速度限值（來源：參考房屋結(jié)構(gòu)規(guī)范）

3. 結(jié)論

在建筑方案的設(shè)計(jì)中，建筑師和結(jié)構(gòu)師各司其職，其間的交流和溝通必不可少；對建筑師而言，以商業(yè)綜合體中庭空間為例，分析其功能，簡單的判斷空間的結(jié)構(gòu)影響力，在分析結(jié)構(gòu)影響因子評價(jià)下后的中庭空間所采用的設(shè)計(jì)手法在方案設(shè)計(jì)中的可靠性更高，在結(jié)構(gòu)建筑學(xué)的發(fā)展研究中，不應(yīng)單一的將方案或者結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為主導(dǎo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)手法的精妙結(jié)合，可提高當(dāng)代建筑的品質(zhì)，超越外在的建筑形式。