高层建筑办公楼设计讲义

高层建筑（办公楼）设计讲义一、高层建筑的概念（定义）、分类二、高层建筑的起源、发展及趋势概况三、高层建筑的利与敝及其合理控制的方法四、影响高层建筑平面与形体的因素五、高层建筑造型设计简介六、高层建筑标准层平面布局与空间组合设计（以办公楼为重点）七、标准层与高层建筑结构概念设计（兼谈变形缝概念）八、标准层与相关楼层设计九、地下车库简介十、高层建筑防火设计一、高层建筑的定义自古以来，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：9——16层（最高到50米）；第二类高层建筑：17——25层（最高到75米）；第三类高层建筑：26——40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。二、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，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．现代高层起因起因,是城市人口的极度膨胀，用地变得非常紧张，迫使建筑向空中发展;加之,有着强烈的视觉、广告效应和精神、心理作用；同时,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）三、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。并且，节约的土地可供布置绿化、美化环境；这些绿地在火灾、地震等紧急情况下可作安全隔离带和疏散用地。2．高层建筑可节约市政工程投资。这是相对集中使道路管线缩短所致。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（intellegentbulding）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．高层建筑是大城市的重要景观。（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．结构问题高层建筑的结构问题主要是抵抗侧向风力、地震力，尤其是风力。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。地王(68层384m1996)横滨标志塔(70层+3层塔楼296m1993年)横滨国际和平会议中心(31层高139.56m1992)4．密集高层建筑的出现对城市的影响由于经济的发展，城市内的寸土寸金成为必争的目标。因此，市中心区往往高层建筑非常密集。处理不好会对城市环境产生严重的影响。如：天窄、人小、车拥人密、气污、声噪、风急、树稀、阴暗等等。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。5．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10~15℃。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。（见示图）（3）风对高层建筑的影响这主要是指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：①振幅；②速度与加速度；③加速度变动率（1~6次/秒，即引起人的不适）。为抵抗风侧力影响，高层建筑设计时应加大进深和严格控制高宽比。另外，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根据具体情况常采用以下几种方法：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90~100%，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。四．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。是在根据规划立项后，由业主请建筑师及相关专业工程技术人员对项目进行可行性研究，（Feasibilitystudy）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）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）另外，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。四、高层建筑的造型设计简介（一）高层建筑平面形式与形体塑造1．高层建筑平面形的构成分为“线生形”和“形生形”两种构成方式。（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。2．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。（图）（2）雕塑体——即建筑形体有雕塑性。如香港的奔达中心。（图）（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，巴黎德方斯巨门，以及巴西首都巴西利亚之国会大厦等。3．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：①单体式②双体式——奔达中心、纽约世贸、吉隆坡佩重纳斯双塔③联体式——德国募黎黑BMW公司大楼④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⑤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。⑥自由式——反传统的、不规则式建筑组合、有个性、自由、活泼。（二）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。五、高层建筑标准层建筑布局与组合设计（一）标准层积层概念和意义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、