郑州西亚斯学院 河南省郑州市451100
摘要:近年报告显示,高层建筑将是未来建筑的主要发展方向,这种变化适应于我们未来逐渐缩少的地球资源。我们生活的世界是三维的。而我们生活的城市以三维形态存在,而设计以二维形势布局。这将带来许多难以克服的困难。“垂直城市”可以包含所有城市所具有的功能。这种高层建筑结构具有容积率巨大、高度超高、占地量小、居住人口密度过高等特点,垂直城市或多或少将占据建筑领域的一席之地。一些建筑结构和材料的设计与研究考虑成本等因素的话无法兼顾绿色环保,垂直城市可将实践节能这一理念变为现实,节约占地面积,保护生态环境,确保生活空间的绝对安全。综合考虑结构、外观和经济等方面,确定垂直城市建设所需的知识量和设计要求。
关键词:垂直城市:建筑领域:设计
引言
在以信息与生态为主题的21世纪,高层建筑具备了四个特点:功能的复杂性、空间的多样性、生态环境、个性化形态。单将高层建筑定义为垂直建筑是不恰当的,现阶段垂直城市多数和科幻或者文学挂钩。但是对于垂直城市的构想已经可以从多种现象里体察,如工业化导致资源贫乏的赛博朋克化城市幻想,脱离实体,连接网络而形成的虚拟城市体等。垂直城市所被寄予的希望就是其本身的意义所在,即解决资源短缺,极大限度的放大空间利用能力,同时尽可能满足时代人们的审美需求。尝试以设计且建成垂直城市本身以去适应环境,就是践行环保理念。现阶段我们应用于超高层建筑的技术可以作为我们假设建成垂直城市的技术参考,就建筑领域来说,高层建筑密集分布的城市并不少见,参考了建筑用地的地形标准,计算出建筑体量的范围,然后进行规划和设计。普遍流程需要适用于垂直城市,以现有技术构筑垂直城市,可能需要结构和技术的革新,探究需要侧重研发的方向。
1垂直建筑在建筑领域设计的背景
目前,据联合国预测,二十世纪中叶地球人口数约96亿,即接下来三十年内将增长23亿。城市化是整体建筑趋势,造成城市占地面积过多,不利于资源可持续发展。垂直城市是解决这种局面的方法之一,垂直城市别名三维城市,是单个建筑体,类型划为巨型建筑。涵盖一切人类活动所需求的空间,生活起居,工作,娱乐,教育和医疗等。涉及领域更为广阔,如字面意思,将一座城市各个区域垂直叠放而形成的一个大体量,少占地,高容积率的城市。试想,你可以足不出户的完成上学、上班、回家、购物和娱乐,你可以实现你能想象到的一切在这栋“城市”里。不仅仅意味着,人们可以不用挤公交地铁,不用每天面临堵车和迟到的焦虑。土地的集中利用为绿地留下更大的空间,一定程度上可以维持更绿色的生态。作为一种探索,“垂直城市”是未来多元化的城市的一个选择。城市规划建设不仅仅是简单的科学和艺术,还应该增加人文、道德、情感,社会文化和古建筑元素保留等因素。很难获得微观地理数据来捕捉历史上城市经济活动的空间分布。然而,高层建筑可以作为“大数据”的来源来追踪城市空间结构的历史。从经济上讲,建筑高度与城市中的土地在空间和时间上的价值有关。这是一个光怪陆离的时代,继承和创新两股力量是积极的。垂直城市值得探索,可能不是现阶段的主流,但当我们克服技术困难时,垂直城市将成为一种利大于弊的选择。
2垂直建筑在建筑领域设计的环境需求
环境因素是一座建筑是否能够长久屹立在这个区域内的重要决定因素。建筑需要考虑的环境因素有各种人为的影响、自然的影响、建筑本体受力的影响。环境的多变使得建筑本体需要适应这种多变的情况,对于建筑本体的材料选择以 及建筑的形态结构也是需要考虑环境的影响下选择出最适应的方案。对于垂直城市来说环境的影响更是有着决定性的因素,垂直城市考虑到本体高度的上升气温、湿度、风阻都会随着建筑高度的改变而发生改变,为了使建筑能够在这种极端环境下依旧稳定,以及日后其他垂直城市的建造对本体建筑造成的影响都需要大量的考察和研究,垂直城市的建造对于低层空气的流动是否会导致空气中污染物的沉积对于居民的生活造成不便的影响以及垂直城市的出现是否会打破这片区域的人文环境,使得本来具有浓厚文化色彩的地区,由于垂直城市的出现导致文化的冲突,能否使得超高层建筑融入当地的文化中来。垂直城市的出现必然会使得一片区域内出现的灰空间,将灰空间打造成为居民服务的广场、绿地对周边的生态环境提供一定的帮助。建筑的本质是为人们服务,一座好的超高层建筑对于人们来说是要带来好的影响,将垂直城市与环境融为一体使人们在建筑之中也是在环境之中。对于超高层建筑的建筑需要考虑当地的自然灾害地震、海啸、飓风等,风环境是垂直城市受到最频繁的自然影响,大多数的超高层建筑都会在建筑体内设置阻尼器,会考虑风阻对建筑造成的影响。参考上海环球金融中心其建成初期面临的重大问题就是上海沿海城市风环境的多变,其建筑的设计构造也因为自然的影响采用了方形的棱柱与大弧线相互交错并设置了两台阻尼器。垂直城市的设立必定是大量的人力物力的投入,建筑越高,其自身的受力也会比其他的建筑要负载的多。垂直城市的地基以及材料的选择是建筑承载自身重量的一个重要条件。因此垂直城市的建立需要的不仅仅是纸张上的设计构想,还需要多多实地考察当地的环境情况,以及未来的环境是否会对超高层建筑造成潜在影响。
3垂直建筑在建筑领域设计的结构分析
早些年,垂直城市的构想因为一些技术无法实现和人文坚持的原因,没能得到建筑领域的关注。以哈利法塔为例,即迪拜塔的建成证明了垂直城市的可行性。构建垂直城市并不以为着抛弃古建筑,或“空中花园”无法替代人们到真正的自然里的需求。一些技术和建筑想法的改变,煽动了如今垂直城市的建成。
3.1垂直城市的结构材料需求
半个世纪以前,人们认为,正常情况下,类似垂直城市这种超高层建筑,全钢结构是最优选择。应用于实践,确实有很多现存的当时建成的,可以供我们考据的百层建筑。随着人文社会进步,对建筑的高度需求逐步提高。超高层建筑结构逐渐演化为外围以钢结构固定,内核心筒以混凝土浇筑构成。哈利法塔则是突破了这种传统做法,并非里外双层结构,而是上下区别开。
3.2垂直城市的结构分布
-30--601m部分为剪力墙体系,采用了钢筋混凝土的结构:601--828m为普通钢结构;601--760m是带有斜撑的钢框架结构。这种钢混和钢结构的结合,力求稳固。高达31400吨的钢材用量,折合钢筋长度为地球四分之一赤道长度。设计标准以里氏地震衡量约可承受6级,且迪拜本身为少震区。
3.3垂直城市的结构局部保护
据悉,迪拜地下水的硫化物和氯化物含量较高,具有较高强度腐蚀性。底层的巨大钢混结构也是一种阴极保护,可从化学方面抑制腐蚀。而玻璃幕墙则是为了适应当地极端炎热的高温情况。
3.4垂直城市的结构现有缺陷
“垂直城市”曾经是城市规划学科中的乌托邦理想。20世纪初期,钢铁生产和建筑技术的发展允许建造更高的房屋,城市人口变得越来越密集。超高层建筑开始发展,期间一直就防震,防火,防腐蚀等一系列自然环境因素导致的磨损问题而不断优化和改进方案。实现乌托邦式建筑是不可能的,只能无限将技术和设计想法方案优化。
结束语
垂直城市是面临未来资源短缺的一种解决方案。其本身是对建筑技术的考量和标尺。相较于长远的太空建筑体系,垂直城市是现阶段建筑技术发展的过渡期标杆,是建筑领域就资源发展而衍生的与开发的和平公约。合理研究并保留垂直城市建筑的技术和设计思路,是对城市资源可持续利用,进而保留绿色生态环境的逐步实践。
参考文献
[1]雷奕安. 三维城市(垂直城市)概念[D]. 北京:北京大学物理学院,2018.