建築設計上採用這樣的懸索——混合結構，是否合理以及如何改進？

01-23

個人作業，探索結構的合理性，
3900㎡展覽建築，建築設計上想要達成一個底層無柱，創造活動空間的理想。結構上選用懸索——混合結構，通過兩側的高大構築物弔掛起整個建築的主體結構。對此，請教知乎上的大牛，我的建築結構選型是否合理以及怎樣改進？

結構平面
左視圖
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感謝知乎眾多盆友關注，或專業或圍觀或啟發的回答，
在方案中，有我想要堅持的建築理想，也有不成立的結構設計，
柱子的懸掛結構是一個比較重要的概念，在一片樹林中的展覽館，也希望通過像樹榦支撐起樹冠，樹枝一樣被柱子懸掛，漂浮起來，展覽館佔用樹林綠地的同時，底層架空退還綠地於公眾。
那麼原則 1 ，入口的兩側被架空，讓出底層空間

2，懸索結構，回應環境。
在合理原則下，重新布置結構，柱子依舊採用混凝土，框架改用鋼結構，使用傾斜的立柱增強懸浮效果，賦予動感，更加輕巧。
歡迎各位知友指導及指正，或結構，或概念，或方案。
1 入口透視
2. 鳥瞰圖
3.底層效果
4. 結構左視圖

5，結構正視圖
6，結構平面
7，首層布柱
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此方案定案結果，
選用這樣的複合結構，上圖為所有的支撐結構柱，

--- 以下為定案效果圖
方案的初衷，架空底層為公用，並且引導視線轉移到樹林中。
這是建立在結構成立的情況下，達成的。
兩個柱子被質疑得最多，個人認為，傾斜的柱子與斜拉系統應該代表著一種意義，但這種意義可能只是建築設計者的個人理想或者思考，當不被認可的時候，我選擇了堅持。對錯與否，在往後中再尋求答案吧。
最後，此方案為本人原創，轉載請註明出處，謝謝！

你這種結構體系叫懸掛結構，目前已經有所採用。在盡量不改變你建築方案的前提下，建議把那根柱換成空心筒體，多加若干根索。如果可以的話，你把幾何模型發給我，我來算算看。

記得在豆瓣上有同學做過這種方案，TA是跟功能有個結合，下面是菜市場，上面懸掛的是住宅。也是這種一個大柱子，不過它的柱子在中間。其實我覺得作為建築師在不大了解結構知識的情況下做這種探索沒什麼意思，這個同學也是因為課題而做出這種選擇，最後結構也沒有科學驗證，只是作為一個建築的表達。

把網址貼在這裡，在文章比較後面，第20個，需要翻一下。希望可以有一點啟發價值。同一個豆瓣小站還有完整的方案發展的記錄，也是隱藏在每篇文章的中間，需要翻一下。

[20131219],終期評圖

冒昧放張圖吧。雖然跟這個同學不太熟，不過應該沒事。

首先，提個小意見，對於這個設想，【斜拉結構】比【懸索結構】聽起來更合理一點，因為這是基於【斜拉橋】衍生的，而非【懸索橋】

其次，我想說兩句批評的話，我覺得你只是想【求新求奇】，為了不一樣而不一樣，雖然這麼說可能太過不客氣，但是我真的是這麼認為的。

這是你的尺寸標註，從這裡可以大致算出你每一跨單側真正懸挑的長度大約是20m左右，僅僅兩層的建築，在這個跨度上實現無柱空間，有很多其他更好的選擇，沒有必要非用斜拉橋上蓋房子，萬科深圳大梅沙的總部樓層比你的方案多，這樣做才比較划得來。

然後對這這個結構本身說說我的看法。塔的方向不合理，吊點應該選在第一層，這些問題就不說了，因為太多人已經提到了，我就想說兩個橋塔～嗯，應該不叫橋塔～，兩個主要的受力的柱截面太小了，簡單估算一下告訴你小了多少。我在CAD把你的圖描了一遍，然後放大縮小調整一下，讓長度合適，這個時候可以看到面積，大約是1500平方米的大小。

按照一些經驗係數來估算一下～

1500平方米的建築，樓蓋系統三層，總質量大約在5000t～7000t之間，取個中間值，6000t，總重力60000kN，如果是建築，一般不會用超過C60的混凝土，取設計強度27.5Mpa，那麼需要面積2.2平方米，考慮到這是個要受彎的構件以及其地震作用，放大約1.5倍，那就是3.3平方米，如果做方形，那就是兩個個邊長1.3m的的大柱子，我想樓主你要的輕盈感覺可能就不剩多少了。

這是按照一般的框架的想法來估算的，實際上樓主的兩根柱子方向不合適導致了巨大的彎矩，這兩根柱子同時是水平力的唯一承擔者，我覺得可能不是簡單加大一點的柱子就能完事的了，必須要做大同時做成筒狀提高抗彎抗剪能力，這時候可以想像一下柯布西耶的馬賽公寓的底層，差不多就是那種感覺，瞬間就不輕盈了。

這樣的柱子不如做成筒狀，提高抗彎能力，事實上，樓主學習的藍本——深圳大梅沙的萬科總部的塔樓也是筒形的，這是一個結構上很有效率的設計，同時兼做管道井和豎向交通。不過由於你的柱子是斜的，豎向交通除非做樓梯，電梯是不可能了。

建議回去好好想想這兩個塔樓怎麼排布，傾斜方向好好調整一下，最好能互相借力平衡掉。做到重力荷載下沒有過大的彎矩。

其次塔樓形狀可以做成空心的，然後做變截面的，爭取能搞出一個電梯的豎向空間來，不要浪費了。

要掛也不是掛個方盒子……

英國千年穹頂，掛了索膜

還有豬小寶答案中的這個例子，深圳萬科總部是個斜拉橋

參考：高層建築下層樓層是不是要承受它以上所有樓層的總重力？ - 建築設計

題主的思路和想法的出發點是好的，但是具體的結構實現手段，目前的模型是不成立的。

建議可以先看看塞西爾·巴爾蒙德的《異規》，然後在保留初始概念的前提下，將結構儘可能地合理化，說不定會有更加有趣的空間和形式產生。

結構的根本目的是解決問題，不是炫技。感覺答主是先入為主的想要表現一個誇張的結構，然後給這種表現找了一個很牽強的空間上的理由。探索是好是，不過還是勸題主能換個思路，至少重新理一理思路～你的建築還有很多更重要的問題要去解決。結構應該是一個自然而然的結果～

個人很喜歡有結構表現意識的建築師，結構表現對建築師和結構師來說都是很有趣的挑戰。所以也來給題主提點建議。

這個結構在體系上最大的一個瑕疵是拉索的平面布置方向。下圖中箭頭的是塔柱頂點索力的示意，紅色是現在拉索拉力的大致方向，可以看到，紅色的索力在藍色箭頭的方向上的合力不可能為零。所以僅靠拉索在水平方向沒有辦法達到平衡。於是藍色方向上的力只能靠塔柱提供。於是，塔柱處受豎向的壓力外還需要承擔巨大的水平力，這個水平力將在塔柱中產生巨大的彎矩。

應該知道，混凝土這種材料受壓是最好的。由於現在拉索布置的方向問題，混凝土柱需要受彎，彎曲的話有兩點問題，一是會在截面中產生拉力，而混凝土幾乎不能受拉，這就需要配置大量鋼筋，造成不經濟；二是變形，彎曲變形產生的柱頂側移和懸臂撓度要遠大於受壓變形，這樣建築裝修和使用功能會受到影響。所以這裡提幾點建議：

1.如果題主不希望增加拉索，那麼塔柱就是豎著放的懸臂樑，這樣纖細顯然是不合理的，需要增大塔柱的尺寸，可以做成筒體，可以布置電氣設備和樓梯井茶水間等。

2.如果題主不想加大塔柱，那麼應在藍色箭頭的大致方向上布置平衡索，平衡紅色拉索的索力。

3.如果題主願意移動塔柱位置，可以把塔柱移到中心矩形中部不要偏在一側，把現有拉索布置在一條直線上。

第二個問題是懸挑框架。

這種結構懸挑的框架部分受力有兩個特點，一是梁需要承受拉索帶來的壓力，成為壓彎構件，類似於柱；二是拉索為框架提供彈性支撐，所以框架整體可以看成一根27m跨度的大梁。

第一個特點要求梁比常規的梁截面略大一點，或者多布置一點，對建築效果影響不大。

第二個特點則對建築效果有一點影響。整個框架成為一根具有彈性支撐的梁，以兩層樓為截面高度，從整體看沒有太大問題。但從局部看，最底下一根梁的跨度是27m，而且要承托中柱傳下來第三層樓面和屋面的荷載，在常規截面高度下是基本無法做到。

可以改成下圖這樣，這樣的每根混凝土梁的跨度在7m左右，是較為經濟合理的。

但這樣立面就不夠通透了，沒有虛實結合的效果。我建議改成下面這樣，其中紅線是兩根纖細的拉索。這樣使得底下托梁成為具有彈性支承的連續梁，14m跨度通過一些技術處理也是可以在常規截面高度下做到的。

上面標示的是從這些角度比較容易看到的大跨度部位，其他部位有同樣情況的也需要作這樣一些處理。

從結構體系概念上我想到的主要問題就是以上這些了，希望對題主有幫助。補充：

我這裡不談抗震的問題。不能拋開場地談抗震，在方案階段就扼殺建築師的想像力。更何況建築方案的作業似乎不會給出設防烈度之類的場地指標。這不是公路橋樑等生命線工程，所以作為方案設計我想可以更包容一些。

@goku sun 提到拉索拉在下層以使得混凝土結構受壓是正確的，否則應用鋼結構更合理些，然而需要指出，卡拉特拉瓦的斜塔是放在這裡是有問題的，對結構不能只得其形不得其神，結構的「神」是力。這橋的結構之所以好，不是因為塔柱傾斜的形狀，而是靠力。下面概念性地簡單分析下那橋是什麼樣子。可以看到，橋塔十分巨大，長度幾乎就是橋的跨度，假設橋塔和跨度都是L，橋塔與水平方向夾角約60度。如下圖所示：

假設橋塔的重量是P，橋跨算上上面各種荷載的重量為W，可以把橋抽象成這個形狀，所有的索集中為一根索連在橋塔和橋跨的重心。對於合理的均勻分布的索力來說，這樣的假設也是比較合理的

那麼對橋跨結構來說，拉索相當於給了它一個額外的支承點。這個支承點承受的重量可以看做是W/2（當然實際比這複雜得多得多，但作為概念分析，這樣就足夠了）

那麼索力應該是

$T=frac{W}{2sin30^ ext{o}}=W$

那麼對橋塔就可以畫出這樣的圖：

所以可以見到，如果P=W，這圖是完全對稱的，橋塔中可以沒有彎矩，完全受壓，所以這個結構是十分合理的。為什麼橋塔要做這麼高大？就是要使它的重量足以平衡橋跨通過索傳來的力。當然橋塔還要諸如風等其他複雜荷載，完全受壓不可能，所以還要把截面做寬大些，以確保安全。即使是卡拉特拉瓦這座橋，橋塔體量還是要比橋跨部分大很多（儘管可能是空心截面，重量不一定比橋跨大很多）。

但是就題主的方案本身來說，整個建築的重量顯然無法通過這不算很高很重的塔柱來平衡，即使把塔做得再斜，看起來好像挺舒服，但用處也是不大的，塔柱仍然要受很大彎矩。

上面說過，不能輕易扼殺建築師的想像力，但另一方面，也不能給建築師錯誤的結構概念，否則最後坑的還是結構師自己。

以上分析是很粗淺的，實際情況要比這複雜得多得多，這裡分析只供方案設計階段建築師參考。歡迎討論。

作為一個概念設計，我覺得索的數量不夠，柱子比例太纖細。

按照合理的尺寸設計後，不知道效果還好看不

另外，我很難想像地震怎麼辦

想法不錯。橋樑廣泛應用的斜拉橋形式，在建築上應得到更多的嘗試，這是值得鼓勵的。國內外已經有很多案例。

就你給出的方案，我想簡單提三點：

1、先不說具體尺寸。兩個索塔的截面方向有很明顯的概念錯誤。橋塔須要軸向旋轉90度，老師也會這麼告訴你的。推薦沿高度改變截面大小。

2、先不談索的長期養護。每個部分4根索，偶然斷掉一根會怎麼樣，你考慮過嗎？讓Paul Andreu險些身敗名裂的戴高樂機場，我貼給你看看。道理一樣。

3、先不管塔要多貴。你說你想達到的目的在於「底層無柱，創造活動空間」。然而它中間和後部還是簇擁了很多根柱子，你想營造的其實只是懸挑出去的那部分空間。說句老實話，不用斜拉索也能達到你的真實目的，只在離你的塔柱很近的位置加上幾根柱子而已，剩下的是藏在樓裡面的梁的尺寸問題。你試試把塔和索去掉，再看看？

你需要在建築學層面上做更多的思考，簡練化你想要的內容，而不是簡單的一個借鑒一個複製一個旋轉一個組合。思考足夠之後，結構問題才真的作為一個問題而成立。

僅供參考。

尺度會有問題吧。

想到上午設計課老師說的話，大意是你們不要把結構做太複雜，3000座的體育館不用做成斜拉橋。我們做的是1.2W㎡的體育館。

結構是否能成立我不太懂，結構渣沒辦法，只是覺得尺度不太對勁。

從SU上看，每根柱子是4根索，上面有人說4根是不夠的，萬一斷了一根怎麼辦。從造型上來看也是不夠的。斜拉橋、體育館、體育場的懸索給人很大的視覺衝擊感，原因之一是這些索形成了很強的韻律感。孤零零的四根索還是單薄了些。如果要增加數量，從圖上看跨度最大不過20米，視覺效果恐怕不太好吧。

個人認為建築與結構應該是要相得益彰的，在一個建築中能夠讓結構發揮它最大的優勢。把懸索用在這，我感覺懸索君會覺得委屈的╭(╯^╰)╮

挺喜歡題主的想法。

將斜拉橋的思路應用到工民建中，造型很棒。而且我覺得將框架結構中受壓的柱子變為受拉，是個挺好的結構思路，如果採用鋼結構可以更好的輕質化並充分利用材料強度。

提一些建議：

1.此時框架結構的梁會受到較大的壓彎作用，要求較高，可能對層高有影響；

2.索如果可以增設一些，最好對應每個主梁與柱節點，對受力應該更好；

3.張拉索的兩個立柱最好調整為軸心受力，現在的布置會有很大彎矩；

4.抗震時候會比較不利，頂上的一坨結構來回晃動。

如有謬誤，煩請指出。謝謝。

比較贊同徐老師的考慮，我曾經也見到過這樣一個事情，一座異形橋，效果圖很美，然後後來不了了之。。。一問之下，是現有通用材料做不出那種效果，裡面的構件截面至少都要增大一倍多。。。所以。。。如果真造出來，也是比效果圖丑多了的存在。。。唉，不是故意要黑建築，但是不懂結構做建築終究感覺是根基不牢。。。國外很多世界級建築大師，都是有結構工程背景，甚至我記得還有人從業之後還回學校念了個結構工程博士。。。

這個方案有點像異規開篇提到的

這種是無背索斜拉橋的形式，主塔一般要向索的另一邊傾斜，靠主塔自重平衡拉索拉力，以至於不在塔身產生較大彎矩。

看了你的圖，貌似主塔並沒有背離拉索傾斜（由於沒有俯視圖我也看不清楚，那塔有傾斜但是好像方向不對）我只以我的專業角度提出這麼一點小建議，

手機碼字

如果題主有興趣我再答

我怎麼覺得你那倆柱子的傾斜方向反了，應當向外撇才是正確吃住勁兒的姿態？

且不說拉索承重夠不夠，構圖感覺有些亂，前面的裙房，後面突出來的建築非常影響視覺效果。

拉索不夠的話下面加些柱子好了，看著也蠻叼的。

這個建築創意非常好，輕盈飄逸的趕腳！幾個小建議：建築上，請充分考慮交通組織與消防疏散，我觀察方案似乎只有一個直到戶外的出入口，水平交通最後都彙集在中間的交通核處，豎向交通壓力不小。

結構上把握三個原則：受力平衡、抗力平衡、利用材料優勢性能。這個方案的塔柱受力不平衡。水平抗力因平面布局的原因，存在抗力不平衡。部分結構採用懸鎖拉結固定，部分又落地了，兩種支持提供的抗力不同，也存在抗力不平衡。最後，混凝土材料的抗壓性能強，抗拉性能弱，而本方案的懸鎖是從框架柱上部拉結，導致框架柱以受拉應力為主，所以，若採用鋼筋混凝土結構應該把懸鎖放在框架柱最下部，而且加強斜向受力剛度。同時做到每個框架柱底下設一道懸鎖拉結，提高抗力平均度。建議採用鋼結構，自重輕，抗力好。

不合理，拉索明顯作用在立柱一側，立柱偏心受力。如果要受力合理，立柱還是要坐落在建築中心位置。另外，拉索數量明顯太少。另外，建築師就沒必要盲目探索結構合理性了，先把結構力學再學一遍吧。

大膽的嘗試，但是結構選型有問題。

在70年代有限元興起之後，有了結構方面的保障，建築師開始大規模減少柱子的數量，題主所設計的斜拉結構就是一例，但往往出現在體育館等大跨度公共建築中。作為展覽館功能的公共建築，如果想減少柱的數量，大多採用懸壁結構和面結構作用體系(Surface-active System)，分別舉兩個例子。

鄂爾多斯全民健康體育活動中心。

其實去實地看看懸壁下的空間是很大的。比如下圖。（注意兩個人的比例）

當然，這個作品在結構設計階段需要克服的最大難題是球類運動所帶來的懸臂樑震動問題，這個比較複雜了，在此不表。

面作用結構體系（Surface-active System）往往使用薄殼結構來實現大跨度。比如：

悉尼歌劇院（Sydney Opera House）。它的設計師約恩·烏松是我很欣賞的一個建築師。當然，烏松執著於薄殼裡不能有一根柱子的代價就是預算的暴漲和施工難度的驟增。

題主的結構選型從大分類上來看是形態作用結構體系(Form-active system)。在題主所設計的這樣一個小尺度上，如果預算充足，可以大膽的採用懸壁結構。斜拉結構要用也不是不可以，但是經典的形態作用結構體系理論中對斜拉結構的定義是要有主梁的，斜拉索的作用是增加了主梁的彈性支點，減小了主梁內部的彎矩從而提高跨越能力。這一點題主的作品顯然有問題，彈性支點位置不對，數量太少。此外，單面受力的塔柱是要用超大體量的混凝土的，題主設計的塔柱比例有問題。舉個例子。

黃龍體育館。如此規模的混凝土塔柱從底下往上看是很震撼的。

雙面受力的塔柱會好很多，比如我校的體育館。

注意塔柱兩端。

關於塔柱的形狀問題很多答主已經指出了。彎曲正應力、切應力均與截面慣性矩成反比，而截面慣性矩公式為

所以題主至少應該把塔柱旋轉90度。又仔細看了看，題主這種結構似乎是形態作用結構體系與向量作用結構體系的混合結構。結構是否可行還需題主提供具體數據，ansys分析一下便知。

可以參考一下深圳萬科中心的結構設計，有一定相似性

作為建築方案的話可行的，應該把立柱放到結構中間，結構整體可考慮做成鋼-混凝土混合結構，克考慮用鋼拉杆進行拉結，鋼拉杆應該兩個角部和懸挑結構中間均勻拉結。樓層中部可加斜撐，中間立柱可考慮做成鋼筋混凝土筒，電梯可放在筒體內。