淺析某超高層建筑設(shè)計管控的要點

張順禮

廈門航空有限公司，福建 廈門 361000

1 超高層建筑設(shè)計的特點

超高層建筑是指40 層以上并且高度達到100 米的建筑物。隨著建筑高度的增加，其技術(shù)合理性、適用性、經(jīng)濟性都會發(fā)生變化，需要解決安全問題、能源消耗問題、環(huán)境問題、內(nèi)部交通問題。此外，也對建筑結(jié)構(gòu)、幕墻、機電、垂直交通的要求越來越高，施工難度也越來越大，因此必須重視超高層建筑設(shè)計，兼顧科學性、經(jīng)濟性、美觀性、舒適性等因素。

2 超高層建筑設(shè)計的要點

2.1 建筑設(shè)計

當前的超高層建筑領(lǐng)域，建筑設(shè)計主要包括外立面設(shè)計、節(jié)能設(shè)計、消防設(shè)計、人防設(shè)計、外維護系統(tǒng)設(shè)計、垂直運輸設(shè)計等。比如外立面設(shè)計，除線條比例外，投射在建筑上的幾何狀陰影使空間具有層次感，同時起到遮陽節(jié)能效果。再比如超高層建筑一般把所有樓梯間、電梯、設(shè)備機房、管井、衛(wèi)生間等設(shè)置在核心筒附近，進而滿足交通和服務(wù)需要，故影響平面使用效率因素相對較多，核心筒結(jié)構(gòu)類型、設(shè)備機房及管井的布置形式及面積、電梯布置等。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

在目前的超高層建筑中，結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括基礎(chǔ)形式選擇、結(jié)構(gòu)體系類型選擇、樓蓋體系的分析等。比如說樓蓋體系設(shè)計要考慮到該結(jié)構(gòu)投入的成本，不僅包括建造成本，還需要考慮到空間占用面積和成本之間的關(guān)系，比如上部結(jié)構(gòu)的重量對地基造成的影響以及如何加強地基，這一過程就需要增加成本。通過風洞實驗，實際模擬風壓，對于結(jié)構(gòu)整體抗風性設(shè)計以及幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計更有利。

2.3 超高層建筑設(shè)計與施工結(jié)合

超高層建筑施工難度大，施工工藝復(fù)雜，因此在設(shè)計過程應(yīng)充分考慮施工便利性和可行性。比如說樓板結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，有現(xiàn)澆板、壓型鋼板以及桁架樓承板等，不同形式，施工便利性差異較大。超高層外幕墻設(shè)計一般優(yōu)先選擇單元式幕墻，這種幕墻的單元板塊都是先在工廠車間組裝，施工周期較短還可以和土建施工一起進行，使得整個施工周期得到有效控制，也有利于施工品質(zhì)的保證。

3 超高層建筑設(shè)計的問題以及解決措施

3.1 工程概況

廈航總部大廈位于仙岳路與環(huán)島干道交叉口南側(cè)湖里兩岸金融中心，項目性質(zhì)為辦公樓和酒店，總用地面積21900m2，總建筑面積17.32 萬 m2，其中地下部分面積為5.32 萬m2。地上部分面積為12 萬m2，包括35 層辦公樓建筑，高度185m；另有31層酒店建筑，建筑高度為140m；裙樓地上4 層，建筑高度為24m。本項目辦公樓和酒店均屬于超限超高層建筑，辦公樓結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架和核心筒結(jié)構(gòu)，而酒店結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架和核心筒結(jié)構(gòu)，裙房使用框架結(jié)構(gòu)。

3.2 安全性問題

超高層結(jié)構(gòu)安全主要考慮結(jié)構(gòu)體系抗風壓性能、外幕墻安全性等問題。超高層建筑的風荷載，是結(jié)構(gòu)設(shè)計中位移和扭轉(zhuǎn)超限的主要控制因素，是結(jié)構(gòu)設(shè)計安全的重點和難點之。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的選擇及抗側(cè)力構(gòu)件的設(shè)計，主要是為了該建筑結(jié)構(gòu)可以承擔大部分風力以及地震荷載力，使得建筑整體剛度得到保證，也需要考慮到玻璃幕墻的裝飾要求。同時應(yīng)考慮對電梯的影響，當電梯運行時，如果建筑的晃動超出一定范圍，電梯的鋼纜會由于不同的松緊受力受到傷害，存在一定的安全隱患。

因此，本項目在開展設(shè)計前，通過風洞實驗，確定作用在塔樓超高層塔樓建筑表面上的平均風荷載和脈動風荷載、體型系數(shù)，以及確定其重要部位的風振位移和加速度響應(yīng)以及各層的等效風荷載，為確定主體結(jié)構(gòu)與幕墻結(jié)構(gòu)的風荷載提供設(shè)計依據(jù)，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計抗風性能安全，以及位移滿足電梯運行和外幕墻安全性等要求。

3.3 建筑消防設(shè)計問題

超高層建筑內(nèi)人員也較多較密集，在實際設(shè)計過程中，應(yīng)適當增加超高層建筑安全通道數(shù)量，避免發(fā)生火災(zāi)事故后出現(xiàn)人員擁擠現(xiàn)象。因此，要合理設(shè)置避難層高度、疏散樓以及消防電梯的數(shù)量等，具體說來：第一個避難層的樓地面至滅火救援區(qū)域地面的高度≤50m，兩個避難層之間的高度≤50m，每個防火分區(qū)消防電梯數(shù)量≥1 臺、每層建筑面積≤1500 m2設(shè)置1 臺電梯，每層建筑面積1500～4500 m2設(shè)置2 臺電梯，≥4500 m2設(shè)置3 臺電梯。

本項目辦公塔樓共設(shè)置三個避難層，距離地面高度分別為46.35m、83.65m、120.95m。酒店塔樓共設(shè)置兩個避難層，距離地面高度分別為46.05m、84.15m，每層避難層兩臺消防電梯和兩個疏散樓梯，滿足消防救援和疏散要求，并且符合設(shè)計立面效果。

3.4 垂直運輸問題

對于超高層建筑來說，必須保證垂直運輸?shù)钠椒€(wěn)性、快速性、高效性，這也是設(shè)計的難點內(nèi)容，電梯是高層建筑使用最廣泛的垂直交通工具，需要保證設(shè)置數(shù)量的合理性，同時要對等候時間電梯載重進行科學設(shè)置，不僅關(guān)系到安全問題，也影響到投資問題。本項目辦公塔樓采用外置客梯，獨立于核心筒之外，既提高了建筑平面的使用率，又創(chuàng)造了美妙的建筑效果?？吞莘譃楦摺⒅?、低三個區(qū)，對應(yīng)的服務(wù)樓層分別為F4-F14 層、F15-F24、F26-F33 層，在F14 層進行高中低三區(qū)電梯換乘，并設(shè)置地下室轉(zhuǎn)換電梯和35 層轉(zhuǎn)換梯梯。通過分區(qū)設(shè)計、不同梯速設(shè)計、局部設(shè)置轉(zhuǎn)換電梯等方式，既保證整體垂直運輸效率，同時降低沖頂高度和基坑深度，降低電梯投資成本。

3.5 外立面維護難問題

超高層建筑外立面的清洗和保潔，特別是玻璃幕墻中的破損玻璃、泛光照明燈具和Logo 廣告牌等的更換，是建筑設(shè)計必須考慮的問題。擦窗機則是外立面維護系統(tǒng)的最常見設(shè)備，是完成高空作業(yè)最安全、實用、高效的專用設(shè)備。擦窗機設(shè)計重點考慮因素包括擦窗機類型、樓頂空間通道、結(jié)構(gòu)承載、對建筑物美觀的影響、完全覆蓋建筑物所有區(qū)域的外墻作業(yè)等因素。

本項目辦公塔樓和酒店塔樓屋頂均采用懸臂伸縮加立柱升降式固定式擦窗機，臂長分別為38.5m 和37m，在辦公塔樓局部設(shè)置電動爬軌器，對兩個塔樓建筑外立面全覆蓋作業(yè)。此外采用懸臂伸縮加立柱升降式，設(shè)備得到很好的隱藏，確保建筑立面效果不被破壞。

4 結(jié)束語

超高層建筑的出現(xiàn)為城市發(fā)展注入了新的活力，對這種建筑的設(shè)計來說，需要從安全性、實用性、經(jīng)濟性和美觀性的角度出發(fā)，明確超高層建筑設(shè)計管控的要點，制定出科學的解決措施，進而滿足對建筑的使用要求。