超高層核心筒設計探討

1、<p>　　超高層核心筒設計探討</p><p>　　摘要：隨著社會經濟的快速發(fā)展以及土地的稀缺，超高層建筑的堀起對于土地緊張局勢起到緩和的作用。本文根據(jù)筆者多年設計經驗，對超高層建筑的垂直交通組織及核心筒的設計進行探討，供同行借鑒參考。 </p><p>　　關鍵詞：超高層；核心筒；垂直交通組織 </p><p>　　中圖分類號： S611 文獻標識碼：

2、 A 文章編號： </p><p><b>　　項目概述 </b></p><p>　　某超高層高度快要接近250m，結構形式為框筒結構。核心筒為配筋剪力墻結構。鋼框架部分柱網跨度不超過10m。柱采用鋼包混凝土，型鋼鋼梁，鋼板混凝土樓板。效果圖如圖1所示： </p><p>　　圖1建筑立面效果圖 </p><p>&l

3、t;b>　　二、分項設計 </b></p><p>　　核心筒的設計是一個需要綜合考慮、各專業(yè)分工合作的復雜過程。作者這里按照以下四個方面來分別論述：垂直交通組織，結構設計，管井，使用功能布置。 </p><p>　?。ㄒ唬┐怪苯煌ńM織： </p><p>　　垂直交通組織設計包括電梯和疏散樓梯設計。 </p><p>&l

4、t;b>　?。?）電梯： </b></p><p>　　所謂超高層建筑的垂直交通組織，其實指的就是電梯的設計。電梯設計是超高層建筑設計中最關鍵的內容，電梯的數(shù)量和分區(qū)形式直接決定了核心筒中其他功能部分的布置形式，決定了核心筒的結構布置合理性，決定了核心筒是否高效，經濟。 </p><p>　　A樓的建筑層數(shù)已經達到59層，電梯的布置方式毫無疑問需采用分區(qū)布置。目前的分區(qū)布

5、置方式有以下幾種：（１）奇偶層停站。（２）高中低分區(qū)。（３）單雙層雙轎廂。（４）高空轉換大堂：A樓采用的是高空轉換大堂的方式，設置了四部穿梭電梯，以45層作為轉換層。分區(qū)結合避難層位置進行分區(qū)。A樓的電梯配置如下表所示： </p><p>　　表1A樓電梯配置表 </p><p>　?。?）A樓電梯舒適度評價： </p><p>　　《辦公建筑設計規(guī)范JGJ 67-

6、-2006》中第4.1.4 條規(guī)定：電梯數(shù)量應滿足使用要求，按辦公建筑面積每5000m2至少設置1臺。超高層辦公建筑的乘客電梯應分層分區(qū)?？?。 </p><p>　　電梯的A樓的人數(shù)是按照整個標準層的面積來計算，人均面積指標取15㎡/人。電梯的電梯設置指標是按照常用級來設置即300人/臺并與5000㎡/臺的要求相吻合。最終按照以下三種指標來復核電梯的舒適度： </p><p>　　平均候梯

7、時間(AWT):從乘客在廳站登記呼梯信號到相應的電梯門開始打開的平均時間. 過長等候時間說明電梯系統(tǒng)運行性能差，會影響乘客的情緒。A樓該項指標值約為35.6s，基本達到經濟型要求。 </p><p>　　到達目的樓層時間(TTD):到達目的樓層時間是等待時間和運行時間的總和，其中運行時間指的是電梯開門響應召喚開始一直到電梯到達乘客的目的樓層再次打開門的時間。A樓該項指標值約為115s，基本達到經濟型要求。 <

8、;/p><p><b>　　圖2 </b></p><p>　　五分鐘運輸能力(HC5% )：指電梯系統(tǒng)在五分鐘內能運輸?shù)娜藬?shù)占電梯服務樓層總人數(shù)的百分比。這個數(shù)值通常指達到最高峰流量時的 5分鐘運輸能力。A樓該項指標值約為10%，基本達到經濟型要求。 </p><p>　　（3）電梯布置對其他功能的影響： </p><p>

9、;　　電梯的布置對其他功能主要的影響主要有以下三個方面： </p><p>　　1.電梯井的分區(qū)方式，直接決定了每個分區(qū)衛(wèi)生間的位置和布置方式。 </p><p>　　在A樓的設計中，分區(qū)電梯之間無梯井的位置被利用作衛(wèi)生間。與之矛盾的是A樓的電梯均為高速電梯，運行速度從4m/s（中低區(qū)客梯）到6m/s（消防電梯）不等。電梯運行速度越高，沖頂高度越高，基坑也越深。以運行速度為4m/秒的電梯為

10、例，其沖頂高度和基坑深度均需要5m左右。而衛(wèi)生間又要求每層都有，因此必須利用避難層消化掉電梯的沖頂高度和機房高度。設計中，設計單位與電梯廠家、甲方反復商討，在機房高度，運行速度，避難層機房部位樓板標高，合理的避難層高度四者之間平衡，最終使機房不影響辦公層的使用。這同時也是利用避難層作為電梯分區(qū)的一個重要原因。 </p><p>　　2.對管井的影響。 </p><p>　　A樓的管道井基本

11、的布置原則是放置在核心筒的外圈，但出于對核心筒面積利用的最大化，在電梯井減少的樓層，外圈的管井都被壓進核心筒內。因此電梯分區(qū)方式直接決定了管井的布置。 </p><p>　　3.對使用功能的影響。 </p><p>　　A樓的電梯數(shù)量在第三個避難層和轉換層之后大量減少，這部分空間被利用作為辦公的會議室。如圖2所示。 </p><p><b>　?。?）樓梯

12、。 </b></p><p>　　1.疏散樓梯設計與其他類型的建筑主要不同的地方在于避難層的出口與前室的設置。 </p><p>　　《高層民用建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定是這樣的：通向避難層的防煙樓梯應在避難層分隔、同層錯位或上下層斷開，但人員均必須經避難層方能上下。在A樓設計的時候也嚴格按照這條規(guī)范來設計，疏散人員下到避難層以后，被樓梯間的隔墻和門引導到避難層，通過避難層之后，

13、再下到下一段樓梯。但是高規(guī)并未對避難層和前室的關系進（圖3） 行詳盡的講述，因此保險起見，設計者除了在樓梯間跑向避難層的位置，按防煙樓梯間的要求設置了前室，在避難層進入樓梯間的位置也設置了消防前室。如圖3所示。 </p><p>　　據(jù)筆者了解，在一些工程建筑設計中這一點常常被忽視，疏散樓梯雖然與避難層相通，但疏散樓梯與避難層并沒有起到串聯(lián)的作用。疏散人員可不必通過避難層就可以繼續(xù)向下疏散。疏散樓梯在避難層處并沒

14、有斷開，這與《高規(guī)》中的規(guī)定有較大的差距。如何使得避難層或避難層與疏散樓梯形成串聯(lián)形式，充分發(fā)揮避難層或避難間的作用，是值得我們大家去認真對待的問題。 </p><p><b>　　圖4 </b></p><p>　　2.另一方面，超高層核心筒中厚厚的剪力墻，使樓梯的細部設計有了不同的思路。在開門的位置，磚墻的厚度遠遠小于剪力墻的厚度，一般建筑中開門擋踏步，踏步與疏散

15、門的距離等問題，都可以利用這一厚度差解決，可以節(jié)省一部分樓梯休息平臺的進深。順便可以提一句的是，對設備用房或衛(wèi)生間來說，厚厚的剪力墻開門的部位，雖然由于下部有梁，不能作為立管的空間，但卻可以作為人活動的空間或者是操作的空間。對于寸土寸金的核心筒，這些看似微不足道的小面積，往往能解決大問題，如圖4所示。 </p><p><b>　?。ㄈ┰O備管道 </b></p><p&

16、gt;　　設備管道的設計主要有兩方面的難點。一是管道井的垂直關系，二是各種管道在核心筒里的水平走向和在核心筒上的出口。 </p><p>　　（1）管道井的垂直關系。 </p><p>　　從核心筒的利用率上考慮，A樓的管井都盡量在核心筒內部解決。由于電梯井道是分段布置的，而利用沒有貫通的梯井位置所布置的管井無法做到上下貫通。又因為設備用房集中放置在避難層中所以每個避難層之間，兩個避難層之

17、間的部分，設備布置相當于一個單獨的分區(qū)，很多井道位置都重新布置一次。以A樓為例，每兩個避難層之間都相當于一個15層的，和其他部位有聯(lián)系又獨立的一個高層建筑。在低、多層建筑設計中，管井往往只考慮平面位置，但在這次的超高層設計中，管井的布置需要認真考慮其空間關系。 </p><p>　　（2）管道的走向和出口 </p><p>　　管道井集中放置在核心筒中，帶來的另一個問題是如何從核心筒中出進

18、。一般分兩種情況： </p><p>　　1.從已有的開門開洞的位置上進出。核心筒的結構計算對剛度是有要求的，但是一般建筑專業(yè)按照房間布置，開門的位置和數(shù)量基本還是可以讓結構滿足計算要求的。這種情況主要是針對電氣專業(yè)和給排水專業(yè)而言。電氣的橋架數(shù)量相對有限，給排水專業(yè)的管道尺寸較小，因此利用設備用房的開門高度以上的空間，在不影響結構梁高的情況下，一般是能夠滿足要求的。 </p><p>　

19、　2.另一種情況是專門為某一個管道在剪力墻上開口，這種情況多數(shù)是指暖通專業(yè)的風管。因為風管大多截面尺寸很大，動輒一兩個平米，甚至更大。由于管井在核心筒內上下不對齊，增加了許多管道轉換的情況。因而不只一處需要單獨為這些截面大，轉彎難的風管在剪力墻上開洞。這種上下不對齊的大洞對于結構的抗震計算是不利的，同時對于A樓來說，結構計算相對比較經濟，余量較小，因此每開一個這樣的大洞，都需要結構進行復核。另一方面，在管線集中的避難層附近，會遇到上部的

20、電梯基坑，開洞的位置也需要認真考慮其空間關系，如圖5所示. </p><p><b>　　圖5 </b></p><p>　　（四）對使用功能的影響 </p><p>　　核心筒對使用功能的影響主要是指對核心筒中無電梯井道的位置如何利用。主要是分兩種情況：一種是布置衛(wèi)生間，一種是布置會議室。 </p><p><b

21、>　?。?）衛(wèi)生間 </b></p><p>　　衛(wèi)生間的布置，本身是涵蓋在核心筒的總面積中的。但是衛(wèi)生間會利用無電梯井道的位置和無電梯開門的電梯廳布置，因此衛(wèi)生間會隨著不同的電梯分區(qū)而改變位置。這樣會帶來兩個問題： </p><p><b>　　圖6 </b></p><p>　　管線的不斷轉換。暖通和給排水專業(yè)增加了很多水

22、平橫管，這是設備專業(yè)比較忌諱的。但為了增加得房率，不得不在別的地方付出代價。 </p><p>　　衛(wèi)生間會落到下層電梯機房的 上面。電梯機房屬于用電房間，上面當然不允許出現(xiàn)用水房間。于是需要在衛(wèi)生間下面做一個小小的夾層。并給這個夾層的樓板也作一級防水。相當于增加了一個樓層。而這個夾層既要滿足給排水走管和檢修，同時也要考慮其結構實現(xiàn)性。這也成為了一個設計的難點，A樓最后是解決了這個問題，如圖6所示。 </p

23、><p><b>　　（2）辦公用房 </b></p><p>　　這主要是指樓上最后一個避難層以上。這個分區(qū)只剩下一組高區(qū)電梯和一組消防電梯。因此核心筒中可利用的面積就變的很多了。除了布置衛(wèi)生間，還有相當可觀的面積用來布置會議室。不包括走道面積，這個分區(qū)的得房率可達到80%以上，如圖7所示。 </p><p><b>　　三、結束語 &

24、lt;/b></p><p>　　綜合來講，作者做完A樓的全階段設計之后，對自己的工作總結下來，認為以上四個部分是這項工程最重要的部分——核心筒設計中的難點。而核心筒設計中，電梯的的設計是關鍵。在超高層建筑中，核心筒就像一臺精密復雜的發(fā)動機，因此整個設計過程中，建筑專業(yè)必須不停的協(xié)調各專業(yè)，精細考慮。在未開始BIM設計的階段，關鍵部位需建立局部的工作模型，來考察設計想法的可實現(xiàn)性。由于整個設計團度的不懈努力