超高层建筑设计中的问题分析

超高层建筑设计中的问题分析

发表时间：2016-01-05T16:46:41.523Z 来源：《基层建设》2015年18期作者：白鸥飞[导读] 河南省城乡规划设计研究总院有限公司本文主要针对超高层建筑设计中需要注意的问题展开分析，以供同僚参考。

河南省城乡规划设计研究总院有限公司河南郑州 450000 摘要：超高层建筑的设计需要注意许多问题，一旦发生灾害，就可能造成人、财物等多方面的难以估量的损失。如果设计超高层建筑，那么就必须注意由一般到特殊以及重大火灾隐患等问题。本文主要针对超高层建筑设计中需要注意的问题展开分析，以供同僚参考。关键词：超高层建筑；建筑设计；问题分析

一、前言

超高层建筑自身特点大大增加了超高层建筑的不稳定因素，因此，不能将超高层建筑视为普通建筑的拉伸和重叠，以免影响到建筑的使用效果。在实际设计过程当中，要根据超高层建筑的特点开展相应施工环节的加强，减少安全隐患，确保超高层建筑整体质量，确保我国建筑行业的健康发展。

二、建筑设计注意的问题

1、防排烟系统设计中的问题

（1）没有正确认识排烟方式的差别

在城市用地不断紧张的同时，越来越多的超高层建筑拔地而起。有些开发商为节省投资，在超高层建筑设计的过程中，对于消防电梯间前室、防烟楼梯间及其前室的防烟设施的设计都是运用自然排烟的方式，并无有关机械防烟设施的设计。然而，事实上，在外界自然环境的影响下，超高层建筑内不可再使用自然排烟的方式。（2）未对不具备自然排烟条件的封闭楼梯间进行防烟设计

在超高层建筑设计中，特别是那些大型的商场中，在中部设有封闭的楼梯，为了节省投资，扩大商场的使用面积，很多设计中并没有根据规范去设正压送风，也没有增设前室。

2、电梯设计中存在的问题

电梯在超高层建筑中也是非常重要的，被看作是“生命线”。以京基金融中心大厦为例，在这些电梯高速运行的时候，若大楼发生了15.24cm以上的晃动，那么电梯钢缆将由于一松一紧而造成的受力不均而带来损害，甚至引发危险。针对这种现象，他们设计了相应的报警系统以及电梯钢缆随动的跟踪机构，从而对电梯钢缆的长度进行及时调整，使其均匀受力。

此外，还有些现象是在普通建筑设计中不会出现的，即在冬天气温较低的条件下，很可能因为低层与地下室内的冷空气进入电梯井，在烟囱效应的影响下，产生强大的气流，使得电梯门无法关上。同时，也可能把底层的某种气味带入高层中，例如厨房的油烟味等，如果在底层和地下室内进行电焊操作，或者有燃气泄漏，气流就会把火源带进高层，造成极端危险的情况。通过以上分析，可以看出对于普通建筑来说比较简单的事情，在高层建筑中都可能成为复杂的问题，甚至很大的麻烦。究其原因，主要在于它特别高，并且结构复杂，使其在设计与维护等许多方面存在很大的问题。

根据京基金融中心大厦的案例我们得到以下的经验：（1）200m高的超高层办公（或酒店）建筑，一般层数为40多层，根据消防的要求要设置避难层，两个避难层之间一般不超过15层，200m高的超高层建筑要设置两个避难层，竖向交通通常按消防避难层的设置采取分区停靠的方式，分为低、中、高三个区。（2）400多米高的超高层建筑，层数大都在100层左右，建筑内人员多，为提高输送效率和减少核心筒面积，可配置双层轿厢电梯，通常采取设转换厅+分区停靠方式，有效设计超高层建筑的电梯的关键是运用各种局部电梯进行服务，并把局部区域电梯系统地组织起来，为人们提供快速、高效、平稳的垂直服务，电梯分区宜以建筑高度50m或10-12个电梯停靠站为一个区。（3）高层办公楼电梯的数量是根据人数、高峰等候时间确定，一般可按下列数据估算：第一、每人使用面积为4-10m2/人，或按总建筑面积的67-73%（一般取70%）计算使用面积。第二、高峰等候时间为30-35s、40s、50s。第三、电梯载重量为1350-1600kg。第四、办公建筑一台1000kg客梯服务的建筑面积为4000-5000m2，超高层办公1000kg客梯服务的建筑面积可为3000m2。为提高效率，超高层办公电梯载重量可取1600kg。

（4）办公乘客电梯高峰期5分钟内运客量按13-15%计算，或按30分钟内运载总人数90%计。（5）酒店客梯的数量是根据酒店星级确定的，一般可按每70-100间客房配置1台载重量为1000-1600kg的客梯。（6）电梯间隔时间及候梯时间：电梯间隔时间一般是指轿厢从门厅出发的平均时间。候梯时间常取间隔时间的60%。不同的建筑类型电梯间隔时间不同：酒店电梯间隔时间可取40-60s；多机构办公建筑上楼峰值无下楼时电梯间隔时间取25-30s，上楼峰值有10%下楼时电梯间隔时间取30-35s，双向峰值上下楼各50%时电梯间隔时间取35-45s。（7）分区时乘客在轿厢内停留的时间一般小于60s较为理想，90-120s为极限。（8）电梯速度分为低速（＜2.5m/s）、中速（2.5-5m/s）、高速（5＞m/s）和超高速（6-10m/s）。（9）第1个50m电梯速度可采用1.75 m/s，然后每隔50m升一级，速度加1-1.5m/s，超高层建筑可取高值。（10）通往最高层的观光层电梯应是直达。

（11）单组电梯的数量不应多于8部。

（12）候梯厅的深度应不小于3m，且不宜大于4.5m。

超高层建筑的核心筒集合了电梯井道、消防楼梯间和前室、机电设备机房、管道井及卫生间等服务性空间，核心筒的大小、位置和布局与建筑功能、建筑体型及平面形状等因素密切相关。此外，在超高层建筑中电梯作为垂直交通工具，其数量的配置、控制方式及有关参数的选定不仅直接影响建筑物的一次投资，而且还将影响建筑物的使用安全和经营服务质量。恰当地选用电梯的台数、容量、运行速度、控制方式非常重要，且电梯一经选定和安装使用就几乎成了永久的事实，因此，在设计中尤其对电梯的配置应予以充分重视。

3、消防问题

超高层建筑往往在功能上是多元的，而其中设备又比较复杂，本身存在很多引起火灾的潜在因素，例如，超高层建筑的电器设备很多，一旦维护、管理或使用不恰当，就可能引发火灾；未妥善管理明火；施工以及机械故障等。从引发火灾的原因来看，与普通建筑几乎相同，然而在超高层建筑中，如果发生火灾，会比普通建筑带来更大的危害。具体来说，高层建筑的消防问题主要表现在以下几方面。

（1）火灾蔓延迅速

由于超高层建筑中存在许多可燃物，它们形成了许多纵向烟筒。当火灾发生时，这些烟囱的拔风抽力效应可以促进火焰及烟气的蔓延，高度越高，抽力越大，这种效应就越强烈。超高层建筑的烟筒效应是最难防范的，虽然可在管道内设置一些防火阀，然而这些防火阀可能出现控制失灵、无法严密闭合等情况，从而导致有火溢出直至延烧。（2）人员疏散困难

超高层建筑内部，往往会聚集大量的工作、生活人员，通常情况下，超过300m的高层建筑可以容纳的人数都在万人以上。一旦发生火灾，一切客货电梯必须马上降至底层而不可使用，只有消防专用电梯可以使用，这样一来，大量人员必须由楼梯疏散。建筑的层数越高，人员越多，其疏散的时间就越长

（3）火灾扑救困难

超高层建筑一旦发生火灾，那么在灭火过程中，就会遇到建筑周围场地小或者登高高度受限制等具体问题。另外，如前文所述，超高层建筑的火势蔓延迅速，也增加了扑救的难度。

三、超高层建筑的抗震设计中存在的问题

对于超高层建筑的设计，关于抗震问题的研究是其关键所在，而在抗震设计中，短柱问题表现最为突出。具体问题表现如下。

1、结构平面设计中的问题

对于超高层建筑的结构平面设计往往存在如下问题：在外形上不对称、不规则，其凹凸变化的尺度也比较大，同时形心、质心偏心大。此外，对于相同结构单元的设计，也存在着结构平面的刚度与形状不对称、不均匀，以及平面的长度太长等问题。

2、抗震构造柱的问题

在抗震设计中，抗震构造柱也存在一定的问题。例如，在外墙的转角处，大厅的四角没有设置构造柱，有的虽然设置了构造柱，却不是成对的。还有一些设计用构造柱替代砖墙去承重，或者在纵墙和山墙的交接处没有设置抗震构造柱等。

四、结束语

随着社会的发展，城市中的超高层建筑越来越多，这不仅集中体现了我国科技的进步，也象征着我国综合国力的增强，标志着城市竞争力的提高。超高层建筑的设计需要注意许多问题，一旦发生灾害，就可能造成人、才、物等多方面的难以估量的损失。如果设计超高层建筑，那么就必须注意由一般到特殊以及重大火灾隐患等问题。