某超高層建筑設計管控要點探討
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摘要：文中以廈航總部大廈項目為例，說明超高層建筑設計的特點，闡述超高層建筑結構設計管控要點及超高層建筑結構設計問題、解決措施，希望對相關研究具有借鑒意義。
關鍵詞：超高層建筑；建筑設計；結構設計
1超高層建筑設計的特點
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，其技術合理性、適用性、經濟性都會發生變化，需要解決安全問題、能源消耗問題、環境問題、內部交通問題。此外，也對建筑結構、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計，兼顧科學性、經濟性、美觀性、舒適性等因素。
2超高層建筑設計的要點
2.1建筑設計
當前的超高層建筑領域，建筑設計主要包括外立面設計、節能設計、消防設計、人防設計、外維護系統設計、垂直運輸設計等。比如外立面設計，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，同時起到遮陽節能效果。再比如超高層建筑一般把所有樓梯間、電梯、設備機房、管井、衛生間等設置在核心筒附近，進而滿足交通和服務需要，故影響平面使用效率因素相對較多，核心筒結構類型、設備機房及管井的布置形式及面積、電梯布置等。
2.2結構設計
在目前的超高層建筑中，結構設計主要包括基礎形式選擇、結構體系類型選擇、樓蓋體系的分析等。比如說樓蓋體系設計要考慮到該結構投入的成本，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系，比如上部結構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，對于結構整體抗風性設計以及幕墻結構設計更有利。
2.3超高層建筑設計與施工結合
超高層建筑施工難度大，施工工藝復雜，因此在設計過程應充分考慮施工便利性和可行性。比如說樓板結構形式設計，有現澆板、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。超高層外幕墻設計一般優先選擇單元式幕墻，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，也有利于施工品質的保證。
3超高層建筑設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島干道交叉口南側湖里兩岸金融中心，項目性質為辦公樓和酒店，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，辦公樓結構為鋼筋混凝土框架和核心筒結構，而酒店結構為鋼筋混凝土框架和核心筒結構，裙房使用框架結構。
3.2安全性問題
超高層結構安全主要考慮結構體系抗風壓性能、外幕墻安全性等問題。超高層建筑的風荷載，是結構設計中位移和扭轉超限的主要控制因素，是結構設計安全的重點和難點之。結構系統的選擇及抗側力構件的設計，主要是為了該建筑結構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，以及確定其重要部位的風振位移和加速度響應以及各層的等效風荷載，為確定主體結構與幕墻結構的風荷載提供設計依據，確保結構設計抗風性能安全，以及位移滿足電梯運行和外幕墻安全性等要求。
3.3建筑消防設計問題
超高層建筑內人員也較多較密集，在實際設計過程中，應適當增加超高層建筑安全通道數量，避免發生火災事故后出現人員擁擠現象。因此，要合理設置避難層高度、疏散樓以及消防電梯的數量等，具體說來：第一個避難層的樓地面至滅火救援區域地面的高度≤50m，兩個避難層之間的高度≤50m，每個防火分區消防電梯數量≥1臺、每層建筑面積≤1500m2設置1臺電梯，每層建筑面積1500~4500m2設置2臺電梯，≥4500m2設置3臺電梯。本項目辦公塔樓共設置三個避難層，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，必須保證垂直運輸的平穩性、快速性、高效性，這也是設計的難點內容，電梯是高層建筑使用最廣泛的垂直交通工具，需要保證設置數量的合理性，同時要對等候時間電梯載重進行科學設置，不僅關系到安全問題，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，又創造了美妙的建筑效果。客梯分為高、中、低三個區，對應的服務樓層分別為F4-F14層、F15-F24、F26-F33層，在F14層進行高中低三區電梯換乘，并設置地下室轉換電梯和35層轉換梯梯。通過分區設計、不同梯速設計、局部設置轉換電梯等方式，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，是建筑設計必須考慮的問題。擦窗機則是外立面維護系統的最常見設備，是完成高空作業最安全、實用、高效的專用設備。擦窗機設計重點考慮因素包括擦窗機類型、樓頂空間通道、結構承載、對建筑物美觀的影響、完全覆蓋建筑物所有區域的外墻作業等因素。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，在辦公塔樓局部設置電動爬軌器，對兩個塔樓建筑外立面全覆蓋作業。此外采用懸臂伸縮加立柱升降式，設備得到很好的隱藏，確保建筑立面效果不被破壞。
4結束語
超高層建筑的出現為城市發展注入了新的活力，對這種建筑的設計來說，需要從安全性、實用性、經濟性和美觀性的角度出發，明確超高層建筑設計管控的要點，制定出科學的解決措施，進而滿足對建筑的使用要求。
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作者：張順禮 單位：廈門航空有限公司