超高層核心筒設(shè)計(jì)探討

1、<p>　　超高層核心筒設(shè)計(jì)探討</p><p>　　摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及土地的稀缺，超高層建筑的堀起對(duì)于土地緊張局勢(shì)起到緩和的作用。本文根據(jù)筆者多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)超高層建筑的垂直交通組織及核心筒的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，供同行借鑒參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：超高層；核心筒；垂直交通組織 </p><p>　　中圖分類號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

2、 A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　項(xiàng)目概述 </b></p><p>　　某超高層高度快要接近250m，結(jié)構(gòu)形式為框筒結(jié)構(gòu)。核心筒為配筋剪力墻結(jié)構(gòu)。鋼框架部分柱網(wǎng)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(xiàng)設(shè)計(jì) </b></p><p>　　核心筒的設(shè)計(jì)是一個(gè)需要綜合考慮、各專業(yè)分工合作的復(fù)雜過程。作者這里按照以下四個(gè)方面來分別論述：垂直交通組織，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管井，使用功能布置。 </p><p>　　（一）垂直交通組織： </p><p>　　垂直交通組織設(shè)計(jì)包括電梯和疏散樓梯設(shè)計(jì)。 </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(shí)指的就是電梯的設(shè)計(jì)。電梯設(shè)計(jì)是超高層建筑設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的內(nèi)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(jié)構(gòu)布置合理性，決定了核心筒是否高效，經(jīng)濟(jì)。 </p><p>　　A樓的建筑層數(shù)已經(jīng)達(dá)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(zhuǎn)換大堂：A樓采用的是高空轉(zhuǎn)換大堂的方式，設(shè)置了四部穿梭電梯，以45層作為轉(zhuǎn)換層。分區(qū)結(jié)合避難層位置進(jìn)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(píng)價(jià)： </p><p>　　《辦公建筑設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ 67-

6、-2006》中第4.1.4 條規(guī)定：電梯數(shù)量應(yīng)滿足使用要求，按辦公建筑面積每5000m2至少設(shè)置1臺(tái)。超高層辦公建筑的乘客電梯應(yīng)分層分區(qū)停靠。 </p><p>　　電梯的A樓的人數(shù)是按照整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層的面積來計(jì)算，人均面積指標(biāo)取15㎡/人。電梯的電梯設(shè)置指標(biāo)是按照常用級(jí)來設(shè)置即300人/臺(tái)并與5000㎡/臺(tái)的要求相吻合。最終按照以下三種指標(biāo)來復(fù)核電梯的舒適度： </p><p>　　平均候梯

7、時(shí)間(AWT):從乘客在廳站登記呼梯信號(hào)到相應(yīng)的電梯門開始打開的平均時(shí)間. 過長等候時(shí)間說明電梯系統(tǒng)運(yùn)行性能差，會(huì)影響乘客的情緒。A樓該項(xiàng)指標(biāo)值約為35.6s，基本達(dá)到經(jīng)濟(jì)型要求。 </p><p>　　到達(dá)目的樓層時(shí)間(TTD):到達(dá)目的樓層時(shí)間是等待時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間的總和，其中運(yùn)行時(shí)間指的是電梯開門響應(yīng)召喚開始一直到電梯到達(dá)乘客的目的樓層再次打開門的時(shí)間。A樓該項(xiàng)指標(biāo)值約為115s，基本達(dá)到經(jīng)濟(jì)型要求。 <

8、;/p><p><b>　　圖2 </b></p><p>　　五分鐘運(yùn)輸能力(HC5% )：指電梯系統(tǒng)在五分鐘內(nèi)能運(yùn)輸?shù)娜藬?shù)占電梯服務(wù)樓層總?cè)藬?shù)的百分比。這個(gè)數(shù)值通常指達(dá)到最高峰流量時(shí)的 5分鐘運(yùn)輸能力。A樓該項(xiàng)指標(biāo)值約為10%，基本達(dá)到經(jīng)濟(jì)型要求。 </p><p>　　（3）電梯布置對(duì)其他功能的影響： </p><p>

9、;　　電梯的布置對(duì)其他功能主要的影響主要有以下三個(gè)方面： </p><p>　　1.電梯井的分區(qū)方式，直接決定了每個(gè)分區(qū)衛(wèi)生間的位置和布置方式。 </p><p>　　在A樓的設(shè)計(jì)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(yùn)行速度從4m/s（中低區(qū)客梯）到6m/s（消防電梯）不等。電梯運(yùn)行速度越高，沖頂高度越高，基坑也越深。以運(yùn)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(jī)房高度。設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)單位與電梯廠家、甲方反復(fù)商討，在機(jī)房高度，運(yùn)行速度，避難層機(jī)房部位樓板標(biāo)高，合理的避難層高度四者之間平衡，最終使機(jī)房不影響辦公層的使用。這同時(shí)也是利用避難層作為電梯分區(qū)的一個(gè)重要原因。 </p><p>　　2.對(duì)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(duì)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(jìn)核心筒內(nèi)。因此電梯分區(qū)方式直接決定了管井的布置。 </p><p>　　3.對(duì)使用功能的影響。 </p><p>　　A樓的電梯數(shù)量在第三個(gè)避難層和轉(zhuǎn)換層之后大量減少，這部分空間被利用作為辦公的會(huì)議室。如圖2所示。 </p><p><b>　　（4）樓梯

12、。 </b></p><p>　　1.疏散樓梯設(shè)計(jì)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(shè)置。 </p><p>　　《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的規(guī)定是這樣的：通向避難層的防煙樓梯應(yīng)在避難層分隔、同層錯(cuò)位或上下層斷開，但人員均必須經(jīng)避難層方能上下。在A樓設(shè)計(jì)的時(shí)候也嚴(yán)格按照這條規(guī)范來設(shè)計(jì)，疏散人員下到避難層以后，被樓梯間的隔墻和門引導(dǎo)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(duì)避難層和前室的關(guān)系進(jìn)（圖3） 行詳盡的講述，因此保險(xiǎn)起見，設(shè)計(jì)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(shè)置了前室，在避難層進(jìn)入樓梯間的位置也設(shè)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(shè)計(jì)中這一點(diǎn)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(rèn)真對(duì)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(xì)部設(shè)計(jì)有了不同的思路。在開門的位置，磚墻的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(tái)的進(jìn)深。順便可以提一句的是，對(duì)設(shè)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(dòng)的空間或者是操作的空間。對(duì)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(shè)備管道 </b></p><p&

16、gt;　　設(shè)備管道的設(shè)計(jì)主要有兩方面的難點(diǎn)。一是管道井的垂直關(guān)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>　?。?）管道井的垂直關(guān)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(nèi)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?yàn)樵O(shè)備用房集中放置在避難層中所以每個(gè)避難層之間，兩個(gè)避難層之

17、間的部分，設(shè)備布置相當(dāng)于一個(gè)單獨(dú)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(gè)避難層之間都相當(dāng)于一個(gè)15層的，和其他部位有聯(lián)系又獨(dú)立的一個(gè)高層建筑。在低、多層建筑設(shè)計(jì)中，管井往往只考慮平面位置，但在這次的超高層設(shè)計(jì)中，管井的布置需要認(rèn)真考慮其空間關(guān)系。 </p><p>　?。?）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(gè)問題是如何從核心筒中出進(jìn)

18、。一般分兩種情況： </p><p>　　1.從已有的開門開洞的位置上進(jìn)出。核心筒的結(jié)構(gòu)計(jì)算對(duì)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(jié)構(gòu)滿足計(jì)算要求的。這種情況主要是針對(duì)電氣專業(yè)和給排水專業(yè)而言。電氣的橋架數(shù)量相對(duì)有限，給排水專業(yè)的管道尺寸較小，因此利用設(shè)備用房的開門高度以上的空間，在不影響結(jié)構(gòu)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(gè)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(fēng)管。因?yàn)轱L(fēng)管大多截面尺寸很大，動(dòng)輒一兩個(gè)平米，甚至更大。由于管井在核心筒內(nèi)上下不對(duì)齊，增加了許多管道轉(zhuǎn)換的情況。因而不只一處需要單獨(dú)為這些截面大，轉(zhuǎn)彎難的風(fēng)管在剪力墻上開洞。這種上下不對(duì)齊的大洞對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算是不利的，同時(shí)對(duì)于A樓來說，結(jié)構(gòu)計(jì)算相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)，余量較小，因此每開一個(gè)這樣的大洞，都需要結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核。另一方面，在管線集中的避難層附近，會(huì)遇到上部的

20、電梯基坑，開洞的位置也需要認(rèn)真考慮其空間關(guān)系，如圖5所示. </p><p><b>　　圖5 </b></p><p>　　（四）對(duì)使用功能的影響 </p><p>　　核心筒對(duì)使用功能的影響主要是指對(duì)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(huì)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(huì)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(huì)隨著不同的電梯分區(qū)而改變位置。這樣會(huì)帶來兩個(gè)問題： </p><p><b>　　圖6 </b></p><p>　　管線的不斷轉(zhuǎn)換。暖通和給排水專業(yè)增加了很多水

22、平橫管，這是設(shè)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(jià)。 </p><p>　　衛(wèi)生間會(huì)落到下層電梯機(jī)房的 上面。電梯機(jī)房屬于用電房間，上面當(dāng)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(gè)小小的夾層。并給這個(gè)夾層的樓板也作一級(jí)防水。相當(dāng)于增加了一個(gè)樓層。而這個(gè)夾層既要滿足給排水走管和檢修，同時(shí)也要考慮其結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)性。這也成為了一個(gè)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，A樓最后是解決了這個(gè)問題，如圖6所示。 </p

23、><p><b>　?。?）辦公用房 </b></p><p>　　這主要是指樓上最后一個(gè)避難層以上。這個(gè)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(dāng)可觀的面積用來布置會(huì)議室。不包括走道面積，這個(gè)分區(qū)的得房率可達(dá)到80%以上，如圖7所示。 </p><p><b>　　三、結(jié)束語 &

24、lt;/b></p><p>　　綜合來講，作者做完A樓的全階段設(shè)計(jì)之后，對(duì)自己的工作總結(jié)下來，認(rèn)為以上四個(gè)部分是這項(xiàng)工程最重要的部分——核心筒設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。而核心筒設(shè)計(jì)中，電梯的的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。在超高層建筑中，核心筒就像一臺(tái)精密復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)，因此整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，建筑專業(yè)必須不停的協(xié)調(diào)各專業(yè)，精細(xì)考慮。在未開始BIM設(shè)計(jì)的階段，關(guān)鍵部位需建立局部的工作模型，來考察設(shè)計(jì)想法的可實(shí)現(xiàn)性。由于整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)度的不懈努力