高層建筑設(shè)計(jì)存在的問題

姚文華

提要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,尤其是鋼鐵、電梯的出現(xiàn)以及后來鋼筋混凝土的應(yīng)用,為高層建筑發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的機(jī)遇,高層建筑也成為城市空間中一道獨(dú)特的風(fēng)景。本文主要就高層建筑設(shè)計(jì)存在的問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞:高層建筑;設(shè)計(jì);問題

中圖分類號(hào):F293.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,尤其是鋼鐵、電梯的出現(xiàn)以及后來鋼筋混凝土的應(yīng)用,為高層建筑發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的機(jī)遇,高層建筑也成為城市空間中一道獨(dú)特的風(fēng)景,其中以美國(guó)的高層建筑發(fā)展最為活躍,如1885年的芝加哥家庭保險(xiǎn)大樓被公認(rèn)為第一幢摩天建筑,而紐約的曼哈頓區(qū)更是高樓云集;近年來我國(guó)的高層建筑也發(fā)展迅速,如上海的金茂大廈88層,高420.5m。隨著結(jié)構(gòu)理論和技術(shù)的發(fā)展,高層建筑結(jié)構(gòu)形式趨于多樣化,高層建筑的表現(xiàn)形式也多種多樣,但隨之所帶來的設(shè)計(jì)問題也越來越多地表現(xiàn)出來,在成為城市風(fēng)景的同時(shí),如何搞好高層建筑的設(shè)計(jì)成為高層建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要任務(wù),也是為使高層建筑的設(shè)計(jì)趨于完善所追求的一種理念。

一、高層建筑抗震設(shè)計(jì)常見的問題

在高層建筑的建設(shè)中,其中最主要的問題是對(duì)它的抗震問題的研究,其中又以中短柱問題為最主要的問題?，F(xiàn)在首先介紹一下抗震設(shè)計(jì)中常見的一些問題:

1、結(jié)構(gòu)的平面布置。外形不規(guī)則、不對(duì)稱、凹凸變化尺度大、形心質(zhì)心偏心大,同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi),結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度不均勻、不對(duì)稱,平面長(zhǎng)度過長(zhǎng)等。

2、底框磚房超高超層。如2006年,對(duì)在某地設(shè)計(jì)單位做的一次專題普查,發(fā)現(xiàn)有69幢底框磚房超高超層。新項(xiàng)目亦普遍存在此現(xiàn)象,2008年某地塊住宅竣工交付使用驗(yàn)收中發(fā)現(xiàn)有三幢底框磚房超高超層,甚至有超三層的。

3、抗震構(gòu)造柱布置不當(dāng)。如外墻轉(zhuǎn)角處,大廳四角未設(shè)構(gòu)造柱或構(gòu)造柱不成對(duì)設(shè)置;以構(gòu)造柱代替磚墻承重;山墻與縱墻交接處不設(shè)抗震構(gòu)造柱;過多設(shè)置抗震構(gòu)造柱等。

4、其他問題。有的底層無橫向落地抗震墻,全部為框支或落地墻,間距超長(zhǎng);有的僅北側(cè)縱墻落地,南側(cè)全為柱子,造成南北剛度不均;有的底層做汽車庫(kù),設(shè)計(jì)時(shí)橫墻都落地,但縱墻不落地,變成了縱向框支;還有的底框和內(nèi)框砌體住宅采用大空間靈活隔斷設(shè)計(jì),其中幾乎很少有縱墻。不少地方都采用鋼筋混凝土內(nèi)柱來承重以代替磚墻承重,實(shí)際上將磚混結(jié)構(gòu)演變?yōu)閮?nèi)框架結(jié)構(gòu),這比底框磚房還不利,因內(nèi)框磚房的層數(shù)、總高度控制比底框磚房更嚴(yán),因此存在著嚴(yán)重抗震隱患。更為嚴(yán)重的是,這種情況并未引起目前大多數(shù)結(jié)構(gòu)工程師的重視。

二、高層建筑暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中存在的問題

1、冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在不合理之處:①有的冷凍水系統(tǒng)由一條主立(干)管引進(jìn),分幾個(gè)環(huán)路,分環(huán)上不設(shè)閥門,給系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)、維修管理造成不便;②有的空調(diào)系統(tǒng)為雙側(cè)連接,兩側(cè)熱負(fù)荷及空調(diào)器數(shù)量相差懸殊,而供、回水支管管徑卻相同,兩側(cè)水力不平衡,難以按設(shè)計(jì)流量進(jìn)行分配;③空調(diào)水系統(tǒng)同程、異程混用,給調(diào)試、維護(hù)帶來一定的困難。

2、空調(diào)系統(tǒng)的選擇不合理。如,某工程甲方要求部分房間要保持恒溫恒濕,設(shè)計(jì)師簡(jiǎn)單地考慮從系統(tǒng)中分離單獨(dú)地成為一個(gè)支路,增加了運(yùn)行維護(hù)的難度,也加大了能源的消耗。這樣的系統(tǒng)滿足不了甲方所提的要求。又如,某工程設(shè)有指揮大廳、會(huì)議廳、計(jì)算機(jī)房等,此類用房理想的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)是低速風(fēng)道系統(tǒng),而設(shè)計(jì)卻采用了風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng),顯然是不合理的。

3、平面、系統(tǒng)圖深度不夠,有些應(yīng)該繪制的內(nèi)容遺漏?！对O(shè)計(jì)深度規(guī)定》對(duì)暖通空調(diào)平面、系統(tǒng)圖要表示的內(nèi)容做了詳盡的規(guī)定。然而,相當(dāng)多的工程設(shè)計(jì)未完全按規(guī)定繪制,存在的主要問題是:供暖平面圖,有些未標(biāo)注水平干管管徑及定位尺寸;有的立管未編號(hào);通風(fēng)空調(diào)平面圖,有些未注明各種設(shè)備編號(hào)及定位尺寸;供暖系統(tǒng)圖,有的立管無編號(hào),而以建筑軸線號(hào)代替;有的管道變化處(轉(zhuǎn)向處)標(biāo)高漏注;有的甚至未畫供暖系統(tǒng)圖或立管圖;還有的公共建筑設(shè)計(jì),將廚房部分的供暖、通風(fēng)、空調(diào)等內(nèi)容留給廚房設(shè)備生產(chǎn)廠家去做,這是很不合適的。

三、高層建筑防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問題

1、對(duì)自然排煙方式的限制條件不理解。由于城市用地緊張,導(dǎo)致建筑高度很自然地在增長(zhǎng),一類高層公共建筑、超高層住宅樓隨處可見。為了節(jié)省投資,一些開發(fā)商及設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑高度超過52m的一類公共建筑和建筑高度超過100m的居住建筑,其防煙樓梯間及其前室、消防電梯間前室和合用前室的防煙設(shè)施設(shè)計(jì)采用自然排煙方式,而未設(shè)置機(jī)械防煙設(shè)施。其實(shí)規(guī)范已明確規(guī)定建筑高度超過50m的一類公共建筑和建筑高度超過100m的居住建筑的防煙樓梯間及其前室、消防電梯間前室和合用前室,由于受外界的自然環(huán)境影響,不應(yīng)采用自然排煙方式,應(yīng)按照《高規(guī)》第8.3.1條的要求設(shè)置防煙設(shè)施,才能保證建筑內(nèi)部的高溫?zé)煔忭樌绞彝饪臻g。

2、不具備自然排煙條件的封閉樓梯間未采取防煙設(shè)計(jì)?！陡咭?guī)》第6.2.2.1條規(guī)定:封閉樓梯間當(dāng)不能直接天然采光和自然通風(fēng)時(shí),應(yīng)按防煙樓梯間規(guī)定設(shè)置;《高規(guī)》同時(shí)規(guī)定了防煙樓梯間的設(shè)計(jì)要求,其中《高規(guī)》第6.2.1.1條規(guī)定:防煙樓梯間應(yīng)在樓梯間入口處設(shè)前室、陽臺(tái)或凹廊,《高規(guī)》第8.3.1.1條規(guī)定:不具備自然排煙條件的防煙樓梯間應(yīng)設(shè)置機(jī)械防煙設(shè)施。而實(shí)際工程中,尤其是一些大型商場(chǎng)中設(shè)在中部的封閉樓梯,為節(jié)省投資,增大商場(chǎng)使用面積,許多未按規(guī)范設(shè)正壓送風(fēng)并增設(shè)前室。

3、作為自然排煙用途的排煙窗設(shè)置的形式、位置及開窗面積不準(zhǔn)確。在有的工程中,設(shè)計(jì)人員將平時(shí)作為通風(fēng)用的自然排煙窗設(shè)置為固定窗或者設(shè)置類似玻璃墻的半開窗、斜開窗,其設(shè)置的形式和位置均不利于自然排煙。應(yīng)改用直接可對(duì)外開啟的排煙窗。另需注意,開窗面積應(yīng)滿足《高規(guī)》第8.2.2條規(guī)定的可開啟的外窗面積,不應(yīng)包含固定窗面積和推拉窗打開時(shí)另一半的面積。

四、鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題

對(duì)于高層結(jié)構(gòu)而言,在工程設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)選型階段,應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):

1、結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動(dòng),新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件,如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等,而且新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定:“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案?！币虼?結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意,以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。

2、結(jié)構(gòu)的超高問題。在抗震規(guī)范與高規(guī)中,對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制,尤其是新規(guī)范中針對(duì)以前的超高問題,除了將原來的限制高度設(shè)定為A級(jí)高度的建筑外,增加了B級(jí)高度的建筑,因此必須對(duì)該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意,一旦結(jié)構(gòu)為B級(jí)高度建筑甚或超過了B級(jí)高度,其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,出現(xiàn)過由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問題,導(dǎo)致施工圖審查時(shí)未予通過,必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或需要開專家會(huì)議進(jìn)行論證等工作的情況,對(duì)工程工期、造價(jià)等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)大。

3、嵌固端的設(shè)置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防,嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板,也有可能設(shè)置在人防頂板等位置。因此,在這個(gè)問題上,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面,如嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題,而忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。

(作者單位:河南省鎮(zhèn)平縣建設(shè)局)

主要參考文獻(xiàn):

[1]《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045-95(2001年版).

[2]《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019-2003.