探究超高層辦公樓建筑設(shè)計(jì)

王西峰

【摘 要】本文以某超高層建筑辦公樓設(shè)計(jì)為例，對基地選址、總體布置、結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行詳細(xì)闡述，并介紹了超高層建筑設(shè)計(jì)的相關(guān)要點(diǎn)，提出了在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的問題。

【關(guān)鍵詞】超高層；建筑設(shè)計(jì)；核心筒

一、項(xiàng)目設(shè)計(jì)概述

隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市人口急劇增加，導(dǎo)致了城市土地的供應(yīng)緊張，建筑開始向空中發(fā)展，全國各地超高層建筑建設(shè)如雨后春筍。某建筑工程項(xiàng)目總建筑面積為947 152.5 m2 ，規(guī)劃地上建筑面積615 301.5 m2 ，容積率4.3。其中6 號辦公塔樓面積65 400 m2 ，高度145.50 m（屋面高度144.60 m） 。項(xiàng)目預(yù)計(jì)于2014 年竣工。對本項(xiàng)目設(shè)計(jì)做一個(gè)總結(jié)，有著必要的理論實(shí)踐意義，同時(shí)為諸多有志于或即將踏入超高層辦公建筑設(shè)計(jì)的年輕建筑師提供了有益參考。

二、基地選址、總體布置、結(jié)構(gòu)選型

1） 超高層辦公樓基地選址特點(diǎn)。對于超高層辦公樓的選址來說，基本上集中在城市中心區(qū)域或規(guī)劃新區(qū)。以本工程為例，該辦公樓項(xiàng)目緊鄰市政府東側(cè)，為新區(qū)行政中心核心地段。2） 超高層辦公樓總平面布置特點(diǎn)。像超高層這種類型的建筑往往以其宏偉的尺度和巨大的體量，給觀者以強(qiáng)烈的視覺感受，同時(shí)也決定和影響著所在城市區(qū)域的藝術(shù)風(fēng)格和美學(xué)價(jià)值。根據(jù)基地條件、項(xiàng)目規(guī)模等因素，總平面布置時(shí)一般采用集中式或分散式。本項(xiàng)目采用集中式布置，總體規(guī)劃布局清晰，分區(qū)明確。沿城市主干道的北部地塊作為項(xiàng)目形象展示的主要區(qū)域，考慮大尺度的城市設(shè)計(jì)，以展示連續(xù)大氣的城市界面； 在整體空間上，設(shè)置了一條由東向西的綠谷軸線，從東面的濱水空間開始一直延展穿越整個(gè)金融區(qū)域，在視線上形成一條綠色的視覺通廊，中部穿插的屋頂綠地和建筑增強(qiáng)了南北地塊的對話（見圖1，圖2） 。3） 結(jié)構(gòu)選型。結(jié)構(gòu)選型是超高層設(shè)計(jì)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)抗震設(shè)計(jì)是重中之重。在設(shè)計(jì)初期，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人會根據(jù)建筑的高度、高寬比、體型來選擇采用何種結(jié)構(gòu)形式。本項(xiàng)目采用型鋼混凝土框筒結(jié)構(gòu)。

三、平面設(shè)計(jì)

（一）核芯筒設(shè)計(jì)

高層建筑與其他建筑之間的最大區(qū)別，就在于它是有一個(gè)將垂直交通和設(shè)備管井集中在一起的，同時(shí)又在結(jié)構(gòu)體系中起著重要作用的“核”（ core） 。本項(xiàng)目采用核芯筒位于辦公樓中心布置的常規(guī)方式，爭取了盡量寬敞的使用空間，將電梯、樓梯、設(shè)備用房以及衛(wèi)生間、茶水間等服務(wù)性用房向平面的中央集中，使功能空間能夠占據(jù)最佳的采光位置，力求視線良好，交通便捷。設(shè)計(jì)特點(diǎn)： 1） 辦公核芯筒的大小是判定辦公樓硬標(biāo)準(zhǔn)中“平均得房率”的重要指標(biāo)之一。辦公樓的平均得房率為70% ～80%。本項(xiàng)目工程6 號樓得房率見表1。2） 合理布局核芯筒的公共空間和各種功能用房是達(dá)到高得房率的關(guān)鍵因素之一。建筑師需將垂直交通疏散設(shè)施、附屬用房和機(jī)電設(shè)備用房、不同功能的設(shè)備管井、分區(qū)電梯設(shè)置等問題，結(jié)合建筑平面的形式，合理安排，將核芯筒的效率發(fā)揮到最大化。

（二）核芯筒電梯設(shè)計(jì)

電梯是高層建筑各樓層聯(lián)系的主要交通工具。電梯的等候時(shí)間和電梯的運(yùn)輸能力（5 min 內(nèi)運(yùn)送人員占總?cè)藬?shù)的比例：HC5） 是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，對其產(chǎn)生直接影響的是電梯的速度、數(shù)量和載客人數(shù)。而電梯的數(shù)量和大小又直接影響著核芯筒面積的大小，因此關(guān)于電梯的設(shè)置非常重要。電梯的設(shè)計(jì)主要涉及到電梯廳、客用電梯、貨運(yùn)電梯、消防電梯等4 個(gè)方面。

一般電梯廳以大于3. 0 m（進(jìn)深） × 2. 7 m（凈高） 為宜，項(xiàng)目選用3. 0 m（進(jìn)深） × 2. 7 m（凈高） 。1） 電梯設(shè)計(jì)。電梯設(shè)計(jì)在高層建筑的核心筒平面設(shè)計(jì)中應(yīng)該說占有最大的比重。這不僅是由于其在面積上所占比例較大，更是因?yàn)榇怪苯煌ㄔ诟邔咏ㄖO(shè)計(jì)中極為關(guān)鍵。2） 豎向分區(qū)。高層辦公建筑的電梯一般每12 層～ 15 層分一個(gè)區(qū)。電梯速度隨分區(qū)所在部位的增高而加快，每個(gè)分區(qū)的電梯自成一組，互相連成一排布置，每排不超過4 臺，各不同分區(qū)電梯位于不同的平面位置。以6 號樓為例，辦公層分成2 分區(qū)，低區(qū)20 個(gè)樓層，高區(qū)15 個(gè)樓層，每個(gè)分區(qū)各設(shè)4 臺客梯。3）電梯數(shù)量的確定。確定辦公樓的電梯臺數(shù)期望值N* 往往和建筑物類型、規(guī)模、轎廂額定載重量、額定速度和轎廂行程有關(guān)（見表2） 。

（三）貨運(yùn)電梯設(shè)計(jì)

超高層的綜合樓往往有多種功能的組合，商場、會議、辦公、賓館、觀光等設(shè)施。這些設(shè)施均為對外服務(wù)的，因此存在如何將后勤物品運(yùn)往各分區(qū)的問題，這個(gè)問題也是在垂直交通設(shè)計(jì)時(shí)會忽視的問題。

（四）消防電梯設(shè)計(jì)

消防電梯是發(fā)生火警時(shí)，消防人員進(jìn)入塔樓失火樓層進(jìn)行撲救的重要交通工具之一。數(shù)量應(yīng)符合高規(guī)第6. 3. 2 條的規(guī)定。6 號樓的貨梯的技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表3。

（五）消防疏散設(shè)計(jì)

1） 樓梯設(shè)計(jì)。樓梯的形式、寬度、踏步大小應(yīng)滿足規(guī)范要求。6 號樓選用2 部樓梯，梯寬1. 2 m，踏步270 mm × 160 mm。2） 輔助用房設(shè)計(jì)。輔助用房包含設(shè)備用房、衛(wèi)生間、茶水間。3） 辦公平面設(shè)計(jì)。辦公室是人們工作的重要場所，辦公室本身功能是滿足一個(gè)組織一群人在工作中的群體行為。在進(jìn)行塔樓設(shè)計(jì)時(shí)，辦公樓層除了要求達(dá)到一定的得房率，對于辦公區(qū)的進(jìn)深也是評判其優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。6 號樓進(jìn)深為11 050 mm。4） 主要辦公空間： 是辦公空間設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。一般有小型辦公空間、中型辦公空間和大型辦公空間三種。5） 公共接待空間： 主要指用于辦公樓內(nèi)進(jìn)行聚會、展示、接待、會議等活動需求的空間。6） 交通聯(lián)系空間： 主要指用于樓內(nèi)交通聯(lián)系的空間。一般有水平交通聯(lián)系空間及垂直交通聯(lián)系空間兩種。7） 配套服務(wù)空間： 通常有資料室、檔案室、文印室、電腦機(jī)房、曬圖房、員工餐廳、開水以及衛(wèi)生間和后勤、管理辦公室等。8） 附屬設(shè)施空間： 通常為變配電室、中央控制室、水泵房、空調(diào)機(jī)房、電梯機(jī)房、電話交換房、鍋爐房等。

（六） 辦公平面疏散設(shè)計(jì)

1） 防火分區(qū)設(shè)置。在現(xiàn)有新建高層辦公樓中，基本都設(shè)有自動滅火裝置和火災(zāi)自動報(bào)警設(shè)備，能達(dá)到及早發(fā)現(xiàn)初期火災(zāi)和及時(shí)予以撲滅，相應(yīng)地提高了建筑內(nèi)的安全程度。在這種條件下，防火分區(qū)面積可以增大到2 000 m2。

2） 合理布置疏散流線。根據(jù)建筑平面不同，常見的消防疏散分為大空間辦公和有公共走道隔間辦公。疏散距離詳見高規(guī)。

（三）辦公平面設(shè)計(jì)其他條件

隨著技術(shù)和需求的不斷發(fā)展，在結(jié)構(gòu)和設(shè)備方面的新要求也影響著辦公標(biāo)準(zhǔn)平面的設(shè)計(jì)。1） 關(guān)于辦公樓荷載要求。隨著辦公設(shè)備的更新，原有對于辦公標(biāo)準(zhǔn)層荷載（2. 0 kN/m2 ） 的考慮可能無法滿足現(xiàn)有部分公司的設(shè)備重量要求。2） 預(yù)留設(shè)備空間。在超高層的辦公樓往往設(shè)有24 h 工作的機(jī)構(gòu)，在此類辦公中，設(shè)有24 h 運(yùn)行的設(shè)備。因此，在平面設(shè)計(jì)時(shí)，需要預(yù)留為其服務(wù)的空調(diào)機(jī)的冷凝水管的位置。

四、超高層辦公樓其他問題

1） 辦公樓舒適度（ 主動式阻尼器） 。超高層辦公樓因受到水平荷載的作用，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生橫向的位移。在經(jīng)過高度上的累加后，在大樓的高處會產(chǎn)生很大的水平位移，由于風(fēng)的強(qiáng)度和方向經(jīng)常改變，住在高區(qū)的租戶容易感覺大樓在搖晃，在生理上和心理上都會有很大的不適，甚至?xí)小皶灤敝小榱耸埂坝駱渑R風(fēng)”依然能“穩(wěn)如泰山”，必須增強(qiáng)大樓的安全性和舒適性。結(jié)構(gòu)的減振系統(tǒng)不僅是重要的削弱地震影響的措施，而且對提高大樓內(nèi)人的舒適感也起到一定作用。2） 辦公樓防恐、防災(zāi)設(shè)計(jì)。一幢辦公樓往往有數(shù)十家甚至上百家租戶，而且訪客眾多，大樓內(nèi)的人員和財(cái)物安全問題十分突出，如果僅依靠傳統(tǒng)的安保登記系統(tǒng)顯然早已不堪重負(fù)。門禁系統(tǒng)為解決以上問題創(chuàng)造了條件。3）停機(jī)坪。超高層頂設(shè)置停機(jī)坪，可以解決緊急突發(fā)事件，設(shè)計(jì)時(shí)需注意將消防電梯通至屋頂，方便人員到達(dá)停機(jī)坪。4） 擦窗機(jī)。超高層建筑需考慮平時(shí)幕墻的清洗，宜在屋頂設(shè)置軌道式或固定懸掛式擦窗機(jī)。

五、結(jié)語

隨著大城市土地資源的稀缺，超高層建筑將會隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷增加，這是社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。當(dāng)然，我們也必須充分地意識到，高層建筑的發(fā)展給我們帶來了標(biāo)志，形象，空間，容量，但同時(shí)也帶來了社會，生態(tài)，防災(zāi)，安全，維護(hù)，管理等等的負(fù)面影響。所以，高層建筑建設(shè)至今，一直爭議不斷，特別是當(dāng)前世界能源和經(jīng)濟(jì)的不景氣，使人們對高層和超高層建筑越來越持懷疑態(tài)度，引發(fā)了眾多的討論。這些是每個(gè)建筑師都需思考的問題。