基于限額要求的超高層建筑設(shè)計(jì)策略分析

王敏酈

艾奕康設(shè)計(jì)與咨詢(xún)（深圳）有限公司上海分公司

1 引言

限額設(shè)計(jì)是指依據(jù)經(jīng)批準(zhǔn)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)與投資估算對(duì)工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行控制，使工程項(xiàng)目建設(shè)呈現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性特征。然而，在超高層建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中，如何在充分考量限額要求的前提下，保證工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高工程效益，值得廣大建筑工程設(shè)計(jì)人員更為深入地探索。

2 工程概況

某超高層建筑工程位于北京市，工程項(xiàng)目所在區(qū)域規(guī)劃條件較好，總占地面積約為8800m2，建筑規(guī)模15×104m2，建筑結(jié)構(gòu)總高度228m，其中地表以上建筑面積為12×104m2，共48層，建筑功能主要為商務(wù)辦公，主要采用限額設(shè)計(jì)方式對(duì)此工程進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

3 基于限額要求的超高層建筑設(shè)計(jì)要素與策略

超高層建筑通常體量巨大、整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人口密集、設(shè)備集中度較高，這也導(dǎo)致超高層建筑兼具工程造價(jià)高和技術(shù)難度大等特征。怎樣才能以限額為前提，經(jīng)過(guò)方案比選，設(shè)計(jì)出更具經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性以及美觀(guān)性的建筑產(chǎn)品，會(huì)面臨較大挑戰(zhàn)。由于超高層建筑獨(dú)有的特征，在工程設(shè)計(jì)中會(huì)涉及到諸多方面的影響因素，各種因素相互聯(lián)系，同時(shí)相互制約，因此具有較強(qiáng)的復(fù)雜程度。在工程設(shè)計(jì)中，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)選型、標(biāo)準(zhǔn)層面積、機(jī)電設(shè)計(jì)方案以及垂直交通等方面方案的選擇，都會(huì)直接影響到項(xiàng)目整體質(zhì)量與工程造價(jià)。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)

超高層建筑的塔樓空間主要由相互重疊的垂直空間及水平空間兩部分所構(gòu)成。其中，水平空間重疊是將多個(gè)高度不同的水平面，依據(jù)特殊方式進(jìn)行組合，保證其整體輪廓的一致性，并充分滿(mǎn)足空間需求，此種水平單元段便稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)層。對(duì)超高層建筑中塔樓空間的設(shè)計(jì)需要由每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層著手，所以標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)屬于工程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中所呈現(xiàn)出的矛盾大都集中反映于標(biāo)準(zhǔn)層中。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)的合理性會(huì)在很大程度上影響高層建筑整體設(shè)計(jì)質(zhì)量，繼而決定后續(xù)施工建設(shè)等過(guò)程的工作質(zhì)量。

在工程設(shè)計(jì)前期，可以對(duì)一些以往成功的設(shè)計(jì)案例進(jìn)行對(duì)比分析，標(biāo)準(zhǔn)層面積通常設(shè)置為2500m2～3000m2，而核心筒面積通常占據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層總面積的26%～30%，辦公區(qū)進(jìn)深則是11m～14m。依據(jù)建筑選型與結(jié)構(gòu)選型需求，其平面形式包括方形、菱形、三角形以及橢圓形等。其中，方形由于外形簡(jiǎn)潔，且具有良好的均衡性，通常會(huì)成為設(shè)計(jì)人員的首選。本工程項(xiàng)目受到建設(shè)用地、投資要求以及上位規(guī)劃等諸多方面因素的影響，決定采取布局實(shí)用性更高的正方形平面，能夠展現(xiàn)出良好的合理性與經(jīng)濟(jì)性。以此為基礎(chǔ)，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)層面積與進(jìn)深等進(jìn)行具體比較。①方案一：平面尺寸44m×44m，共60層，高度為275m，房間進(jìn)深為9m～11m；②方案二：平面尺寸48m×48m，共50 層，高度為235m，房間進(jìn)深為11m～14m；③方案三：平面尺寸54m×54m，共40層，高度為195m，房間進(jìn)深為14mm～16m.

工程用地規(guī)劃高度需要低于260m，并將地上部分的總建筑面積控制于12×104m2之內(nèi)。因此，方案一建筑高度無(wú)法滿(mǎn)足項(xiàng)目規(guī)劃需求，方案三房間進(jìn)深較大，而方案二的標(biāo)準(zhǔn)層面積與房屋進(jìn)深更為合理，建筑總高與形體比例更能符合規(guī)劃要求，整體造價(jià)相對(duì)較低。因此，以方案二為基礎(chǔ)進(jìn)行深入設(shè)計(jì)。

3.2 垂直交通設(shè)計(jì)

就某種意義上來(lái)說(shuō)，超高層建筑像是一個(gè)以垂直疊加方式建立起的立體城市，其特點(diǎn)在于建筑配置功能較多、人流量較大、人流集中，但標(biāo)準(zhǔn)層面積相對(duì)較小。所以，怎樣高效而合理地對(duì)垂直交通進(jìn)行組織規(guī)劃，屬于工程設(shè)計(jì)階段的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

建筑工程層數(shù)大于25層時(shí)，需要對(duì)電梯采取分區(qū)形式，利用不同電梯群組實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域乘客及貨物的運(yùn)送。此種形式最為顯著的特征在于運(yùn)送效率較高、直達(dá)效果較好。如果建筑層數(shù)較多，采用分區(qū)形式已然無(wú)法充分滿(mǎn)足客流輸送要求，可以采取空中大堂+分區(qū)形式，先通過(guò)電梯將乘客輸送到空中大堂中，經(jīng)由空中大堂利用各個(gè)區(qū)間的電梯群組對(duì)乘客進(jìn)行輸送，使其到達(dá)目標(biāo)樓層。

本工程項(xiàng)目依據(jù)交通組織形式需求，針對(duì)核心筒采取多種方案進(jìn)行布置。①空中大堂+分區(qū)。方案一a：采用單轎廂穿梭梯，設(shè)置電梯井道22 個(gè)，整體使用率為72.8%；方案一b：采用雙轎廂穿梭梯，設(shè)置電梯井道20 個(gè)，整體使用率為74.9%；②方案二。分區(qū)形式（采取雙轎廂），設(shè)置電梯井道18個(gè)，整體使用率為75.7%。

方案二的整體使用率最高，但需要在每個(gè)分區(qū)設(shè)置雙轎廂電梯，所需工程造價(jià)較高。方案一b的使用率及工程造價(jià)雖然介于其他兩種方案之間，但因?yàn)榇┧筇莸竭_(dá)空中大堂采用雙轎廂形式，導(dǎo)致首層與空中大堂候梯形式較為復(fù)雜。雖然方案一a與其他方案相比使用率較低，但與相同類(lèi)型的超高層建筑平面使用率相比更高。所以，就整體經(jīng)濟(jì)性與客戶(hù)體驗(yàn)等方面考慮，最終選擇方案一a作為具體實(shí)施方案。

3.3 結(jié)構(gòu)選型

建筑結(jié)構(gòu)在超高層建筑工程設(shè)計(jì)中所占比重較大，并且其主體結(jié)構(gòu)體系有著較強(qiáng)的多樣性，主要包括框架、剪力墻、框筒、束筒、筒中筒以及巨型支撐等。建筑主體結(jié)構(gòu)可以由上述結(jié)構(gòu)體系中的一種構(gòu)成，也可由兩種或者三種構(gòu)成。為充分滿(mǎn)足建筑形式與使用功能方面的需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部荷載的有效抵抗，對(duì)結(jié)構(gòu)體系的合理選擇屬于設(shè)計(jì)階段最為關(guān)鍵的工作內(nèi)容。結(jié)構(gòu)形式的差異不僅會(huì)對(duì)建筑整體造型形成直接影響，還會(huì)決定工程項(xiàng)目整體造價(jià)。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)對(duì)比與選型，綜合考量多方面因素，確定框筒結(jié)構(gòu)與筒中筒結(jié)構(gòu)最為適合本工程項(xiàng)目建設(shè)。框筒結(jié)構(gòu)具備柱網(wǎng)間距大與布局靈活等優(yōu)點(diǎn)，而筒中筒結(jié)構(gòu)卻能大幅縮減材料用量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程造價(jià)的合理控制，并能與建筑立面之間實(shí)現(xiàn)完美結(jié)合。

3.4 立面設(shè)計(jì)

對(duì)高層建筑立面設(shè)計(jì)形成影響的因素較多，比如技術(shù)因素（建筑結(jié)構(gòu)、原材料、機(jī)械設(shè)備以及施工建設(shè)等）、環(huán)境特征、歷史文化以及可持續(xù)發(fā)展理念等，這些因素都會(huì)在不同程度上給立面設(shè)計(jì)帶來(lái)一定影響。超高層建筑中對(duì)外立面的設(shè)計(jì)需要遵循三大要素，即經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和美觀(guān)性，三者間相互平衡又相互制約。在以限額要求為基礎(chǔ)的外立面設(shè)計(jì)中，怎樣抓準(zhǔn)三者之間的平衡點(diǎn)，屬于制定設(shè)計(jì)方案的重點(diǎn)。

本工程項(xiàng)目依據(jù)所處地理位置、周邊建筑情況等因素，確定外立面的設(shè)計(jì)定位是簡(jiǎn)約化、精致化背景建筑。以此為依托針對(duì)幕墻系統(tǒng)進(jìn)行方案比選。①其中一種采用全玻璃幕墻系統(tǒng)，以質(zhì)樸而細(xì)膩的外觀(guān)形式進(jìn)行展現(xiàn)，采取簡(jiǎn)潔而明快的豎線(xiàn)條，主要凸顯建筑謙遜低調(diào)的形象；②另一種則是通過(guò)石材配合方窗構(gòu)成平整的外觀(guān)，以凸顯建筑的體量感，關(guān)注于建筑細(xì)節(jié)位置的精細(xì)程度和美感，同時(shí)追求其實(shí)用性與工藝品質(zhì)要求。其中，全玻璃幕墻系統(tǒng)的整體造價(jià)相對(duì)較高，同時(shí)考慮到該工程項(xiàng)目所處地理位置，采取石材加玻璃的形式不僅能夠體現(xiàn)出所要達(dá)到的建設(shè)效果，還能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑成本的節(jié)約，更加符合限額設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，超高層建筑體量較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程建設(shè)所需投資量較大，采取限額設(shè)計(jì)方式對(duì)工程施工建設(shè)方案進(jìn)行合理控制能夠獲得良好的效果，值得廣大建筑工程管理與設(shè)計(jì)人員投入更多時(shí)間和精力對(duì)其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，在限額要求之下促進(jìn)工程整體建設(shè)效益的提升，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)注入源源不斷的活力。