淺談250m 超高層核心筒設(shè)計
——以昆明某超高層設(shè)計為例

吳若晨

（德國GMP 國際建筑設(shè)計有限公司，上海 200030）

本項(xiàng)目總計容建筑面積13 萬m2，結(jié)構(gòu)頂板限高200m，規(guī)劃限高250m，根據(jù)辦公標(biāo)準(zhǔn)樓層4.2m 層高，結(jié)合避難層5.2m 底層9m 通高，整體建筑層數(shù)為45 層。

在功能分布上，應(yīng)業(yè)主要求，除了主體部分為辦公外，業(yè)主希望在該樓下部設(shè)置三層會議層，頂部設(shè)置會所層和Skybar，如圖1 所示。

圖1 昆明250m 超高層功能分區(qū)

作為一個典型的功能混合的超高層辦公樓，核心筒設(shè)計是重中之重，涉及標(biāo)準(zhǔn)層效率、垂直交通設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)電設(shè)計等眾多方面，筆者將在下面的章節(jié)中抽絲剝繭，一一道來。

1 標(biāo)準(zhǔn)層輪廓及電梯廳布置形式

從項(xiàng)目的一開始，13 萬m2的建筑容量及200m 的結(jié)構(gòu)高度便已經(jīng)被鎖定，結(jié)合建筑造型上部區(qū)域出現(xiàn)切削，產(chǎn)生空中露臺及垂直綠化，得出每層的建筑面積接近3000m2。此面積也是建筑防火規(guī)范對高層建筑一個防火分區(qū)可允許的最大值，大于此值將增設(shè)兩個疏散樓梯，降低平面效率。

項(xiàng)目最初階段考慮使用方形平面設(shè)計，采用54m×54m 平面輪廓，核心筒布置采用十字式的電梯廳布置，將核心筒切為四塊，由于電梯廳過長使得房率降低明顯，且場地不適宜方形平面，遂改為矩形平面進(jìn)行嘗試。

矩形平面采用43m×68m，使從幕墻外輪廓到核心筒邊界約有14m 進(jìn)深，為較為舒適的辦公空間尺度（常規(guī)高層塔樓辦公進(jìn)深控制在10～16m 范圍），在此基礎(chǔ)上電梯廳有過兩稿方案，方案一為穿通式電梯廳，如圖2 所示；方案二為不穿通式電梯廳，如圖3 所示，不穿通式電梯廳在得房率上相較于穿通式略有優(yōu)勢，但是造成使用上的極為不便，未穿通部分背后的辦公人群需從電梯廳出來繞核心筒半圈才能到達(dá)辦公室，效率極低，且大量的設(shè)備管線集中在未穿通的一側(cè)，容易相互交叉，對走廊凈高的影響較大。

圖2 穿通式電梯廳方案

綜合標(biāo)準(zhǔn)層得房率、辦公樓層使用便捷性、辦公進(jìn)深控制等因素，最后選擇了穿通式的電梯廳模式配合矩形標(biāo)準(zhǔn)層輪廓，使得整棟樓的綜合得房率達(dá)到79.8%，總凈辦公面積7.8 萬m2。

表1 五區(qū)（三區(qū)直達(dá)二區(qū)轉(zhuǎn)換）方案垂直交通計算數(shù)據(jù)

表2 四區(qū)（二區(qū)直達(dá)二區(qū)轉(zhuǎn)換）方案垂直交通計算數(shù)據(jù)

圖3 不穿通式電梯廳方案

2 垂直分區(qū)及電梯設(shè)置

垂直分區(qū)是超高層核心筒設(shè)置的核心，在項(xiàng)目初期我們提供了多種方案，和垂直交通顧問進(jìn)行深入討論，來來回回產(chǎn)生了多種方案，綜合起來大致分為以下三類方案。

五區(qū)，其中三區(qū)直達(dá)，一組穿梭梯轉(zhuǎn)兩分區(qū)。前三區(qū)分別配置6 臺 1.6t 載重電梯，梯速為 2.5～4m/s，分別服務(wù) 11、10、9 個樓層，穿梭梯采用6 臺1.8t 載重電梯，梯速6m/s，直達(dá)第32 層，四五區(qū)分別配置 5 臺 1.35t 載重電梯，梯速 2.5～3.5m/s，分為服務(wù) 10、11個樓層。總電梯數(shù)34 臺，核心筒井道數(shù)24 個，計算結(jié)果如表1所示。

四區(qū)，其中兩區(qū)直達(dá)，一組穿梭梯轉(zhuǎn)兩分區(qū)。前兩區(qū)分為配置8 臺 1.6t 載重電梯，梯速為 3～4m/s，分別服務(wù) 14、10 個樓層，穿梭梯采用8 臺1.8t 載重電梯，梯速6m/s，直達(dá)第38 層，三四區(qū)分別配置 4、5 臺 1.6t 載重電梯，梯速 2.5～3.5m/s，分別服務(wù) 9、14 個樓層?？傠娞輸?shù)33 臺，核心筒井道數(shù)24 個，計算結(jié)果如表2 所示。

三區(qū)，其中兩區(qū)直達(dá)，一組穿梭梯轉(zhuǎn)一分區(qū)。前兩區(qū)分別配置6、8 臺 1.6t 載重電梯，梯速 2.5～4m/s，分別服務(wù) 14、12 個樓層，穿梭梯采用4 臺1.8t 載重電梯，梯速6m/s，直達(dá)28 層，三區(qū)配置6臺1.6t 載重電梯，梯速2.5m/s，服務(wù)13 個樓層?？傠娞輸?shù)24 臺，核心筒井道數(shù)18 個，計算結(jié)果表3 所示。

表3 三區(qū)（二區(qū)直達(dá)一區(qū)轉(zhuǎn)換）方案垂直交通計算數(shù)據(jù)

以上方案均為穿梭梯方案，即考慮上部分區(qū)和下部分區(qū)井道重疊，節(jié)省核心筒內(nèi)井道數(shù)量。從數(shù)據(jù)上看，兩個電梯計算重要指標(biāo)，5min 運(yùn)載率均在15%以內(nèi)，平均等候時間也在30s 以內(nèi)，僅五分區(qū)四五區(qū)略有超過，但均在合理范圍。從電梯和井道數(shù)上看，三區(qū)加轉(zhuǎn)換方案明顯優(yōu)于另外兩個。從電梯參數(shù)來看，區(qū)間電梯均采用普通電梯，穿梭梯采用載重略大高速電梯。綜合看來，三區(qū)轉(zhuǎn)換方案更優(yōu)。

除此之外，業(yè)主希望在屋頂層增加觀光層，因此將附加2 臺高速電梯直達(dá)45 層。而考慮到貨運(yùn)及裝修等考慮，消防電梯數(shù)也變?yōu)? 臺，總電梯數(shù)最終確定為28 臺。

3 樓梯及消防疏散

按照最大標(biāo)準(zhǔn)層面積計算疏散寬度，辦公人員密度按照經(jīng)驗(yàn)值9.3m2/人（項(xiàng)目進(jìn)行時防火規(guī)范并未更新超高層辦公人員密度要求），根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范（GB 50016—2014）》5.5.21.1條，該樓耐火等級為一級，疏散寬度按照1m/100 人的要求，得到總需要的疏散寬度為3.2m。按照一個防火分區(qū)兩個疏散樓梯布置，每個樓梯滿足1.6m。同時盡量分散在核心筒兩端，使大空間辦公盡端滿足防火規(guī)范37.5m 的雙向疏散要求。

值得一提的是，塔樓頂層設(shè)置了Skybar，從功能上屬于輕餐飲性質(zhì)，若按照防火規(guī)范中1.3m2/人的密度要求，3.2m 的疏散寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足。根據(jù)之前項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，同消防溝通該處按固定座位的1.1 倍計算人員數(shù)量，同時業(yè)主承諾進(jìn)行人員控制，使樓梯間維持在合理范圍。

另樓梯間在避難層需斷開，疏散路徑必須經(jīng)過避難區(qū)，設(shè)計上統(tǒng)籌考慮了樓梯前室和避難區(qū)的相互關(guān)系，如圖4 所示。

4 結(jié)構(gòu)布置

業(yè)主結(jié)合施工工期和希望在昆明推行鋼結(jié)構(gòu)的考慮，該超高層采用了較為少見的鋼結(jié)構(gòu)外框架加鋼結(jié)構(gòu)核心筒的結(jié)構(gòu)體系，核心筒由鋼結(jié)構(gòu)斜撐和阻尼墻（鋼板內(nèi)灌液體）組成。并在其中兩避難層處設(shè)置環(huán)帶桁架，增加結(jié)構(gòu)的整體剛性。

圖4 避難層設(shè)計

平面布置結(jié)合穿通式電梯廳自然形成五品工字形，工字形的中部或端部可伸出正交主梁同外框柱搭接。

5 機(jī)電布置

技術(shù)機(jī)房布置是核心筒內(nèi)除垂直交通設(shè)計的另一大難點(diǎn)，在得房率要求極端苛刻的前提下，需充分了解各專業(yè)的詳盡要求，不可有任何疏漏，只是一個條件的變動也將對核心筒布置產(chǎn)生巨大的變化。

暖通：該辦公樓系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)形式，每層需設(shè)置25 平新風(fēng)機(jī)房，且上下對位，根據(jù)現(xiàn)有條件只能布置于核心筒一角，但由于緊鄰的結(jié)構(gòu)墻內(nèi)為斜柱，且各層的位置不一，造成新風(fēng)機(jī)房每層出管需變換位置。為解決避難層走道排煙，需每層布置兩個排煙井，盡量布置在核心筒兩端，井道大小每個1.5m2。另還需設(shè)置冷媒井。

強(qiáng)電：每層需設(shè)置12m2強(qiáng)電間，10m2電纜間，其中電纜間需上下完全對位，不可移動，每跨過一個設(shè)備層大小將大幅減小，樓梯南側(cè)和二區(qū)電梯南側(cè)大小合適，且上下對應(yīng)，適合布置該功能。

弱電：每層設(shè)置7m2弱電間，可分兩間布置，但需同水專業(yè)雙墻隔開。設(shè)計中同弱電專業(yè)反復(fù)溝通，最終將其中一間弱電置于空調(diào)機(jī)房內(nèi)，滿足總大小需求。

給排水：每層需設(shè)置6.1m2水管井，且凈寬大于1.2m，需集中布置。

在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合先前垂直交通、結(jié)構(gòu)、消防等信息，整個核心筒設(shè)計進(jìn)入一種華容道般的境地，不停融入新的信息，討論新的可能，最終形成如圖5 所示的布置。

圖5 一區(qū)核心筒布置

6 不同垂直分區(qū)核心筒的變化

核心筒內(nèi)另一個“大戶”便是衛(wèi)生間，根據(jù)《城市公共廁所設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（CJJ 14—2016）》得知，每層需配置男大便器5 個，小便器6 個，女大便器7 個，而這么大的面積需求無法放在核心筒外側(cè)，將大大降低得房率。結(jié)合不同垂直分區(qū)電梯廳使用情況不同的特點(diǎn)，其中一個無電梯?？康膹d可利用為衛(wèi)生間，3.6m 電梯廳寬度正好可容納廁所隔間+洗手池+中間走道。另一個衛(wèi)生間則貼合核心筒緊湊布置。

而在二區(qū)位置以及轉(zhuǎn)換后的三區(qū)，其中一組電梯井道空間已經(jīng)釋放出來，衛(wèi)生間即可完全利用此空間，如圖6、圖7 所示。

圖6 二區(qū)核心筒布置

圖7 三區(qū)核心筒布置

還有一個變化將影響不同樓層的核心筒布置，即為電梯沖頂高度、電梯機(jī)房和電梯基坑，某些超高層項(xiàng)目可將垂直分區(qū)分隔在避難層位置，用避難層高度解決電梯沖頂和基坑，但本項(xiàng)目考慮到各種因素后并未采用此方式，即會在使用樓層出現(xiàn)沖頂、機(jī)房和基坑。區(qū)間電梯為普通電梯，沖頂高度約為5.1～7.0m，機(jī)房高度2.1～3m，穿梭電梯為高速電梯，沖頂高度達(dá)到了7.5m，機(jī)房高度2.5～3.7m，另三區(qū)的基坑深度為1.5～3m。結(jié)合圖8 剖面可以看到，在26～29F 高度，即二區(qū)結(jié)束，穿梭電梯到達(dá)，三區(qū)電梯開始的位置，二區(qū)沖頂和機(jī)房，穿梭梯沖頂和機(jī)房，三區(qū)基坑均在此處出現(xiàn)，導(dǎo)致這些樓層在平面上都需要特殊處理。如28F 為二區(qū)電梯機(jī)房層，需考慮衛(wèi)生間留出可進(jìn)入機(jī)房的通道。

圖8 二區(qū)與三區(qū)交界處核心筒剖面

圖9 28F 核心筒布置（出現(xiàn)二區(qū)電梯機(jī)房）

7 結(jié)論

昆明超高層核心筒項(xiàng)目展現(xiàn)了“螺螄殼里做道場”的狀態(tài)，每一塊空間的潛力都被仔仔細(xì)細(xì)挖掘過。最終一區(qū)核心筒面積為569m2，單層得房率達(dá)到了80.6%，已經(jīng)頗為高效了。

核心筒設(shè)計統(tǒng)籌了基地條件，功能需求、建筑容量、建筑輪廓、疏散要求、經(jīng)濟(jì)性、結(jié)構(gòu)選型、機(jī)電設(shè)備等多種要求，任何一個前置條件的不穩(wěn)定將導(dǎo)致核心筒方案存在不確定性，可以說，經(jīng)過從方案階段到初步設(shè)計落定，是建筑師、業(yè)主方、垂直交通顧問、結(jié)構(gòu)工程師、設(shè)備工程師多方權(quán)衡妥協(xié)后的結(jié)果。

本文試圖將涉及250m 高度超高層核心筒的六大影響部分進(jìn)行抽離，確定優(yōu)先級，結(jié)合昆明項(xiàng)目案例進(jìn)行逐一分析，力圖庖丁解牛得到相對清晰的設(shè)計思路，以供建筑師在類似超高層項(xiàng)目中起到參考作用。