150～250 m超高層辦公樓核心筒設(shè)計探討及實踐

黃偉勛

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司 廣州510010）

0 前言

隨著我國城市化進程加速發(fā)展，建設(shè)用地日益緊張。為集約用地，城市往往集中經(jīng)濟、科技和文化資源，建設(shè)新的城市核心區(qū)（CBD 區(qū)），具備金融、貿(mào)易、服務(wù)、展覽、服務(wù)、文教等多種復合功能，配以完善的市政交通與通訊條件，開展商務(wù)活動，形成發(fā)展中樞，帶動整個城市的經(jīng)快速發(fā)展。

我國三大國家級CBD為北京商務(wù)中心區(qū)、上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)、廣州天河中央商務(wù)區(qū)，隨著發(fā)展能級和區(qū)域影響力不斷提升，正在逐漸向洲際級CBD演進。伴隨城市化外擴，各大城市陸續(xù)新建特定功能的CBD 區(qū)，以點帶面，形成新的區(qū)域性城市商務(wù)區(qū)，如廣州的廣州金融城（見圖1）、琶洲互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新區(qū)（見圖2）、番禺萬博中心區(qū)，廣州知識城等。

圖1 廣州金融城Fig.1 Guangzhou International Financial City

圖2 琶洲互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新集聚區(qū)Fig.2 Pazhou Internet Innovation Zoner

在CBD 區(qū)域內(nèi)，除標志性建筑外，大部分的超高層建筑高度處于150～250 m 區(qū)間，本文結(jié)合實際案例，對此類高度區(qū)間純辦公功能建筑的核心筒進行分析及設(shè)計探討。

1 規(guī)范依據(jù)及分析

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范（2018 版）：GB 50016—2014》要求，一類高層建筑防火分區(qū)面積為1 500 m2，設(shè)置自動滅火系統(tǒng)后，防火分區(qū)面積最大可達3 000 m2。對比原《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范（2005 版）：GB 50045—95》的防火分區(qū)面積最大2 000 m2，新規(guī)范更貼合辦公市場的需求。目前大部分超高層辦公建筑的標準層面積在2 200～2 800 m2范圍，在標準層面積增加的基礎(chǔ)上，樓梯寬度及電梯數(shù)量適當增加，辦公標層的實用率明顯提高。

根據(jù)《建筑高度大于250 米民用建筑防火設(shè)計加強性技術(shù)要求（試行）的通知》（公安部消防局2018 年4月10日）要求，建筑高度超高250 m 的超高層建筑采取的更加嚴格的防火措施，如構(gòu)件耐火極限增加，疏散樓梯寬度增加50%，與消防電梯同等配置要求的電梯至少增加一臺，走道上的房間門為乙級防火門，高層塔樓投影下不得設(shè)置防火卷簾，建筑外墻上、下層開口之間應(yīng)設(shè)置高度不小于1.5 m 的不燃性實體墻，室內(nèi)消防給水系統(tǒng)應(yīng)采用高位消防水池和地下消防水池供水，上下水池的有效容積應(yīng)分別滿足全部消防用水量等，且消防設(shè)計方案必須組織專家評審。

根據(jù)工程經(jīng)驗及案例比較，高度250 m 以上的超高層建筑往往設(shè)置穿梭電梯才能滿足甲級辦公樓電梯標準，結(jié)構(gòu)選型及空間層加強措施對建造成本增加較大。

綜上分析，250 m 以上超高層設(shè)計周期及建設(shè)的成本大大增加，且使用品質(zhì)受到一定影響，近期業(yè)主在確定項目高度時，盡量不超過250 m消防高度。

2 辦公建筑核心筒分析

2.1 設(shè)計目標

150～250 m 超高辦公樓是城市CBD 區(qū)的基礎(chǔ)及重要的組成部分，辦公租售市場通常確定的寫字樓標準，如準甲、甲級，超甲標準，對辦公樓的使用品質(zhì)，功能配置、裝修標準，人均使用面積，凈高，機電選型（特別是空調(diào)形式）等指標等等提出系統(tǒng)性要求，目的是為客戶提供的舒適、方便，配套齊全的辦公場所，并展示優(yōu)美大氣的建筑形象。

綠色健康的室內(nèi)外環(huán)境是現(xiàn)代化辦公樓的發(fā)展的重點和趨勢。

2.2 核心筒概念及重要性

核心筒位于建筑的中央部分，是超高層建筑的中心受力構(gòu)件，并提供垂直及水平交通、安全疏散，各類公共服務(wù)性功能，通常由電梯井道、樓梯、衛(wèi)生間、設(shè)備間圍護形成中央核心筒，與外圍豎向構(gòu)件共同形成整體受力結(jié)構(gòu)體系。

在辦公樓設(shè)計中，核心筒的面積及尺寸影響辦公樓的實用率，其電梯廳及公共用房設(shè)計決定辦公樓的舒適性，結(jié)構(gòu)形式及布置影響結(jié)構(gòu)梁高，設(shè)備管井及水平管綜對辦公室的凈高起著決定性作用，并決定辦公樓的經(jīng)濟性。因而，核心筒是辦公樓設(shè)計的基礎(chǔ)及核心點。

2.3 設(shè)計因素及要點

根據(jù)近期超高層項目設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合對廣深地區(qū)20 余棟不同高度的超高層辦公樓資料收集及分析和比較，辦公樓核心筒需要重點分析電梯數(shù)量及分區(qū)，電梯廳形式，機電管井（特別是空調(diào)形式），結(jié)構(gòu)形式，消防設(shè)計要求，層高及凈高，實用率等專項。各類功能相輔相成，互相影響，其中電梯廳品質(zhì)、標準層實用率以及凈高是業(yè)主及顧客核心關(guān)注點：

2.3.1 電梯數(shù)量、分區(qū)及電梯廳模式

電梯及電梯廳約占核心筒面積的50%以上，其電梯數(shù)量及電梯廳的布置形式是核心筒設(shè)計最關(guān)鍵的部分，決定核心筒的便捷性、經(jīng)濟性及舒適性。

電梯的數(shù)量由辦公建筑使用人數(shù)，電梯的載重量及運行速度等因素決定，使用人數(shù)需要根據(jù)辦公標準層面積，豎向分區(qū)總面積及辦公樓性質(zhì)分析計算得出。

根據(jù)《辦公建筑設(shè)計標準：JGJ/T 67—2019》，普通辦公室每人使用面積不小于6 m2，疏散人數(shù)無法額定時，按建筑面積9 m2/人計算，核心筒的疏散樓梯寬度按照規(guī)范要求進行設(shè)計。

不同公司對電梯性能有不同的評價標準，根據(jù)以往工程經(jīng)驗，世邦魏理仕（CBRE），仲聯(lián)量行（JLL），第一太平戴維斯（FPD）等物業(yè)管理公司，以及四大電梯公司的人均使用面積標準基本一致，略有不同，甲級出租寫字樓通常按照辦公區(qū)人均8～12 m2，80%出勤率計算人數(shù)。

超高層建筑避難層間距不大于50 m，電梯分區(qū)可與之一致，或略微調(diào)整，分為低、中、高區(qū)三區(qū)或者低、中、中高、高區(qū)四區(qū)等模式，以此計算豎向電梯分區(qū)及每個電梯分區(qū)辦公室的服務(wù)人數(shù)。

電梯滿載率80%，出租辦公樓要求電梯5 min 運載能力11%～15%，總部辦公或?qū)Ｓ棉k公，因上班時間集中，通常要求5 min 運載能力15%～20%，電梯間隔時間30～40 s。乘客電梯通常采用的載重為1 600 kg（21 人）、1 800 kg（25 人），其中速度超過5 m/s 的電梯為高速電梯，造價比低速電梯增加2～3倍。［1］

關(guān)于以上指標的計算方法，《建筑設(shè)計資料集》第二版第1 集等資料有詳細介紹，不做詳述。不同的機電顧問公司及電梯公司有各自計算方式，標準基本一致，采用目標樓層電梯群控系統(tǒng)時電梯使用效率略有提高。

此外，也可以采用面積估算法對辦公樓電梯估算（見表1）。

表1 電梯數(shù)量、主要參數(shù)Tab.1 Elevator Quantity and Main Parameters

電梯廳的布置形式是核心筒布置的關(guān)鍵因素，電梯廳常見的布置方式有十字廳，T字廳（含Y字廳），平行并聯(lián)廳，廂型廳等幾種形式。市場常見的實用率計算方式是以辦公室內(nèi)的凈面積計算，即走道的面積與核心筒一并計入公攤面積。［2］

⑴十字廳：分區(qū)清晰，使用便捷，視線通透，空間品質(zhì)高，4個出口對應(yīng)辦公室入口。同時，此類核心筒實用率低（60%～70%），高區(qū)縮筒存在一定限制，平面接近方形的早期超甲辦公樓經(jīng)采用此種模式（見圖3）。［3］

圖3 富力中心.低區(qū)標準層及高區(qū)標準層平面Fig.3 Guangzhou RF Centre. Low Zone and High Zone Standard Layer

⑵T（Y）字廳：分區(qū)較清晰，使用便捷，視線通透，空間品質(zhì)較高，電梯廳可分可合，靈活多變，3 個出口對應(yīng)辦公室入口，部分T 字廳可以做到高區(qū)核心筒縮筒處理，但縮筒空間難以較難利用，實用率偏低（65%～70%），平面接近方形或三角形，多功能組合的辦公樓較多采用。此外，Y 字廳常用于三角形或者圓弧性平面，各向空間相似，雖然視線比較通透，但使用過程中容易出現(xiàn)方向性不清晰迷路的情況（見圖4）。［4］

圖4 廣州國際金融中心.低區(qū)標準層及高區(qū)標準層平面Fig.4 Guangzhou International Finance Centre.Low Zone and High Zone Standard Layer

⑶平行并聯(lián)廳：多個一字廳并列布置，分區(qū)清晰，視線通透，空間品質(zhì)較高，每個分區(qū)有2 個出口對應(yīng)辦公室入口。電梯高中低區(qū)分區(qū)明確，不同分區(qū)可利用其余分區(qū)電梯廳作為衛(wèi)生間，辦公高區(qū)通常將低區(qū)電梯廳進行縮筒處理，縮筒后的空間可以納歸入高區(qū)辦公凈使用面積，整體實用率高（70%及以上），平面接近方形或矩形的新建出租型辦公常采用此類電梯廳。根據(jù)實際使用經(jīng)驗，人眼水平視角約120°，視線兼顧的電梯數(shù)量有限，物管公司通常要求一個分區(qū)電梯組單側(cè)并排宜在3個以內(nèi)，雙側(cè)對排不應(yīng)大于8臺（見圖5）。［5］

圖5 廣州琶洲互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新區(qū)某大廈.低區(qū)、中區(qū)、高區(qū)標準層平面Fig.5 A Super High-rise Building in Guangzhou Pazhou Internet Innovation Zone, Low Zone，Middle Zone and High Zone Standard Layer

⑷廂型廳：通常由十字廳或者平行并聯(lián)式演變，每個分區(qū)的電梯廳均為盡端式，形成獨立開向走道的電梯廳，空間品質(zhì)較低，每個分區(qū)有僅1個出口對應(yīng)辦公室入口，整體實用率最高（70%及以上）。

2.3.2 層高及凈高

超高層辦公建筑標準層層高基本在4.2～4.5 m 區(qū)間，高端辦公樓層高通常在4.4～4.5 m，辦公區(qū)域凈高要求3.0 m，走道2.7 m 以上；中高端辦公樓層高通常在4.2～4.4 m，辦公區(qū)域凈高要求2.8 m，走道2.6 m；部分采用多聯(lián)機空調(diào)系統(tǒng)（VRV）的中低端辦公樓層高可控制在4.2 m左右。

避難層層高通常在4.5～5.0 m 區(qū)間，部分結(jié)構(gòu)加強層或轉(zhuǎn)換層、機電轉(zhuǎn)輸層及電梯沖頂高度有要求的避難層，層高需達6.0 m。［6］

2.3.3 結(jié)構(gòu)選型及柱網(wǎng)

結(jié)構(gòu)通常采用經(jīng)濟性的鋼筋混凝土材料，框架剪力墻模式，部分需要快速施工的項目中，可采用鋼結(jié)構(gòu)，造價較鋼筋混凝土高。

柱網(wǎng)布置是標準層設(shè)計的重點，柱網(wǎng)開間通常在9.0～12.0 m 范圍，柱網(wǎng)越大，室內(nèi)的視線景觀越好，柱跨凈距滿足3～4 個標準車位模數(shù)，可以提高地下室停車效率。柱網(wǎng)盡量與核心筒邊對齊布置，可提高結(jié)構(gòu)合理性，大大節(jié)約造價。現(xiàn)代辦公樓標準層平面的角部通常不布置角柱，以創(chuàng)造更好的室內(nèi)觀景空間及角部270°景觀，結(jié)合近期市場對綠色健康環(huán)境的需求，設(shè)置局部的室外陽臺是目前辦公樓設(shè)計的一個亮點。結(jié)構(gòu)加強層通常結(jié)合避難層設(shè)計，減少對辦公使用空間的影響。［7］

2.3.4 機電系統(tǒng)選型及條件

機電系統(tǒng)選型及條件是確定核心筒布置的重要因素，其中空調(diào)選型較為重要。

超高層辦公樓空調(diào)形式通常如下：

⑴全空氣系統(tǒng)（VAV 系統(tǒng)）：近年來高端辦公樓通常采用全空氣系統(tǒng)，其舒適性最高，滿足現(xiàn)代化甲級、超甲級辦公樓標準。標準層基本要設(shè)置2 個空調(diào)機房，管道占用空間較大，機電綜合管線布置需要進行精細化設(shè)計。

⑵風機盤管+新風系統(tǒng)：傳統(tǒng)的集中空調(diào)形式，空調(diào)末端布置靈活，改造方便，通常在中高端辦公樓采用。每層設(shè)置1 個空調(diào)機房，也可統(tǒng)一布置在避難層的設(shè)備區(qū)。

⑶VRV 系統(tǒng)：不用設(shè)置冷卻塔，每層設(shè)置室外機位，也可以在避難層統(tǒng)一設(shè)置，空調(diào)使用時間靈活多變，初始造價較高，運營成本較低，通常在中端或者專業(yè)性辦公樓采用。

對于標準層而言，設(shè)備管井在核心筒內(nèi)相對集中布置，在水平方向及豎直方向錯開在走道的出線位置，在走道及辦公空間水平走管時盡量避免疊管，合理利用梁窩空間布置設(shè)備末端，有利于提高走道等公共空間的整潔美觀，在有限的層高盡量增加凈高，提升辦公空間品質(zhì)。［8］

2.3.5 消防設(shè)計

150～250 m 超高層建筑的消防設(shè)計，主要解決疏散人數(shù)的計算及樓梯寬度設(shè)計，消防電梯設(shè)置、消防系統(tǒng)設(shè)計及避難層的設(shè)計。

消防電梯通常結(jié)合貨梯廳設(shè)置，配置2部貨梯時可分可合。豎向機電系統(tǒng)結(jié)合總建筑物高度，避難層位置及機電系統(tǒng)分區(qū)布置，超過150 m的超高層，往往在第三個及以上的避難層，布置轉(zhuǎn)輸水泵房及高壓電房。［9］

2.3.6 設(shè)計案例及探討

筆者參與設(shè)計的廣州琶洲互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新區(qū)某大廈（見圖5），高200 m，采用平行并聯(lián)廳，分為低區(qū)、中區(qū)、高區(qū)，每個廳單邊6部電梯，低區(qū)電梯在高區(qū)進行了縮筒設(shè)計，中高區(qū)部分視線通透。北側(cè)為珠江，為進一步提升品質(zhì)，北側(cè)采用大寬度柱網(wǎng)，柱子與核心筒兩側(cè)對齊，并在150 m高避難層增加結(jié)構(gòu)加強層，采用風洞試驗的荷載數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)計算，盡量降低結(jié)構(gòu)成本?？照{(diào)采用全空氣系統(tǒng)，機械排煙，利用BIM 技術(shù)進行全專業(yè)調(diào)控，在辦公層高4.4 m 的情況下確保凈高3.0 m 的要求（見圖6）。每層均設(shè)置合理的幕墻開啟扇，方便再裝修前后提供自然換氣的條件，并在景觀最好的轉(zhuǎn)角部位設(shè)置小陽臺，為封閉的辦公空間提供最佳的室外環(huán)境，體現(xiàn)綠色健康的設(shè)計理念。

圖6 廣州琶洲互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新區(qū)某大廈.標準層BIM模型Fig.6 Super High-rise Building in Guangzhou Pazhou Internet Innovation Zone，BIM Model of Standard Layer

3 小結(jié)

超高層建筑設(shè)計是綜合性體系，設(shè)計要綜合水平交通，豎向交通及分區(qū)，柱網(wǎng)開間，層高及凈高，服務(wù)用房，結(jié)構(gòu)體系，機電系統(tǒng)，立面及幕墻設(shè)計等各方面因素，其中核心筒與所有的因素直接關(guān)聯(lián)，并對項目的實用性，經(jīng)濟性，舒適性起著最關(guān)鍵的作用，起著核心的作用。

在CBD 區(qū)大量150～250 m 超高層辦公樓案例分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合在設(shè)計實踐的工作經(jīng)驗總結(jié)，在核心筒設(shè)計中，按照計算電梯數(shù)量及配比，電梯豎向分區(qū)，電梯廳形式，結(jié)構(gòu)選型，機電選型及管井落位，消防樓電梯設(shè)計的順序開展設(shè)計，并對層高及凈高要求進行復核，是通常采用的設(shè)計思路。對于更為復雜的綜合性超高層建筑，如含酒店、公寓、商業(yè)等綜合功能的項目而言，也采用相類似的方式進行分析及設(shè)計。

隨著社會發(fā)展，超高層設(shè)計不斷創(chuàng)新，設(shè)計過程中會出現(xiàn)更多更新的挑戰(zhàn)和設(shè)計思路，希望引起業(yè)界同仁的共同研究探討，用設(shè)計創(chuàng)造更美好的城市和生活。［10］