超高層建筑設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問題及解決方案探究

張珊珊

摘 要 隨著人們對(duì)于住房的需求不斷增多，以及建筑行業(yè)的不斷發(fā)展和施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，建筑工程逐漸趨向于高層乃至超高層。但是超高層建筑工程面臨著許多方面的問題，如防震、防火、保持穩(wěn)定等安全問題，以及給排水、暖通等功能性問題，這些都需要在超高層建筑設(shè)計(jì)階段充分考慮，也是設(shè)計(jì)階段經(jīng)常出現(xiàn)問題的方面。本文將針對(duì)這些問題展開討論，并提出解決建議，以供同行業(yè)者參考。

關(guān)鍵詞 超高層建筑 建筑設(shè)計(jì) 抗震設(shè)計(jì) 防火設(shè)計(jì) 給排水設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）06-0100-03

1 超高層建筑概述

超高層建筑，顧名思義，就是高度很高的建筑工程，我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)明確，超過40層，總高度超過100米的建筑屬于超高層建筑;而世界建筑學(xué)會(huì)的新標(biāo)準(zhǔn)則認(rèn)定高度超過300米的建筑為超高層建筑。超高層建筑是建筑行業(yè)以及建筑施工技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的體現(xiàn)，也是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的體現(xiàn)，并且具有合理利用土地資源、滿足人們住房需求等價(jià)值。但是過高的建筑高度也使超高層建筑面臨著各種各樣的風(fēng)險(xiǎn)和問題，因此在超高層建筑的設(shè)計(jì)過程中，必須要綜合考慮這些問題，并妥善解決，才能使超高層建筑的價(jià)值得到真正發(fā)揮，否則這些問題將嚴(yán)重影響超高層建筑的使用安全，造成資源的浪費(fèi)[1]。

2 超高層建筑設(shè)計(jì)問題分析

針對(duì)超高層建筑在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，本文將做以下總結(jié)分析。

2.1 抗震設(shè)計(jì)問題

超高層建筑的抗震設(shè)計(jì)具有很大的難度和很高的水平要求，在抗震設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到以下問題，需要重點(diǎn)關(guān)注并解決[2]。

首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。超高層建筑的結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)通常會(huì)存在形狀不規(guī)則、整體不對(duì)稱、形狀變化尺度大、結(jié)構(gòu)平面剛度與現(xiàn)狀不均勻等一系列問題，將影響建筑整體的抗震性能。

其次，超高層建筑的設(shè)計(jì)中在大廳的角落、外墻的轉(zhuǎn)角處、縱墻與山墻的連接處等關(guān)鍵位置缺少抗震構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)，或者不是成雙出現(xiàn)。

2.2 防火設(shè)計(jì)問題

超高層建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能、設(shè)備較多，存在著許多引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，而一旦發(fā)生火災(zāi)造成的損失更大。在超高層建筑的防火設(shè)計(jì)中經(jīng)常存在以下問題：

2.2.1 發(fā)生火災(zāi)后疏散困難

超高層建筑建設(shè)所需的原材料、設(shè)備中有許多具有可燃性，這些可燃物會(huì)形成縱向的煙囪，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，這些縱向煙囪會(huì)形成拔風(fēng)抽力，并促進(jìn)火災(zāi)迅速蔓延，煙氣彌漫擴(kuò)散，而建筑越高，這種拔風(fēng)抽力就會(huì)越加增大[3]。通常超高層建筑中容納的用戶、工作人員及其他人流量較多，一旦發(fā)生火災(zāi)，樓層太高樓梯逃生速度慢，而消防電梯的承載能力也有限，上下也需要一定的時(shí)間，這些因素都導(dǎo)致了超高層建筑發(fā)生火災(zāi)后人員疏散的困難，存在著許多潛在危險(xiǎn)。

2.2.2 火災(zāi)撲滅困難

超高層建筑的周邊場(chǎng)地小，消防救援的登高高度有限，超高層建筑內(nèi)部的人流量又多，火勢(shì)蔓延較快，這些都增加了撲滅火源的難度[4]。

2.2.3 消防水供水系統(tǒng)效果不好

消防水系統(tǒng)與自動(dòng)滅火系統(tǒng)和自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有效地聯(lián)系在一起，它們共同構(gòu)成了超高層建筑的防火設(shè)施，對(duì)于超高層建筑的防火具有重要作用。但是超高層建筑的消防水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中往往存在著效果不好的問題[5]。第一，在設(shè)計(jì)消防水供水系統(tǒng)時(shí)需要對(duì)消防水的用水量進(jìn)行預(yù)估，但是有的設(shè)計(jì)人員對(duì)于超高層建筑的實(shí)際情況缺乏調(diào)查了解，往往會(huì)導(dǎo)致對(duì)用水量的錯(cuò)誤估計(jì)，如果設(shè)計(jì)的容量小了，將難以發(fā)揮出消防水系統(tǒng)的重要滅火作用。第二，由于超高層建筑的高度限制，往往會(huì)導(dǎo)致水壓不夠，難以滿足高層的消防栓用水的壓力，導(dǎo)致無法出水，高樓層消防栓形同虛設(shè)。第三，有的超高層建筑的消防水管道使用大管徑的明管，且沒有采取適當(dāng)?shù)姆阑鸫胧?，就?huì)導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生時(shí)，管道被火勢(shì)直接貫穿，導(dǎo)致消防水供水系統(tǒng)的防火作用受限。

2.3 給排水設(shè)計(jì)問題

2.3.1 給水系統(tǒng)分區(qū)不合理

超高層建筑的給水系統(tǒng)也是設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)，時(shí)常存在系統(tǒng)分區(qū)不合理的問題。第一，給水分區(qū)和方式不合理。有的超高層建筑在進(jìn)行給水系統(tǒng)的分區(qū)時(shí)，只是分為低區(qū)和高區(qū)，此時(shí)，如果想要滿足供水壓力較低的區(qū)域的用戶用水需求，就必須提高全區(qū)的供水壓力，這樣就會(huì)導(dǎo)致部分樓層的供水壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于需求，浪費(fèi)資源和能源，并且會(huì)增加供水系統(tǒng)運(yùn)行的成本。第二，給水方式選擇的不合理。對(duì)于低區(qū)，通常使用高位水箱的方式供水，在給低區(qū)的最高用水點(diǎn)供水時(shí)，高位水箱容易提升壓力，但是往往會(huì)導(dǎo)致本區(qū)最低處的供水壓力過大，用水時(shí)會(huì)使水量猛增，容易造成用水管道的破壞;而對(duì)于高區(qū)選擇屋頂水箱給水方式，通常會(huì)遇到提壓困難的情況，使高區(qū)最高層供水的水壓過大，無法正常供水，導(dǎo)致用水的困難。

2.3.2 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不完善

超高層建筑的排水管道較普通建筑要長(zhǎng)很多，連接的廚衛(wèi)用具較多，這樣就容易導(dǎo)致管道內(nèi)的污物、雜物過多堆積，容易造成廚衛(wèi)器具水封的損壞，導(dǎo)致污水管道中的臭味上返至家中，嚴(yán)重影響室內(nèi)的空氣。另外，管道長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)發(fā)生老化的現(xiàn)象，在屋面吊頂位置的管道容易因老化而造成滲漏，造成對(duì)室內(nèi)裝修的破壞，而內(nèi)部管道的維修更換通常比較困難和繁瑣。有些設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)雨水排水管道時(shí)，為了節(jié)省建設(shè)成本，會(huì)將雨水管道與陽臺(tái)的排水管道合并，這樣一旦管道堵塞，雨水就會(huì)倒灌至室內(nèi)，造成室內(nèi)家具、地板等被水浸泡，給用戶造成嚴(yán)重的損失，且影響正常生活。

2.4 外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題

2.4.1 平面設(shè)計(jì)問題

第一，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行超高層建筑的平面設(shè)計(jì)時(shí)，沒有對(duì)建筑的功能分區(qū)進(jìn)行合理的考慮，導(dǎo)致建筑的平面設(shè)計(jì)無法滿足其設(shè)計(jì)的功能。第二，在進(jìn)行平面設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到其對(duì)建筑立面設(shè)計(jì)的影響，在進(jìn)行平面設(shè)計(jì)時(shí)按照功能來布置，就需要對(duì)建筑立面進(jìn)行調(diào)整，但是這樣就會(huì)對(duì)建筑的整體結(jié)構(gòu)和造型帶來不良的影響。第三，在進(jìn)行平面設(shè)計(jì)時(shí)沒有綜合考慮其他專業(yè)分項(xiàng)工程的需求，導(dǎo)致無法有效配合，使其他的專業(yè)項(xiàng)目無法進(jìn)行合理的設(shè)置。第四，在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到房屋的整體力學(xué)結(jié)構(gòu)，僅僅是從房間位置、造型等方面考慮，給后期房屋結(jié)構(gòu)、承重力等設(shè)計(jì)帶來困難。

2.4.2 立面設(shè)計(jì)問題

第一，立面設(shè)計(jì)缺乏統(tǒng)一和美感。在進(jìn)行超高層建筑的立面設(shè)計(jì)時(shí)，無法達(dá)到陽臺(tái)、墻面、門窗與遮陽板的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，使建筑立面外觀缺乏美感。第二，建筑立面的設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)用對(duì)比手法時(shí)無法達(dá)到整體的協(xié)調(diào)性，往往會(huì)喧賓奪主，破壞建筑的整體形象與外觀。

3超高層建筑設(shè)計(jì)中存在問題的解決對(duì)策

3.1 防震設(shè)計(jì)

根據(jù)以往地震對(duì)于建筑物的破壞的經(jīng)驗(yàn)來總結(jié)，地震對(duì)于建筑物的破壞的能量首先來自地面，然后通過建筑物的結(jié)構(gòu)逐層向上傳遞，因此，我們可以通過最大幅度地減小建筑物底部的移動(dòng)，來減少向上傳遞的破壞性能量，從而減小高層的破壞程度?；谶@一經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于超高層建筑的抗震設(shè)計(jì)可以采用提高基礎(chǔ)隔震能力的方式來提高整體的抗震性能，如采用軟墊式、滑移式等隔震方式。軟墊式隔震是通過在建筑物底部基礎(chǔ)設(shè)置一層帶鋼板的橡膠式隔震軟墊，在發(fā)生地震時(shí)，建筑物底層的位移就會(huì)相對(duì)較小，主要的受力部位集中在軟墊位置，向上的能量傳遞相對(duì)很少，能夠有效地避免建筑物上層結(jié)構(gòu)的破壞。

3.2 防火設(shè)計(jì)

3.2.1 整體防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑物防火的原理就是盡可能地減少引發(fā)火災(zāi)的因素，降低火災(zāi)發(fā)生的概率，同時(shí)促進(jìn)火災(zāi)及時(shí)快速地?fù)錅?，這樣能夠有效地減少火災(zāi)帶來的危害。就整體布局來說，要對(duì)超高層建筑的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火優(yōu)化，主要要點(diǎn)有：第一，在設(shè)計(jì)超高層建筑的位置時(shí)，要保證與其他建筑物保持安全距離，減少建筑物之間火災(zāi)蔓延的可能性，并可以減少建筑物倒塌對(duì)相鄰建筑帶來的威脅。第二，在超高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)必須預(yù)留出多條消防通道，且消防通道距離建筑物外墻不超過5米范圍，以保證消防救援能夠及時(shí)、順利到達(dá)。

3.2.2 耐火設(shè)計(jì)

要使超高層建筑達(dá)到較好的防火效果，就要提高建筑物本身的耐火能力，即提高建筑物對(duì)于高溫和火焰的承受能力。因?yàn)檩^差的耐火性，容易使建筑物在高溫和火焰的作業(yè)下產(chǎn)生燃燒變形，最終發(fā)生傾斜或倒塌。超高層建筑的耐火設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要點(diǎn)就是要選擇耐火的建筑材料，這些材料要能夠承受住至少1500度的高溫而不發(fā)生形變。

3.2.3 疏散通道設(shè)計(jì)

合理地設(shè)計(jì)疏散通道是超高層防火設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容，能夠有效地減少火災(zāi)帶來的生命安全損失。疏散通道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)就是要合理地設(shè)計(jì)疏散的方式和路線，保證人員能夠及時(shí)地撤離到安全地帶，應(yīng)當(dāng)注意以下內(nèi)容：第一，綜合考慮安全通道和線路的布局，保證建筑中的每一用戶都能夠進(jìn)入安全通道內(nèi);并要保證安全通道的容量能夠滿足該層設(shè)計(jì)的人流量并適當(dāng)?shù)刈鲆欢ū壤臄U(kuò)大。第二，必須要合理設(shè)計(jì)避難層。因?yàn)橐坏┌l(fā)生火災(zāi)，高層的人員無法快速地到達(dá)建筑物外的安全地帶，因此就必須到避難層進(jìn)行緊急避險(xiǎn)，給救援提供時(shí)間。通常來說，超高層建筑每15層就應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一層避難層，并提高避難層的防火等級(jí)。第三，為了保障殘疾人和行動(dòng)不便的人在火災(zāi)下的安全，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)也要對(duì)這種情況加以考慮，例如可以針對(duì)這類人設(shè)置專用的避難室，保證能夠安全等待到救援。

3.2.4 合理進(jìn)行防火分區(qū)

防火分區(qū)就是將某一空間劃分為各個(gè)小空間，并合理利用防火的材料，有效地將火勢(shì)控制在一定的范圍內(nèi)，來實(shí)現(xiàn)阻隔火勢(shì)蔓延的目的，從而為人員撤離疏散和火災(zāi)救援提供寶貴的時(shí)間和有利的條件。因此在超高層建筑的防火設(shè)計(jì)中，要根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能分區(qū)合理地設(shè)計(jì)防火區(qū)位置，實(shí)現(xiàn)有效的防火目的。

3.2.5 提高消防水的供水能力

第一，要保證消防水的用水量，以及高層消防用水的供水壓力?？梢栽诔邔咏ㄖ臉琼斣O(shè)置消防水儲(chǔ)備專用水箱，并使用氣壓罐來提高高層的供水壓力，保證高層消防用水的正常給水。第二，可以設(shè)計(jì)自動(dòng)恒壓裝置，分別接入消防栓用水系統(tǒng)和自動(dòng)滅火裝置系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)同時(shí)供給消防用水，并且不會(huì)互相影響。第三，如果使用大管徑的明管，則必須同時(shí)配備防火套等防火裝備，防止管道被火勢(shì)貫穿，影響消防管道的正常運(yùn)行。

3.3 給排水設(shè)計(jì)

3.3.1 合理設(shè)計(jì)給水分區(qū)和方式

對(duì)于超高層建筑的給水分區(qū)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑的實(shí)際用水需求和各樓層的實(shí)際給水情況、給水能力進(jìn)行合理的分區(qū)，而不是簡(jiǎn)單劃分為高低兩區(qū)。一般情況下，超高層建筑中，至多每12層能夠分為一區(qū)。通過合理的分區(qū)，能夠有效地減少供水的能源消耗，而且也方便后期的管道維護(hù)，停水的影響范圍也小。另外，對(duì)于給水方式，可以使用低位水箱和變頻方式聯(lián)合進(jìn)行供水，避免各層供水壓力不均勻?qū)е碌蛯铀畨哼^高管道損壞、高層水壓過小用水困難的情況發(fā)生。

3.3.2 合理設(shè)計(jì)排水管道，預(yù)留檢修口

要合理地設(shè)計(jì)排水管道，同時(shí)將排水管道與通風(fēng)管道相互配合，減少排水管道的臭味氣體返回室內(nèi)，保證排水管道的空氣流通。預(yù)留排水管道的檢修維護(hù)通道，以便后期能夠定期對(duì)管道更換維護(hù)，避免滲漏現(xiàn)象的發(fā)生造成用戶的損失。雨水管道與生活管道分開設(shè)置，不能為節(jié)約成本而混用，雨水管道的材質(zhì)最好選擇抗壓性能較強(qiáng)的金屬管。

3.4 外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第一，低層的入口設(shè)計(jì)。低層的入口設(shè)計(jì)要根據(jù)建筑物所在當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境、季風(fēng)特點(diǎn)等來合理設(shè)計(jì)。例如在北方地區(qū)，入口要避開冬季季風(fēng)的風(fēng)向，避免冷風(fēng)從入口灌入，保證室內(nèi)溫度。而在南方地區(qū)，則要考慮到夏季潮濕炎熱的環(huán)境，在進(jìn)行入口設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到通風(fēng)散熱。第二，圍護(hù)設(shè)計(jì)。超高層建筑的高層必須要設(shè)置維護(hù)遮擋措施，避免高層墜落的風(fēng)險(xiǎn)，也可以增加用戶使用的安全感，減少恐懼心理。第三，服務(wù)設(shè)施設(shè)計(jì)。在進(jìn)行超高層建筑的設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到建筑的整體性和服務(wù)性，預(yù)留服務(wù)設(shè)施的位置，提升建筑整體的體驗(yàn)。

4 結(jié)語

超高層建筑在設(shè)計(jì)中不只是要考慮到其美觀性、壯觀性，還要合理設(shè)計(jì)完善其功能以及安全性能，因此在超高層建筑的設(shè)計(jì)中需要考慮的問題有許多，針對(duì)最常見的超高層建筑設(shè)計(jì)問題，如抗震設(shè)計(jì)、防火設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)、外觀結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)等，要根據(jù)建筑的實(shí)際需求和施工場(chǎng)地的實(shí)際條件，來進(jìn)行這些問題的合理解決，在保證超高層建筑外觀美觀的同時(shí)，要確保超高層建筑的功能性完好，安全性能較強(qiáng)，給用戶帶來更好的居住體驗(yàn)。

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