浅析超高层建筑设计方法

发表时间:2020/7/23   来源:《工程管理前沿》2020年4月10期   作者:王悦
[导读] 随着我国的经济房展和科技进步,超高层建筑越来越多的出现在我们的生活之中。
        一、前言
        随着我国的经济房展和科技进步,超高层建筑越来越多的出现在我们的生活之中。鉴于我之前参与的超高层项目和前辈们的经验分享,在此做出我自己对于此类项目的分析与总结。
       
        二、参与设计案例参数对比
        奥泰中心1#楼:公寓,单塔,容积率6.78,建筑面积12.7万,建筑高度148m,标准层层高3.4m,标准层面积1038m2,避难层层高3.4m,电梯分区2区(70m/区),地下室高度3+5+7=12米
        城市经纬:办公、公寓,双联塔,容积率14,建筑面积16.2万,建筑高度207m,标准层层高4.8m,标准层面积3600m2,避难层层高4.8m,3区(50-60/区),地下室高度6.6+4.5+4=15.1米
        保华金融中心:办公,单塔+裙房,容积率12.2,建筑面积15万,建筑高度223m,标准层层高3.7m,标准层面积2700m2,避难层层高5.4m,2区(100-128m/区),地下室高度6.9+6.9=13.8米
        大连国贸中心:办公、公寓,单塔+裙房,建筑面积32.1万,建筑高度365m,标准层层高3.4m,标准层面积1038m2,避难层层高3.4m,4区(50-60/区)分奇偶层,地下室高度3.5*4+3.7*2+5.1=26.1
        由以上表格对比得出结论如下:
        (1)无裙房的双连塔建筑容积率最高。(2)地上建筑高度越高,地下室越深。(3)地下室埋深=地上建筑高度/12~14。(4)避难层,两个避难层小于50米,结合电梯分区设置,同时是结构的加固或转换层,设备的机房层。(5)人防区域通常位于地下室底层。这种设计更容易满足设备管井和管线不穿人防区的要求,多层人防地下室也可以减少防护单元的个数,需要注意的是主要出入口的设计。
       
        三、规划阶段
        3.1融入城市肌理
        根据地形环境及区域规划特点绘制平面规划方案,尤其应注意与城市景观轴线的对应关系、与城市干道交叉口的退让关系和建筑主入口与城市广场的关系。
        3.2融入城市天际线
        对周边500-800米内建筑进行建模分析,使得新建建筑的高度和周边建筑相互呼应,从城市主干道角度望去,形成一条和谐顺滑的天际线
        3.3日照挡光
        以《大连市规划建筑设计有关规定》修订版和《城市居住区规划设计标准》作为规范依据,利用sunlight软件进行日照建模。保证新建超高层建筑建成后相邻住宅的卧室或起居室的主要采光窗日照时间不会低于现状日照时间。
        3.4 交通分析
        超高层建筑由于层数多面积大,人员密集。办公大楼一般以解决上班时(8:30-9:30)进入客流为目标。酒店主要的交通模式时段是在客人入住(17:00-19:00)及退房(08:00-10:00)。保证以上时间段不同功能对应的车流对城市交通的压力不会引起相邻红绿灯的连续拥堵为此阶段交通设计的目标。
        3.5 消防分析
        根据塔楼及裙房的位置合理布置消防车道和消防扑救场地。
        3.6 其他条件
        地下水位-决定地下室埋深和层数
        区域变电站位置及负荷-决定是否需要新建66kv变电站
        市政外线条件-决定大型设备用房区域
       
        四、方案设计阶段
       
        4.1 功能分区与流线设计
        根据项目周边环境和道路等级进行场地商业价值和景观价值分析,合理布置商业、酒店及办公、公寓位置和楼层。保证各功能流线互不干扰。商业价值需求度:商业>酒店>办公。景观价值需求度酒店>办公>商业。商业部分结合人流走向临城市干道一侧布置。


        4.2 建筑高度设计
        在进行日照挡光确定日照切面之后,首先根据建筑功能和项目品质,确定建筑层高。然后根据建筑限高和层高推算层数,选定避难层。通常最高避难层下一层为建筑的最高楼层。
        4.3 核心筒设计
        结合电梯停靠站合理布置平面可以提高建筑的有效使用面积。通常办公建筑的有效使用面积为总建筑面积的70%左右,当超高层办公建筑标准层面积约在2000 ㎡时,核心筒各项服务功能的参考指标如下:
        (1)电梯井道是核心筒中面积需求最多的功能空间,约占核心筒总面积的30%左右。(2)各种设备机房和管道竖井是核心筒中面积需求第二的功能空间,约占核心筒总面积的15%;这其中又以空调机房的面积需求最大约占10%。(3)卫生间、清洁间和茶水间等是核心筒中面积需求第三的功能空间,一般约占核心筒总面积的10%-12%。(4)疏散楼梯是核心筒中面积需求第四的功能空间,一般约占核心筒总面积的7%。(5)交通通道作为必要的联系空间,一般约占核心筒总面积的5%。
        根据各个功能占比采用先达后小的原则,依次布置核心筒内的房间和管井。核心筒随低区电梯井道取消后进行收缩,尽量使得释放的面积可以位于核心筒四周,增加办公空间的使用面积。除了中心核心筒布局方式外,还有双侧核心筒布局.如新加坡的华侨银行中心和日本的IBM本社大楼。双侧外核心筒的布局,不仅有利于避难疏散,而且也使高层建筑的外观造型产生了巨大
        的变化。
        建筑上为了满足机电设备经常变动的需要,便开始将“核”分散化,分置多处设备用房和管道井,以便于局部更改。对于结构专业来说,加强建筑周边的刚度也会有效地抵抗地震对高层建筑的破坏,所以如果将垂直交通和设备用房等分散地布置在周边,则无疑也会对结构抗震有利。同时,这种分散的多个外核的空间构成模式,也正好适用于新兴的巨型框架结构,使这种结构体系中的巨型支撑柱具有了使用功能。其最典型的实例就是丹下健三设计的日本“东京都新都厅”
        在相同功能空间大小的情况下,不同的核心筒布局方式也将对核心筒的使用率有一定的影响,主要体现在对交通通道的利用上,一般而言一字型布局的交通面积最省。
        4.4 避难层设计
        避难区应紧邻疏散楼梯前室设计,满足《建筑设计防火规范的要求》。剩余空间可以布置设备机房或作为相邻上下层的套内跃层空间,也可以结合立面设计作为空中花园使用。
        4.5 造型与立面设计
        基于对当地文脉和地理气候及基地环境的研究,得出一个具有吸引力的设计概念,此后面对纷繁的设计信息,以确定的设计概念为出发点,可以指导项目不同阶段的设计内容,使得作品主题明确,特点突出,具有可识别性。
        目前超高层建筑常用材料为金属幕墙和玻璃幕墙,如何利用较少的单元模块完成复杂形体尤其是不规则曲面形体的表皮拼接,是超高层建筑设计难点之一。可以通过微积分统计和参数化设计简化幕墙标准段,完成设计。
        由于超高层建筑需要承受的风荷载很大,标准层转交幕墙做圆角处理可以有效减小风荷载。抗侧力构件的桁架钢梁可以作为设计元素在立面设计时一并考虑。
        4.6 方案阶段的其他注意事项
        (1)结构体型系数,结构系统,抗侧力构件(2)预估核心筒管井和走廊宽度(3)地下室停车:确定大型设备用房面积位置和停车数量
        (4)人防:宜位于地下室底层。(5)绿建设计手法:利用双层幕墙及烟囱效应满足建筑内自然通风可以降低能耗。利用避难层做屋顶或垂直绿化可以减少热能传导。通过表皮的幕墙设计,减少西晒。(6)消防设计:确定避难层,楼梯间,消防电梯的布置,核算疏散距离及疏散宽度。
        五 结束语
           以上内容仅为我在工作和学习中对超高层建筑设计方面的理解和总结,内容浅显并不全面。技术和方法的研究总结可以帮我理清工作思路,提高工作效率。通过技术和方法实现设计理念,融入地域环境,体现城市文化,是超高层建筑的使命,也是建筑师的职责。
       
       
       
        参考文献:
        《浅谈超高层建筑核心筒及其电梯设计》李海龙  《浅谈超高层设计的得与失》高雪莲  《300m超高层建筑核心筒设计思路》汪谦   《超高层建筑10大技术难点及应对》 《高层建筑》梅洪元 朱莹
       
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