超高层建筑设计要点与论证

超高层建筑设计要点一、结构部分11超长桩、桩基，承载力必然很大，桩长应该相对较长，会有超长桩的问题12深基坑支护基础埋深必然很深，地下室会有好多层，需要做深基坑支护。13、高标准人防工程地下室面积较大，一般会做要求做人防工程，搞不好还会弄个核五级。14、大体积混凝土一般200多米的超高层，剪力墙厚度都会做到1米以上了，要考虑混凝土浇筑的问题。15、高标号混凝土应用底层的混凝土标号必然相当高，如何保证强度也是问题。16、型钢混凝土应用可能要涉及到型钢混凝土的问题，型钢混凝土节点的施工，相对也是比较复杂的。17高层建筑抗风风荷载取值，按照什么标准，尤其是300米以上部分的抗风设计18超高层顶部位移控制19抗震设计北京规范管理超高层建筑抗震设防审查从3月1日起，北京新建的高层建筑、体型不规则的建筑等，都必须在项目初步设计阶段，进行抗震专项审查。日前，北京市建委下发通知对此进行了要求。北京市建委表示，拟建重要建筑项目属于超限高层建筑工程的，其抗震设防应当满足超限高层建筑工程抗震设防管理规定的相关要求，建设单位应当在项目初步设计阶段向该市建委提出专项报告。在接到抗震设防专项审查全部申报材料之日起25个工作日内，市建委负责组织专家委员会提出书面专项审查意见，并将审查结果通知建设单位。对于不符合要求的项目，必须进行修改。此外，通知还要求，拟建重要建筑项目需要采用的新技术、新工艺、新材料等，如果直接涉及建设工程质量安全、公共安全和人身健康、生命财产安全，且工程建设强制性标准没有规定又没有现行工程建设国家标准、行业标准和地方标准可依的，建设单位应当联合施工单位制定“三新”应用的施工技术方案，并请建设、设计、施工、监理等专家进行论证。二、建筑21风压与外窗高处装修要考虑风压作用，窗玻璃都要相应加强。22消防设计建筑高度超出250M的民用建筑采用的特别防火要求，要提交国家消防主管部分组织专题切磋论证。超高层建筑产生火警，扑救难度更大，成灾成果重要。在超高层修建防火设计历程中，随时会出现一些新的题目。于是正确运用规范，采取先进的防火技术，保证超高层建筑的防火安宁至关重要。221避难层通过对近期国内在建和竣工的若干有代表性的超高层建筑的研究和分析，对“珈鼎国际”超高层办公楼的结构体系、电梯配置选择和消防等几方面探讨相应的对策。一、“珈鼎国际”项目简介“珈鼎国际”是珈鼎置业公司将于近期开发的一个大型项目，位于长沙市开福区原湖南新华印刷一厂厂址，南临湘春路，北望留芳岭路，东临芙蓉路，西接蔡锷北路，地块南北方最大尺寸约120M，东西向最大尺寸约370M，拟建设成大型建筑综合体，集超高层写字楼、商务公寓、购物中心、商业街、大型超市、大型地下停车场为一体的综合性商业、商务开发项目，其中超高层写字楼建筑面积约9万平方米，地上54层，地下4层，塔楼平面尺寸452452M，塔楼主高度218M，第51层以上附加3层设备层，结构总高230M。地下室埋深约17M。裙房平面尺寸9250M，裙房5层。二、结构体系研究和分析（一）案例研究1广州珠江新城西塔用途为写字楼、酒店，主塔楼面积约25万M2，103层，高432M，高宽比6969。平面为圆角等边三角形，70层以下为写字楼，以上为酒店和公寓。塔身沿竖向在中部略为外鼓。采用混合筒中筒结构，钢筋混凝土内筒为不等边六角形，70层以上取消全部内墙而形成酒店的中庭。外筒为新型的钢管混凝土棱形斜交网格筒。楼盖采用钢梁和钢筋混凝土板。2广州珠江城用途为写字楼。主塔楼面积约21万M2，71层，高309M，高宽比84，平面为微弯曲长方形。结构采用钢筋混凝土钢混结构，内筒为钢筋混凝土，外周为钢框架，由于内筒短向尺寸小且外框架柱两道内收，造成短向抗侧力能力不足，为此采用了两种措施，其一是加设两道伸臂桁架并利用之以解决外柱内收的连续问题，其二是在短向两侧各设一榀带巨型交叉支撑的框架。3天津津塔用途为写字楼。主塔楼面积约20万M2，75层，高333M，高宽比约8。平面为椭圆形，周边成锯齿状，平面沿竖向逐步收小。结构体系为框架由于短向刚度比较单薄，因而设置了4层伸臂桁架及相应的腰桁架。4广州合景大厦用途为写字楼。总建筑面积约11万M2，楼高41层，高178M，正立面幕墙高出屋顶20M，高宽比63。采用钢管混凝土柱钢梁框架钢支撑结构，钢梁和钢筋混凝土板组合楼盖。由于钢框架筒偏置，通过强化筒内侧一边刚度和弱化外侧一边刚度，另在平面长向两端框架的中间跨加设每4层一道的交叉支撑以解决扭转问题。（二）案例分析从以上几个案例可以看出，当前超高层建筑的结构形式体现出以下一些发展趋势。1多种结构形式同时使用由于建筑规模大，形式变化多样，单一的结构体系如框架结构，剪力墙结构或筒体结构等往往已不能满足结构布置和受力的需要，因而一般都同时使用多种结构形式，或者在常用结构形式上补充其他构造，将之组织成整体，共同受力。例如，广州合景大厦在钢管混凝土柱框架的基础上，在不同部位加设斜支撑和交叉支撑；天津津塔在钢管混凝土柱框架的部分跨内填充钢板组成带边框钢板剪力墙等等。此外，也常常加设伸臂桁架和腰桁架来加强结构。不同的结构采用不同材料，由于同时使用多种形式的结构，因而形成同一栋建筑同时使用多种材料，成为混合结构，一般是同时使用钢筋/型钢混凝土和钢的居多。2使用强大的抗侧力结构规模大特别是高度高的建筑，对结构的抗侧力能力要求也高，因而随之出现了一些抗侧力能力很强的结构形式。例如，广州西塔的外筒，它是由钢管混凝土柱斜交组成的网格筒体。一般框架结构主要是通过构件的抗弯能力来抵抗侧力，加上它是由轴向强度很高的钢管混凝土组成的，因而这种网格筒具有强大的抗侧力能力，同时它还具有很强的抗扭能力，因为它也是通过轴力来抗扭的。桁架具有比框架较好的抗侧力能力，尺寸巨大且杆件粗大的桁架就具有强大的抗侧力能力。这种结构也被用于超高层建筑的结构中。例如，广州珠江城在其长向两侧各设一榀覆盖整个侧面的巨型斜撑框架，解决了整体结构短向的抗侧力问题；广州合景大厦也在两侧面的框架中加设了交叉支撑来加强整体抗侧力能力。设置于平面两侧的强大抗侧力结构，同时能增强整体结构的抗扭能力，用这种措施解决了内筒偏置而产生扭转的问题。3传统结构形式的变形由于建筑形式的多样化，往往需作必要的变化才能配合建筑的需求。核心筒仍然是较多使用的结构。对于一般建筑，它通常是形式沿高度不变，仅截面逐步收小。但有些高度较大的建筑，由于建筑沿竖向划分功能段或逐步改变平面形状，就使得核心筒需要随之变化，因而往往出现分段变化的核心筒。例如，广州西塔下段为写字楼，具有完整的核心筒，但上段是酒店，核心部分改为高大的中庭而取消所有筒内墙；上海金茂大厦也有此情况；上海环球金融中心随着建筑平面逐步收缩，核心筒从下而上由方形变为六角形再变为狭长六角形。又如，高宽比较大的高层建筑常用伸臂桁架，它原来的功能是加强抗侧能力减小水平位移，但有时却被同时或单独用来作结构转换或者装置粘滞阻尼器之用；广州珠江城就是用伸臂桁架来转换外框柱内收的竖向连续问题。4结构构件有相应的进展为了适应新的结构形式，相应地也发展了一些构件。使用最多的是钢管混凝土，这种结构较早时已有应用，由于它具有强大的抗压能力，主要用于柱。近来使用更为普遍，而且不仅用于柱，还用以组成新的结构形式，或用作某种结构的杆件。例如，珠江新城西塔的外筒就是用钢管混凝土作为构件组成的；广州新电视塔也采用钢管混凝土斜柱；天津津塔和合景大厦用的都是钢管混凝土柱和钢梁组成的框架。另一种较新的构件是钢板剪力墙。例如，天津津塔平面中央竖向交通部分用的是钢管混凝土柱和钢梁组成的框架，在短向各榀和长向框架部分跨内填充钢板成为带边框钢板剪力墙。这种剪力墙不参与承担重力荷载，仅通过斜向拉力承担水平剪力。钢板剪力墙比钢筋混凝土剪力墙重量轻，占用面积小，抗剪能力强，但要通过节点设计或施工措施来解决不承担重力荷载问题。组合构件也比较多用。包括压型钢板与混凝土的组合楼板、钢梁与混凝土楼板的组合梁等。钢筋混凝土结构中，当某部位受力很复杂而不好布置钢筋时，也会用钢板代替钢筋通过栓钉与混凝土构成组合结构，为了提高钢筋混凝土柱的轴向承压力而在其内设置钢管混凝土芯柱等。5节点形式和构造趋于复杂由于结构复杂，而且往往使用不同材料的构件，再加上建筑设计要求的提高，使节点变得越来越复杂。特点之一是，相交于同一节点的构件数量较多，而且往往是不同材料的构件；特点之二是，由于结构设计控制整体工作状态的需要而规定节点的工作性能，如刚接、铰接或滑动等；特点之三是，设计中考虑使用或美观的需要而对节点的外形有所限定，使节点设计受到相当的约束。上述的特点加上节点设计必须遵循的原则造成节点设计的难度增大。（三）“珈鼎国际”项目的结构体系对策1结构体系在6度区，框架剪力墙结构体系较多适用于160M高层建筑；框架核心筒结构体系适用于210M高层建筑；筒中筒结构体系适用280M高层建筑。根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ32002，抗震设防B级烈度为6度的框架核心筒结构体系，B级高度钢筋混凝土高层建筑最大适用高度为210M。综合考虑，“珈鼎国际”超高层办公楼结构体系适合采用框架核心筒伸臂结构体系，属于B级高度超限高层建筑。“珈鼎国际”平面布置比较规则、对称，竖向抗侧力构件上、下贯通，核心筒分三级向里收缩，竖向刚度有突变。从结构体系的经济合理性来看，“珈鼎国际”目前的定位和平面功能布置是非常合理的。2加强层的设置设置加强层位置和数量要合理有效。当布置一个加强层时，位置可设在06H附近；当布置2个加强层时，位置可在顶层和05H附近；当需要布置3个加强层时，位置可在竖向均匀设置。“珈鼎国际”可利用建筑避难层或设备层设置3个加强层，加强层伸臂和窗裙梁可采用普通钢筋混凝土大梁，伸臂梁底满足建筑高度要求。3水平构件楼盖结构形式有钢架压型钢板复合楼板、钢梁普通混凝土楼板和普通混凝土梁板结构。普通混凝土梁板施工技术要求低，混凝土用量差别不大，成本较低。“珈鼎国际”可以采用普通混凝土梁板结构。4竖向构件“珈鼎国际”可以采用钢筋混凝土实腹筒体。钢筋混凝土实腹筒体刚度大，适合承担大楼大部分剪力和倾覆弯矩。外围框架拟采用圆形或矩形钢管混凝土柱，这两种形式柱造价较低，占用建筑空间较少，施工技术要求比较低。5基础形式超高层建筑竖向荷载大，水平作用大，竖向和水平方向变形较大。因此，基础形式必须保证满足足够的强度，合理的刚度和变形及抗倾覆要求。“珈鼎国际”基础根据地质情况，经技术经济分析比较，可以采用底板桩基础形式。三、电梯配置调研和分析（一）案例研究1超高层写字楼电梯可分成以下几类（1）高区办公专用电梯（2）中区办公专用电梯（3）低区办公专用电梯（4）消防电梯（兼货运电梯或VIP电梯）（5）地下室短程接驳电梯2电梯的配置标准电梯的配置是衡量写字楼等级的硬性指标之一，直接关系到入驻客户的办公效率和对写字楼的满意程度。与电梯配置有关的因素包括建筑种类及用途、电梯服务楼层数、楼层高度、电梯的行程、入口楼层、每层人数。电梯配置的甲级评价标准每部电梯服务的办公面积约5000平方米（或3层/台），平均候梯时间约40秒钟，电梯5分钟载客率在1115之间。平均候梯时间和5分钟载客率是最重要的两个参数。办公建筑的电梯主要是满足上行高峰，一般来说，如果能够满足上行高峰，那么就具备午餐时间和下行高峰12到18倍的处理能力。3调研中国部分城市大厦电梯配置情况如下表建筑名称地点高度/层数平面形状建成年电梯/扶梯（台）最高速度（M/S）电梯制造商1金茂大厦上海420/88方形199861/1890三菱2地王大厦深圳325/81矩形199657/1250三菱3中信广场广州322/80方形199751/1260日立4赛格广场深圳292/72八角形199816/1670奥的斯三菱5上海交银金融大厦上海230/55直角梯形199823/450三菱6世界贸易广场武汉229/58方形199817/2660奥的斯7上海浦东国际金融大厦上海226/56弧形199825/760三菱8恒隆广场上海288/63弧形200037/2970迅达9荣超经贸中心深圳216/52方形20061760奥的斯10中航广场深圳221/48橄榄形200922/470奥的斯11深交所广场深圳243/47方形20104890奥的斯12长沙泰贞广场长沙210不规则矩形201022待定待定（二）案例分析综合以上案例电梯数据及技术状况，我们可以得到以下几方面的结论1OTIS、迅达、蒂森、通力、三菱为全球电梯行业五强企业，以北京为例，北京甲级写字楼配备电梯的品牌多集中在三菱（MITSUBISHI）、奥的斯（OTIS）、日立（HITACHI）、迅达SCHINDLER、富士达（FUJITEC）、蒂森克虏伯（THYSSENKRUPP）、通力（KONE）等进口品牌。日本三菱、美国奥的斯和日本日立三大品牌占据了整个市场的2/3。从目前几大厂商的情况来看，安装质量决定了电梯运行质量，由于所有电梯企业的安装都属于分包性质，所以选择合作伙伴非常关键。2目前主流电梯采用VVVF或永磁同步技术。进口电梯的任何品牌都是全球采购，其钣金部分基本都是国产，包括轿厢、轿厢门等，如原产三菱其轿箱都是在上海三菱生产；进口的只有轨道、电引机、控制箱。3有的电梯（迅达）有层选择功能，即在首层按下自己要到达的楼层，会得到选择哪部电梯的指示。但应用很少，原因在于乘客一般不习惯，需要学习；万一上错梯则不能到达目的楼层，且没有修正机会。4双层轿箱电梯的应用必须在1、2楼分别设单、双层大堂，之间用扶梯联系。优点减少梯数，减少井道；平均运行时间与单层电梯比差不太多但运力倍增；可能给2层商业带来人流。缺点平均等待时间延长；相邻层交通不便；造价高昂，一部梯重32吨，比平常梯16吨贵1倍以上，且产量少，使用少，属于定制，价格很高。5通过对深圳市中心区卓越、荣超和星河等专业超高层写字楼类似项目的调研，我们发现全部选择3段X5梯或4段X4梯的方案，且电梯载重全部选用1350，实际使用时除上班高峰比较拥挤以外，其他时候都能满足需要。而上行高峰时可以采取“上行优先”的电梯群组控制方式，大大提高电梯运行效率和载客量，也完全可以解决上行高峰问题。6速度较高的电梯运行时间较短。而载重越大，意味着进出轿厢所耗费的时间相对较长，同时停站的次数比载重小的轿厢更多。因此会影响电梯的运行周期时间。在增加电梯载重也没有很大改善5MIN载客率的情况下，应优先选择电梯载重1600或1350为合理。（三）“珈鼎国际”项目的电梯对策“珈鼎国际”超高层写字楼651层为办公层，每层面积约2000平米，每层用户为约116人（即按每层的使用面积为70，且每人占用12平米计算），则办公总人数为4988人。经过计算，使用15台客梯提供垂直运输服务，分高、中、低区三组设置，每组5部。低区停至22层，中区停至37层，高区至54层。除此以外，另设2部消防电梯，2部地下室短程接驳电梯。消防电梯其中1部兼货梯，1部兼VIP电梯。从严格控制成本的角度来看，该配置能满足写字楼办公人群流动的基本需求，如写字楼中出现较大面积的商业营业体量或人流密集的公司办公，则在此标准的基础上适当提高配置水平。电梯速度及载重详表电梯编号15（办公低区）电梯编号610（办公中区）电梯编号1115（办公高区）电梯编号F1电梯编号F2电梯编号P1，P2（短程接驳）台数555112类型客梯，无障碍电梯客梯，无障碍电梯客梯，无障碍电梯PCLASS华源大厦是一栋高度为18260米的综合性办公楼。介绍了本工程的生活给水系统、生活热水系统、消火栓给水系统、自动喷水灭火系统、其他灭火系统、排水系统等方面设计要点。前言华源大厦位于广东省东莞市厚街镇107国道边，地势较平坦，总建筑面积约124100M2，主楼高52层，地面以上高度18260M，地下室共二层，地下二层为六级人防掩蔽所，平时用作停车场，地下一层主要用作空调机房及水池，裙楼下半地下层用作车库，配电房。首层至六层为裙房，含大堂厨房餐厅宴会厅健身房桑拿房卡拉OK包房会议室等综合配套设施。主楼九至二十三层为办公用房，二十五至五十一层为酒店客房，五十二层为特色餐厅，其中二十四三十九层为避难层及设备用房。1生活给水系统11，室外给水系统从107国道市政给水管引入一根DN200给水管，且在旁边嘉华酒店引入一根DN200给水管形成两路供水。市政水压不低于020MPA，供水量可满足本工程要求。在本建筑周围设DN200环状给水管，每隔100M左右设一室外地上式消火栓，共设4套，以供火灾时消防车取用。室外给水管采用球墨给水铸铁管，柔性胶圈接口。12，室内给水系统1室内生活、消防给水系统分开设置。2生活给水系统采用并联与串联相结合的给水方式，共分为七个压力分区。一区（直供区）地下二层至半地下层，由市政管网直供。本区考虑生活水箱，消防水池、中餐厅厨房等用水。二区首层至八层，由地下一层水泵房内的变频调速给水设备供给。本区考虑中餐包房、卡拉OK房、桑拿等用水。三区九层至二十层，由设在二十四房避难房的中间水箱供给，九、十层支管减压。本区考虑办公用水。四区二十一层至二十九层，由屋顶水箱经减少阀减压后供给本区考虑部分办公及部分客房用水。五区三十层至三十八层，由屋顶水箱经减压阀减压后供给。本区考虑部分客房用水。六区三十九层至四十六层，由屋顶水箱直接供给。本区考虑部分客房用水。七区四十七至五十二层，由屋顶水箱经变频调速给水设备加压后供给。本区考虑部分客房及顶层餐厅用水。3地下一层生活水箱有效容积225M3，二十四层避难层中间水箱有效容积30M3，屋顶生活水箱有效容积80M3。4给水深度处理为改善水质，市政自来水进入地下室先经过石英砂压力过滤器处理后进入生活用水箱，以去除自来水中的杂质。5消毒设备选择为防止生活用水二次污染，采用H200030型高效复合二氧化氯发生器一台，用于生活给水消毒。6管材及阀门生活给水管采用铜管，阀门采用铜闸阀及铜截止阀。2生活热水系统热水系统的供应对象为各客房卫生间的洗浴热水、桑拿淋浴用水、办公部分及公共部分的卫生热水。为保证用水水压的稳定与平衡，热水系统的压力分区与冷水系统完全相同。为使每个压力分区的热水系统能自成系统地独立运行，水加热器按压力分区分组设置，在减压分区的水加热器前（冷水侧）设减压阀。所有压力分区的管网图式均为上行下给式机械全循环方式。水加热器的热媒采用蒸汽。1耗热量计算采用卫生器具和其热水用水量定额计算法计算。厨房用热水温度要求较高处，采用局部电加热。同时使用系数取07，热水温度40C，冷水计算温度10C（地面水），浴缸1小时用水量按300升计。2管材及阀门热水管采用铜管，阀门采用铜闸阀及铜截止阀。3饮用水酒店客房免费提供瓶装优质矿泉水，办公层提供桶装水。故本项目不做管道直饮水系统。3消火栓给水系统室外消防管网采用低压制，呈环状设置，共设四个地上式室外消火栓。室内消防系统共设8套地上式水泵接合器，其中接消火栓系统6套，接自动喷水系统2套。室内消火栓系统用水量40L/S，火灾延续时间3小时。室内消火栓给水管网成环状布置。竖向分为四个个区，每个区最低层消火栓口的静水压力不大于080MPA。消火栓口的出水压力大于050MPA时，采用减压稳压消火栓。区地下二层八层区九层二十四层区二十五层三十七层区四十层五十二层、区为低区，设一组消防泵供水；、区高区，另设一组消防泵供水。、区和、区之间分别设置减压阀减压。在地下一层设置消防水池。消防水池有效容积532M3，分为两格。在52层屋顶设消防水箱，有效容积18M3。地下一层消防水泵房内设置消火栓加压泵，高低区消防主泵均为三台，两用一备。发生火灾时先启动一台消防泵，当供水压力不能满足要求时再启动第二台消防泵。在屋顶设备房设消防专用气压供水设备，以保证最高几层消防管网的压力。各层消火栓设置保证防护面积内任何部位有两个消火栓的水枪充实水柱同时到达，充实水柱为13M。4自动喷水灭火系统本建筑的公共活动用房、走道、厨房、餐厅、客房、办公室、库房、地下车库以及面积大于5M2的卫生间等处均设置自动喷水灭火系统；自动喷水灭火系统按中危险等级设计，其中车库、厨房等按中危级，其它场所按中危级设计。中危级的设计流量为208L/S，中危级的设计流量为277L/S。自动喷水灭火系统竖向分为高、低两个区；高低区各设两台喷淋泵供水，水泵为一用一备。高区二十四层五十二层低区地下二层二十三层自动喷水灭火系统接屋顶消防水箱，在屋顶设备房设稳压装置，喷淋系统低区设消防水泵接合器。5其他灭火系统51，气体灭火系统发电机房、锅炉房采用高压CO2气体灭火系统灭火，设计与施工应委托专业消防工程公司完成。52，灭火器的配置本建筑火灾危险等级除中餐厅厨房为严重危险级外，其它场所大部分为中危险级。主要火灾种类为A类火灾，厨房及地下车库为A、B类火灾，电气设备用房为带电类火灾。按建筑灭火器配置设计规范GBJ14090（1997年版）要求，在本建筑内的公共场所、走道、宴会厅、厨房、地下车库、机电设备用房等处均设置手提式干粉或二氧化碳灭火器，在地下车库增设推车型泡沫灭火器。6排水系统61，生活排水系统市政排水系统采用雨、污分流制。故室外排水采用雨、污分流制。1地下室污水无法自流排出室外，采用潜污泵抽升排出。2消防电梯机坑设容积不小于2M3的集水井，排水泵的流量取大于10L/S。3厨房及餐厅污水单独排至裙楼半地下层的污水处理间。4主楼卫生间采用粪、污立管及专用通气管的三管制排水方式。并在每个客房卫生间设器具通气支管以改善排水条件，降低噪声。粪便污水经化粪池预处理后与生活污水一起排入市政污水管网。（5）餐厅厨房含油污水必须进行预处理后，方能排入市政下水道。62