超高层办公建筑核心筒设计研究.pdf

硕士学位论文 超高层办公建筑核心筒设计研究 超高层办公建筑核心筒设计研究 作者姓名孔祥勇 学科专业建筑设计及其理论 指导教师倪阳 研究员 所在学院建筑学院 论 文 提 交 日 期2009 年 6 月 research on core tube design for ultra high rise office building a dissertation submitted for the degree of master candidate kong xiangyong supervisor ni yang south china university of technology guangzhou china 分类号 分类号 学校代号 学校代号 10561 学学 号 号 华南理工大学硕士学位论文 超高层办公建筑核心筒设计研究 超高层办公建筑核心筒设计研究 作者姓名 孔祥勇 指导教师姓名 职称 倪阳 研究员 申请学位级别 硕士 学科专业名称 建筑设计及其理论 研究方向 公共建筑设计 论文提交日期 2009 年 6 月 日 论文答辩日期 2009 年 6 月 12 日 学位授予单位 华南理工大学 学位授予日期 年 月 日 答辩委员会成员 主席 郭卫宏 委员 何镜堂 倪阳 汤朝晖 杨晓川 华南理工大学华南理工大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果 除了文中特别加以标注引用的内容外 本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品 对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担 作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 即 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学 学校 有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许学位 论文被查阅 除在保密期内的保密论文外 学校可以公布学位论文的全 部或部分内容 可以允许采用影印 缩印或其它复制手段保存 汇编学位 论文 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 本学位论文属于 保密 在 年解密后适用本授权书 不保密 同意在校园网上发布 供校内师生和与学校有共享协议 的单位浏览 请在以上相应方框内打 作者签名 日期 指导教师签名 日期 i 摘要 随着近年来我国经济发展水平不断提高 国内发达城市的国际化建设进程不断推进 大批的超高层建筑如雨后春笋般不断涌现 同时关于超高层建筑的评论也不断见诸报 端 但是关注的焦点大多数集中在建筑的外在形象 对于建筑核心筒的研究却少之又少 并且大多不尽如人意 或语焉不详 或滞后于现状 在这种背景下 本文针对超高层办公建筑的核心筒设计进行着重的研究和分析 切 合当前的建设实际 总结最新的设计趋势以及最新的设计理念 并对设计实践提供有指 导意义的素材 希望能抛砖引玉 提供参考 本文分为三大部分 研究起点 引出研究对象及内容 理论分析 从理论上分 析核心筒的各组成部分及其面积 并归纳其平面设计和竖向设计的参考模式 具体分析 总结 通过具有代表性的例子的比较分析 得出相关的结论以及有参考价值的数据 为设计同类型的建筑提供参考 在文章的最后 本文将对研究的成果作出总结 并对当前超高层办公建筑的核心筒 设计提出值得思考的问题和建议 希望引起大家的讨论与关注 关键词 超高层办公建筑 核心筒 实用率 垂直交通 核心筒平面设计 竖向设计 ii abstract along with the increasing development of economic in recent years the internationalization construction has been pushing forward on and on in the developed cities of china more and more ultra high rise buildings have been rising up more and more comments about ultra high rise building have been copious amounts of press coverage however the focus of attention of the majority concentrated in the external image of buildings less in the core tube research no high expected no detail nor no realistic in this paper the core tube design for ultra high rise office building focus of research and analysis against such background linking to the current actual construction up to date summary of the latest design trends and conceptions and provide guidance material hoping to set up an example to lead to further studies to initiate a reference this article is divided into three major parts the starting point for research eliciting out research subjects and contents the theoretical analysis from a theoretical analysis of the core tube and its area and summed up its plan design and vertical design patterns specific analysis and conclusions through a representative examples of a comparative analysis to draw some conclusions and useful datas for the design of the same type of construction to provide references finally this paper will summarize the outcome of the study and point out issues worth considering and proposal about the core tube design for ultra high rise office building with the hope to draw our attention to the discussion key words ultra high rise office buildings the core tube the efficiency ratio the vertical transport the core tube plan design vertical design iii 目录 第一章 绪 论 1第一章 绪 论 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究的意义和目的 2 1 2 1 研究意义 2 1 2 2 研究目的 2 1 3 研究对象和范围 3 1 3 1 研究对象 3 1 3 2 研究范围 3 1 4 研究方法和框架 3 1 4 1 研究方法 3 1 4 2 研究框架 3 第二章第二章 超高层办公建筑核心筒设计概述 6超高层办公建筑核心筒设计概述 6 2 1 超高层核心筒与高层的区别 7 2 1 1 设计复杂化 7 2 1 2 要求高效化 7 2 1 3 面积集约化 7 2 2 超高层核心筒设计的限制条件 7 2 2 1 实用率的限制 7 2 2 2 消防安全的限制 7 2 2 3 结构安全性的限制 8 2 2 4 保证设备正常运行及日后升级可能性的限制 8 2 3 超高层核心筒的分类 8 2 3 1 按位置关系分类 8 2 3 2 按结构类型分类 9 2 3 3 按平面形式分类 9 2 4 超高层核心筒位置的确定 10 2 4 1 结构因素的影响 11 iv 2 4 2 景观朝向的影响 11 2 4 3 消防疏散的影响 11 2 4 4 空间类型的影响 12 第三章第三章 超高层办公建筑核心筒各组成部分及其面积估算 14超高层办公建筑核心筒各组成部分及其面积估算 14 3 1 电梯及电梯厅 15 3 1 1 电梯布置原则 15 3 1 2 电梯数量的估算 15 3 1 3 电梯数量的计算 18 3 1 4 电梯厅面积 20 3 2 设备用房及管井 21 3 2 1 空调专业 21 3 2 2 电气专业 22 3 2 3 水专业 24 3 2 4 本节小结 24 3 3 超高层办公建筑核心筒其他组成部分面积估算 25 3 3 1 疏散楼梯间及前室 25 3 3 2 卫生间及茶水间 26 3 3 3 剪力墙 26 3 4 本章小结 27 第四章第四章 超高层办公建筑核心筒的平面设计 28超高层办公建筑核心筒的平面设计 28 4 1 电梯及电梯厅的平面设计 29 4 1 1 客梯的平面设计 29 4 1 2 观光梯 消防电梯及货梯的平面设计 32 4 2 楼梯间及前室的平面设计 33 4 2 1 消防规范规定 33 4 2 2 防烟楼梯间的平面设计 34 4 3 超高层核心筒其他组成部分的平面设计原则 35 4 3 1 设备机房及管井的平面设计原则 35 4 3 2 卫生间及茶水间平面设计原则 36 v 4 4 超高层办公建筑核心筒平面类型 38 4 4 1 超高层办公建筑平面设计基本原则 38 4 4 2 按核心筒形状分 39 4 4 3 按电梯组排列方式分 42 4 5 本章小结 47 第五章第五章 核心筒的竖向设计 49核心筒的竖向设计 49 5 1 核心筒的竖向收进 50 5 2 电梯的竖向分区系统 53 5 2 1 单区电梯系统 53 5 2 2 多区电梯系统 53 5 2 3 区中区电梯系统 56 5 2 4 多区电梯系统的极限条件与区中区电梯系统的适用条件 59 5 2 5 门厅人流竖向组织 61 5 3 提高电梯效率的措施 63 5 3 1 高效的停站方式 63 5 3 2 餐厅分区设置 65 5 3 3 智能调节系统 65 5 4 楼梯间在避难层的设计 65 第六章第六章 案例分析 67案例分析 67 6 1 富力盈隆广场与合景国际金融广场 68 6 1 1 富力盈隆广场 68 6 1 2 合景国际金融广场 69 6 1 3 综合比较 70 6 2 珠江新城利通广场的中标方案与实施方案 74 6 2 1 中标方案 74 6 2 2 实施方案 75 6 2 3 综合比较 76 6 3 广州珠江新城西塔与东塔 wilkinson eye architect 与华南理工大学建筑 设计研究院的联合体方案 80 vi 6 3 1 西塔 80 6 3 2 东塔 82 6 3 3 综合比较 84 6 4 上海金茂大厦与上海环球金融中心 88 6 3 1 上海金茂大厦 88 6 3 2 上海环球金融中心 90 6 3 3 综合比较 92 6 5 本章小结 96 思考与总结 100思考与总结 100 一 关于实用率 100 二 关于电梯疏散 102 三 关于电梯救援 103 四 关于超高速电梯的负面影响及其应对 103 五 关于核心筒的 弹性 设计 104 参考文献 106参考文献 106 附录 107附录 107 攻读硕士学位期间取得的研究成果 109攻读硕士学位期间取得的研究成果 109 致谢 110致谢 110 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1 1 研究背景 超高层建筑一直以来都是人们关注的焦点 关于超高层的讨论从来没有间断过 超 高层的建设也从来没有停止过 展望世界 超过 200 米的建筑已有 200 多栋 图 1 1 在我国也有 25 栋 而在广州 自从 1976 年第一栋超高层白云宾馆的落成 到现在包括 在建的超高层数量已超过 100 多栋 图 1 2 仅仅珠江新城 规划的 200 米以上的高楼 就有 18 栋 150 米以上的高楼更是达到 50 栋之多 超高层建筑的建设与发展是惊人的 图 1 1 世界十大最高建筑 排行时间 2014 年 图片来源 根据资料作者自绘 图 1 2 广州十大最高建筑 排行时间 2014 年 图片来源 根据资料作者自绘 华南理工大学硕士学位论文 2 主要体现在两方面 数量上越来越多 高度上越来越高 然而理论的更新却跟不上实际的变化 在为数不多的超高层建筑研究理论里面 能 找到能代表当今超高层建筑发展趋势的更是寥寥可数 在这种背景下 本文针对超高层 办公建筑的核心筒设计进行着重的研究和分析 切合当前的建设实际 总结最新的设计 趋势及最新的设计理念 并对设计实践提供有指导意义的素材 在填补自身知识不足的 同时 也希望给同行以参考 1 2 研究的意义和目的 1 2 1 研究意义 首先 正如上面提到核心筒设计是个技术含量很高的课题 它涉及到各个专业的知 识 作为我们建筑专业来说 有必要熟悉各个专业核心筒设计的基本原则 协调各方面 的设计矛盾 梳理核心筒各组成部分的关系 使核心筒能充分发挥其运行效率和经济效 益 其次 核心筒不仅是水 电 空调上下传送的通道 更是使用者垂直交通与安全逃 生的通道 可以说核心筒是超高层建筑的生命中枢所在 其设计好坏直接影响到人类的 生命安全 所以核心筒是超高层建筑设计的一个关键部分 再次 核心筒还涉及到建筑物的 实用率 问题 核心筒的面积大小直接影响到实 用率高低 一般来说 建筑物越高需要的核心筒面积就越大 实用率也随之下降 在标 准层平面面积一定的情况下 核心筒布置应当尽量紧凑 面积越小越好 在这种情况下 对核心筒优化设计成为必要 但是 随着用户对舒适性的要求越来越高 包括对日后设 备升级可能性的考虑 核心筒并不一味地追求小面积高效率 那么核心筒面积到底多大 合适 又成了一个需要权衡的新课题了 1 2 2 研究目的 首先 通过在理论上的分析 以及对实际案例的统计 能够根据建筑物的规模以及 使用人数 大致的量化核心筒各组成部分的面积大小 估算出建筑物需要的电梯数量 并采用合适的电梯运行方式 在合适的区域布置足够的设备房间及管井 适当预留日后 升级空间 同时保证有充足的卫生器具和舒适的使用尺度 这一系列的问题本文都会进 行详尽的解答 为进一步优化设计提供参考 其次 通过比较分析具体案例 总结出几种行之有效的核心筒组织方式 包括平面 设计和竖向设计 根据实际情况选用合适的组织方式 使核心筒平面紧凑高效 竖向交 第一章 绪论 3 通便捷快速 并研究如何尽量少占空间 提高实用率 为同行提供清晰的设计思路及参 考方案 1 3 研究对象和范围 1 3 1 研究对象 超高层建筑 建筑高度超过 100 米的建筑物 办公建筑 单一的使用功能 使分析具有可比性 结论具有可操作性 核心筒 进一步把范围缩小到建筑的核心部分 避免泛泛而谈 1 3 2 研究范围 主要集中在国内沿海发达地区的超高层建筑 当前上海正式成为国家发展战略的 国际金融中心 已经有一批超高层建筑建成并投入使用 同时还将会有更多的建筑 拔地而起 所以上海是本文重点地研究范围 另外 广州近年来加快了国际化大都市的 建设 一大批超高层建筑雨后春笋般不断涌现 尤其集中在珠江新城 这为本文的研究 提供了很好的素材 1 4 研究方法和框架 1 4 1 研究方法 a 文献分析 通过查阅相关的学位论文 期刊文摘 国内外著作以及网上文章等文献资料 借鉴 现有国内外相关理论研究 了解超高层办公建筑核心筒设计的相关内容 b 专业交叉的研究方法 以高层办公建筑设计理论为基础 结合结构 设备等专业知识 对核心筒进行研究 分析 c 案例比较方法 收集国内外超高层办公建筑相关资料 尤其是广州和上海的案例 对其进行比较分 析 从而总结相关的结论 d 实地调研的方法 为了更好了解超高层办公建筑核心筒的使用情况 准备对广州和上海等沿海地区进 行实地调研 1 4 2 研究框架 华南理工大学硕士学位论文 4 本文分为三大部分 研究起点 引出研究对象及内容 理论分析 从理论上分 析核心筒的各组成部分及其面积 并总结其平面设计和竖向设计的模式 具体分析总结 通过具有代表性的例子的比较分析 得出相关的一些结论以及一些有参考价值的数 据 为设计同类型的建筑提供参考 第一部分 研究起点 本章从当前的超高层建设背景出发 指出在众多标新立异 的建筑造型背后 更值得引起关注的焦点 核心筒设计的合理性与高效性 研究和探 索这个问题 对于建筑设计者尤为必要 第二部分 理论分析 本章将按照建筑设计的基本步骤展开论述 依次为确定核 心筒的位置 估算核心筒的面积 对核心筒进行平面设计 以及对核心筒进行竖向设计 的顺序 尽量使理论更切合实际 对实际更具有指导意义 第三部分 具体分析总结 本章将列举六个国内具有代表意义的超高层建筑进行 一对一的比较分析 首先 这些进行比较的个案不仅具有相似的建筑规模 相若的建筑 高度 而且还同属一个城市的同一个片区 相邻而立 共同成为城市的新地标 因此案 例之间很具可比性 同时 所举的案例有的已经建成并投入使用 有的已经封顶 还有 的即将破土动工 通过研究分析这些案例使结论更有可信性 在文章的最后 本文将对研究的成果作出总结 并对当前超高层办公建筑的核心筒 设计提出值得深思的问题 希望引起大家的共鸣 研究框架如下图所示 第一章 绪论 5 图 1 3 研究框架 资料来源 作者自绘 华南理工大学硕士学位论文 6 第二章 超高层办公建筑核心筒设计概述 本章将对超高层办公建筑的核心筒设计进行概括的介绍 阐述超高层核心筒与高层 的区别 以及超高层核心筒设计的限制条件 并对超高层核心筒进行简单的分类说明 另外 还分析了影响核心筒位置确定的因素 指出其对建筑整体设计的重要意义 第二章 超高层办公建筑核心筒设计概述 7 2 1 超高层核心筒与高层的区别 2 1 1 设计复杂化 由于超高层的高度使然 与高层相比核心筒的高度必然更高 这就导致了一系列问 题的设计差异 例如核体结构高宽比不一样 电梯运行方式不一样 消防设计更为严格 以及设备系统更为复杂等等 这些差异使得超高层核心筒的设计比高层复杂得多 难度 也大得多 2 1 2 要求高效化 竖向高度的增加 还使得竖向交通的动线更长 设备管线的铺设长度更长 因此超 高层建筑需要一个更高效的核心筒 2 1 3 面积集约化 与高层相比 超高层的核心筒承载的内容更多 因而其需要的面积也越大 但是一 般而言标准层的防火分区面积很难突破 因此如何控制超高层的实用率问题显得尤为突 出 2 2 超高层核心筒设计的限制条件 2 2 1 实用率的限制 一般情况下 超高层核心筒设计都以追求高实用率为目的 实用率的高低意味着经 济效益的高低 因此超高层设计曾经有过核心筒高度紧凑甚至偏小的时代 但是 随着 使用者对舒适性的要求越来越高 更加注重的是建筑物整体品质的提升 保证一些使用 频率较高的空间宜人的尺度成为必要 首先 超高层做到高实用率有点难度 但是通过 压缩核体面积等手段 可以提高实用率 然而进而的问题是 这样的手段对于建筑物整 体来说 是否利大于弊 是否值得通过牺牲舒适度来提高实用率 又成为一个崭新的课 题 在这个问题上 建筑师需要综合考虑各方面因素 找出平衡点 既满足较高的实用 率 又使建筑具有较高的品质价值 2 2 2 消防安全的限制 在发生火灾时 由于超高层几乎不可能通过消防云梯和消防器具向建筑外逃脱 因 此如何设计一条简洁明了的逃生线路十分必要 而且必须使这条逃生线路的疏散距离与 疏散宽度得到充分的保证的同时 最好能将日常动线与避难动线结合起来 便于逃难时 迅速找到逃生线路 另外 避难层是超高层特有的设计要素 楼梯在避难层的设计也是 必须考虑的内容 在楼梯和走廊的设计中 当今设计趋势是将其当作生活空间的一部分 华南理工大学硕士学位论文 8 旨在为使用者提供一个空闲时间能够享受阳光及眺望远景的良好环境 从而大大提升建 筑物的空间品质 除此以外 楼梯间的加压送风 消防前室的面积大小 消火栓的位置 数量等等 更是超高层建筑所必须考虑的问题 2 2 3 结构安全性的限制 在核心筒设计过程中 为了使得核心筒内分隔灵活布局以及设备管线的自由进出 建筑师与设备工程师都倾向于框架结构 但是当建筑超过一定高度的时候 仍然使用框 架结构会对结构的稳定性造成威胁 结构工程师会建议增加剪力墙的面积 这个矛盾需 要建筑师来协调了 另外 建筑物过于高挑的体形也使结构安全性面临挑战 当核心筒 的高度与宽度的比例超过一定数值的时候 会使建筑物的抗水平荷载能力大大减弱 建 筑物顶层的水平位移大大增加 即使撇开结构安全性不谈 明显的水平晃动使得建筑物 不适宜长期停留 因此 在核心筒设计中 建筑师需要对结构的问题了解清楚并负责与 其它工种的协调 2 2 4 保证设备正常运行及日后升级可能性的限制 超高层一旦建成以后 大刀阔斧的改建扩建不大可能 所以在设计之初 不仅要保 证使用初期设备能够正常地运行 还要考虑日后维护及设备升级带来的空间扩张的需 求 这些问题将直接影响建筑物的品质及使用寿命 2 3 超高层核心筒的分类 2 3 1 按位置关系分类 图 2 1 a 中心筒式 筒体位于平面的中心 围绕其四周围使用部分 使用部分占有最佳位置 采光 视线良好 交通路线短捷 筒体与平面的几何中心位置一致 有利于高层建 筑的结构布置 是高层办公建筑采用最多的一种平面形式 b 分散筒式 根据核心筒的个数 又分为单侧筒式 双侧筒式以及三侧筒式等等 他 们共同的特点是筒体位于建筑的外侧 使用空间进深较大 可布置大空间景观办公 室 底层大厅通透 宽敞 但是结构受力不太理想 需要加强中间区域框架的刚度 c 中长筒式 筒体纵贯建筑的中部 两边可布置较大空间的办公室 交通路线短捷 便于分组布置电梯 结构均衡规整 水平刚度大 d 外筒式 核心筒体布置在建筑的外部 用通道与建筑相连 特别有利于创造大面积 完整 开敞的办公空间 通常作为大公司的办公楼 独家使用 不利于出租型的多 用户办公 为保证各使用部分满足疏散距离的要求 面积大的建筑需在多处设置疏 第二章 超高层办公建筑核心筒设计概述 9 散楼梯 e 中偏筒式 筒体位于建筑中部 紧靠外墙面 这种作法通常用于平面比较扁长的建 筑 交通路线均匀 短捷 图 2 1 按位置关系分类 资料来源 作者自绘 2 3 2 按结构类型分类 图 2 2 图 2 2 按结构类型分类 资料来源 作者自绘 a 框架体系核心筒 核心筒设计在某一榀或多榀框架内 b 剪力墙体系核心筒 核心筒的一侧 两侧或三侧为剪力墙体系 其余部分为自由隔 墙 可进一步方便各种管道的自由穿行 c 框架剪力墙体系核心筒 核心筒由框架柱与剪力墙组合而成 同样具有剪力墙体系 核心筒的优点 d 筒体结构核心筒 可以有单筒 双筒或多筒的形式 筒体的结构要求使得管道 开 门等受到一定程度的限制 但也可以把对外关系较多的设备管道设在结构筒体之外 以弥补其缺陷 这种类型的建筑物高度最高 2 3 3 按平面形式分类 a 矩形 为最常用的核心筒形式 有等边正方形和不等边矩形之分 如纽约世贸大厦 图 2 3 华南理工大学硕士学位论文 10 b 圆形 标准层平面设计成圆形时核心往往为圆形 如新加坡政府财政大楼 图 2 4 c 三角形及多边形 核心筒为三角形及六边形 八角形 平行四边形等非原始几何形 如珠江新城西塔 图 2 5 d 组合型和不规则形 核心筒为几种几何形的切割和组合 或由于不规则标准层引起 的不规则几何形 如北京京广中心 图 2 6 等等 2 4 超高层核心筒位置的确定 核心筒位置的确定对于超高层建筑设计来说 具有重要的意义 一旦确定就为结构 设备等工种开展工作定好基调 不轻易改动 因此在确定核心筒位置的时候要经过反复 图 2 3 矩形核心筒 图片来源 现代高 层建筑设计 雷春浓 图 2 4 圆形核心筒 图片来源 现代 高层建筑设计 雷春浓 图 2 5 三角形核心筒 图片来源 华南理 工大学建筑设计研究院 图 2 6 不规则核心筒 图片来源 现 代高层建筑设计 雷春浓 第二章 超高层办公建筑核心筒设计概述 11 的论证 综合的考虑 2 4 1 结构因素的影响 我们很多时候是先决定核心筒的位置 再调整结构方案 但是结构方案也反过来影 响核心筒位置的确定 根据核心筒的位置不同 结构的受力状况也有所差异 中心筒式 中长筒式 建筑物的刚心与形心一致 有利于结构布置 是最理想的类 型 也是应用最多的类型 单侧筒式 中偏筒式 建筑物刚心严重偏离形心 偏心扭矩巨大 因此加强核心筒 外的结构刚度 尽量使刚心往形心靠近是结构设计的重中之重 双侧 四角 筒式 如果两侧核心筒间距过大 有必要讨论中间部分框架的抗震性 四角筒式的类型 可以把四角的核体当作刚度很大的柱子来考虑 然后在核体之间架设 大型梁 可以形成巨大的框架结构 外筒式 结构不利点在于主体与筒体的结合部 设计的重点应在于如何防止结合部 的变形过大 并满足抗震要求 由此可见 刚度最大的核心筒的位置最好居中 但是随着技术水平的发展 核心筒 偏心引起的扭矩可以通过技术的处理消化掉 但问题就转化成业主是否愿意承担由此引 起的成本追加的经济问题了 如果业主认为追加的成本可以在另一领域得到补偿甚至总 体获益 那经济问题最终也不是问题了 但这毕竟是一个限制因素 2 4 2 景观朝向的影响 良好的景观视野是稀缺资源 如何使之最大化是设计的重点 同样 理想的朝向对 于采光通风至关重要 其好坏直接影响建筑的品质 因此 当这两者在设计中占据很重 分量时 建筑的其他方面应稍作调整 与之协调 包括核心筒的位置 这种情况下 核 心筒偏于景观朝向较差一边是惯常的做法 但有时候却要考虑不利朝向的影响 例如基 地某一方向噪音太大 或者西晒严重 为了避开这些不利因素 通常把核心筒尽量往这 个方向靠 因此 确定核心筒的位置同样要考虑景观朝向因素 以大局为重 核心筒偏于一侧的设计 其优点是主要的使用空间都有良好的景观朝向 且容易形 成大空间 建筑档次较高 但是这样的设计也使得平面进深过大 导致中间区域的部分 常年需要人工照明 增加能耗 而且这种平面只能整层使用 不利于小型公司的租售 至于结构体系的不合理造成的成本追加 也是一个负面的影响 2 4 3 消防疏散的影响 华南理工大学硕士学位论文 12 高层民用建筑设计防火规范 规定办公建筑袋型走道最远房间到最近疏散口的距 离不得超过 20 米 环形走道最远距离不得超过 40 米 这同样适用于超高层办公建筑 因此 核心筒的位置与形式就要考虑到消防的问题了 比如说 扁长形和曲尺形平面的 核心筒只能一分为二 分居两侧 十字形和 t 字形平面的核心筒只能居中或者把其中一 个疏散单元布置于端头 采用单侧筒式的核心筒还要确保疏散距离是否满足规范 总而言之 消防疏散是决定核心筒位置的一个重要因素 2 4 4 空间类型的影响 根据办公机构的组织结构和工作方式的特点 可把办公空间分为以下几类 不同类 型的办公空间 核心筒的位置也有所不同 1 金字塔式 办公组织形式类似于金字塔形 逐级管理层层扩展 其工作关系主要是自上而下的 等级分明 在日常工作中 上下级部门之间没有频繁的直接接触 工作方式较为独立 这样的办公组织方式需要的是互不干扰的分隔空间 将标准层平面划分为若干小房间 针对这种类型的办公空间 平面进深一定不能太大 因此核心筒不宜偏于一侧或者分居 两侧 核心筒居中较为合适 2 流水线式 有些办公机构 如银行 税务或海关等 其各工作部门相对平等且一环扣一环的紧 密联系 各部门分工明确 工作类型专门化 通过部门之间的有效连接提高工作效率 工作方式类似工厂的流水线 这种类型的办公空间应采用较大的 流动性较强的空间类 型 因此 平面进深一般要求较大 平面间隔灵活性强 那么核心筒的位置就要根据平 面的形状来确定 例如扁长形的平面适宜采用双侧筒式 比例适中的平面宜采用单侧筒 式等等 3 枝叶式 类似设计院 研究所的机构 其办公方式是组团式的 各组团之间的关系较弱 一 般没有直接的工作关系 每个组团都是一个独立的工作组织 可以独立完成某种类型的 工作 而各个组团又属于一个主管部门 这种组织形式如同枝叶结构 通过类似于树枝 的交通空间相连接 这种办公方式需要特定的 明确区分而又有一定联系的空间组织形 式 要求平面的进深不要过小也不能过大 核心筒的位置需要结合平面综合考虑 一般 采用中心筒式或者双侧筒式 2 4 5 建筑造型的影响 第二章 超高层办公建筑核心筒设计概述 13 建筑师在进行建筑造型设计的时候 基于种种考虑可能会把核心筒抽取出来作为单 独的造型元素进行设计 以达到建筑师预期的造型效果 这时候核心筒至少需要一侧显 露在外 进而影响到核心筒在平面的位置 这是影响核心筒位置的又一因素 华南理工大学硕士学位论文 14 第三章 超高层办公建筑核心筒各组成部分及其面积估算 本章仔细分析核心筒各组成部分构成 对电梯及电梯厅 疏散楼梯间及前室 设备 机房及管井 以及卫生间 茶水间等附属房间的面积 进行细致的分析和研究 或推导 公式或绘制图表 务求各部分的面积估算尽量准确 为下一步平面设计提供有力的参考 依据 第三章 超高层办公建筑核心筒各组成部分及其面积估算 15 3 1 电梯及电梯厅 3 1 1 电梯布置原则 1 使用方便 底层入口应有良好的易识别性和良好的集散空间 使用层电梯所处的位置应是各使 用部分的步行路径短捷 均匀 应有足够的大小 数量和适当的运行速度 以保证在高 峰期间 每 5 分钟能疏散 12 15 的总人数 2 集中高效 电梯应尽可能集中布置 这样既能减少交通设施所占面积 便于使用和管理 又可 使电梯的运转达到最高效率 通常将多台电梯并列在一起 或并列后再相对布置成组 除此以外 电梯并列还可以解决由于 活塞效应 带来的气流问题 大大减轻首层受到 电梯的气流冲击 3 分区 一般来说 对于高度不算太高的高层建筑 电梯应进行分区 以提高运行效率和组 织好各区乘客的交通 分区一般按每 15 层左右作为一区 低区层数可稍多 高区宜少 些 电梯速度随分区所在部位的增高而加快 通常每个分区由一到数台电梯组成 每个 分区的电梯自成一组 互相连成一排布置 一排不得超过 4 台 各不同分区电梯位于不 同的平面位置 电梯厅门口标出电梯组所服务楼层区域 以引导不同区域人流到不同区 域等候 对于超高层来说 以上方法就显得不够经济了 因为每组电梯均要占用下部的层层 建筑面积 越往下电梯井道所占面积就越大 且电梯效率极低 投资庞大 从技术上 经济上都是极不合理的 为此 当高度超过一定数值时 超高层建筑的电梯不仅要在平 面分组 还要在垂直高度上分为若干区域 在区域交界处设有空中大堂 在中区和高区 工作者 由底层交通厅分乘穿梭高速电梯组直接抵达第一或第二空中大堂 再由空中大 堂转乘本区内的分区电梯抵达区内的不同楼层 由于高区的电梯井可与中区相同电梯组 重叠 中区亦可与低区重叠 从而大大减少了电梯井道所占面积 同时由于采用了高速 穿梭电梯 大大提高了中区 高区使用者的交通效率 缩短候梯时间 3 1 2 电梯数量的估算 1 影响电梯数量的估算因素 a 全部电梯所要服务的楼内总人数 电梯所服务的楼内总人数通常按每人净有效面积指标确定 这一指标随各国经济发 华南理工大学硕士学位论文 16 展水平不同而异 表 3 1 是西方发达国家办公楼面积指标 表 3 1 办公楼人均占用建筑面积 资料来源 陈新 高层建筑的垂直运输与电梯 另外 人均占有面积与楼高也有关系 表 3 2 是楼高与人均占有面积的关系 可以看出 楼层越高人均占用的有效面积就越大 这是由 于随着楼层的升高核心筒的某些部位会空出 来 面积逐渐减小 有效使用面积增大 从而 导致人均占用的有效面积增大 我国 1987 年颁发的行政办公楼建筑标准 中 国务院部委 行政省用的一级办公楼 每 人建筑面积为 13 15 市 地委用的二级办 公楼 每人建筑面积为 11 12 县 市用的 三级办公楼 9 10 折合有效使用面积 一 二 三级办公楼分别为 8 5 9 人 6 8 7 人 5 7 6 人 现时我国出租型写字楼可按有 效使用面积 8 10 人考虑 b 建筑层数 建筑层数决定了运输的距离和电梯停站的频率 层数越多 电梯停站越多 需要的 电梯数量就越多 c 电梯停站的频率和形式 电梯停站频率与电梯服务层数成正比 形式则有多种选择 有的层层停靠 有的隔 层停靠 有的奇偶层停靠 有的分区停靠 层数更多时则设空中大堂的分区停靠 采用 的形式不同 需要的电梯数量也不同 d 建筑的档次对电梯的要求 不同档次的办公楼对于电梯的服务质量有不同的要求 我国兴建的大多数办公楼标 表3 2 楼高与办公楼人均占有面积的 关系 资料来源 现代高层建筑设计 雷春浓 第三章 超高层办公建筑核心筒各组成部分及其面积估算 17 准与国际标准还有一段距离 但如果是高级办公楼 则应按国际标准来确定电梯的服务 质量 服务质量中一项重要指标是电梯高峰期 5 分钟内的运客量 美国一般为 12 15 日本 11 15 德国 15 17 对于国内高级办公楼 建议高峰期 5 分钟内的运客量 应保证 12 15 对于一般中档办公楼则应保证 10 12 现代高层建筑设计 雷春 浓 电梯服务质量的另一指标是间隔时间 或称候梯时间 通常国外高层办公楼在 30 60s 之间 档次较高的取较小值 对于顶级写字楼为 30s 甲级写字楼为 40s 乙级写字楼没 有具体标准 可取 40 60s 对办公楼而言 电梯如能够满足高峰期上下班人流使用电梯 的运载效率要求 则能为全天提供良好的服务 e 对高峰期出现时间和人数的估算 一般而言 办公楼的上班高峰期在 8 15 9 15 之间 中午 12 点前后是下行的高峰 期 1 00 左右又出现上行的高峰 下午 5 30 6 30 是下行的最高峰 如果是属于一 个单位专用的办公楼 其高峰期时间更短 人流更集中 因此其电梯应具有更大的运载 能力 这种情况下 5 分钟运客量日本取 20 25 德国为 20 25 美国为 15 18 2 电梯速度和轿厢容量的选择 电梯速度与建筑规模 层数 轿厢容量以及停靠站数有关 超高层办公楼通常采用 较高速和较大容量的电梯 穿梭电梯应该速度更快 容量更大 各国采用的电梯速度与轿厢容量大同小异 轿厢容量通常在 1135 1800kg 17 27 人 之间 电梯速度采用中 低速为 1 25 2 5m s 高速为 3 6m s 载重量每档加大 2 4 人 高速每档增大 1m s 低速每档增大 0 5 0 25m s 电梯计算中 高峰期运载量 既可用小容量而数量多的电梯来解决 也可用大容量 而数量少的电梯来解决 一般认为电梯台数多 不如略为加大轿厢尺寸而减少电梯台数 划算 但是 容量大的电梯因为人数多 停站次数多 而降低运载效率 所以 电梯的 选用应综合权衡 取其平衡点 总体来说 电梯速度的选择应随建筑高度的增大而加快 超高层建筑的电梯应达到 2 0 3 0m s 以上为合适 3 电梯数量的估算 一般情况下 我们对写字楼的电梯数量按照下述标准估算 表 3 3 顶级写字楼电梯置标准参数 按照大厦总建筑面积计算 每部客梯服务面积不超过 华南理工大学硕士学位论文 18 4000 平方米 等候时间 不得超过 30 秒 客货分离 货梯至少两部 有先进的智能控制 系统 甲级写字楼电梯配置标准参数 甲级写字楼的电梯内应有高档装饰 按大厦总建筑 面积计算 每部客梯服务面积不超过 5000 平方米 等候时间不超过 40 秒 客货分离 货梯至少 1 部 有完善先进的智能控制系统 乙级写字楼电梯配置标准参数 按大厦总面积计算每部客梯服务面积不超过 6000 平 方米 速度不低于 3 米 秒 表 3 3 电梯配置标准参数 资料来源 作者根据资料统计 3 1 3 电梯数量的计算 随着设计的深入 上述的估算方法稍嫌不够准确 需要精确度更高的计算方法 下 面介绍的计算方法 是以电梯 5 分钟输送能力作为计算依据的 以每台梯服务面积作验 算 1 计算思路及步骤 a 计算思路 先计算出人流高峰期 需要乘梯的人数 然后评估每台梯 5 分钟的运 输能力 再除乘梯的总人数 便可以计算出需要的电梯数量 即 电梯数量 高峰期乘梯总人数 每台梯 5 分钟运输能力 这是电梯计算的基本思路 适用于采用单区或多区电梯系统的情况 至于设有电梯 转换层的区中区电梯系统 可以将每个大区视为独立的建筑物 分别评估每个大区需要 的电梯数量 然后再合计整栋建筑所需的电梯数量总和 当然 还需要加上由首层到达 各个电梯转换层的穿梭电梯的数量 而穿梭电梯的数量亦可通过上述思路进行计算 b 计算步骤通常为 计算建筑内部总人数 确定 5 分钟集中率 确定电梯 的服务方式 预选电梯的载量和速度 计算电梯的 5 分钟输送能力 计算需要的 所谓 等候时间 为电梯不间停运行一周的时间 通常取 5 分钟的集中率 这是因为人们候梯时间超过 5 分钟会产生不耐烦的情绪 研究表明 人流最集中的时间段 出现在上下班高峰期 5 分钟集中率此时为最大值 第三章 超高层办公建筑核心筒各组成部分及其面积估算 19 电梯台数 验算每台梯的服务面积 根据建筑的高度和规模确定电梯的运行方式 超高层一般采用分区电梯系统或者设 有空中大堂的区中区电梯系统 至于多少高度对应哪种电梯系统将在第四章详细分析说 明 再由建筑的高度和档次选择电梯的载量和速度 一般轿厢容量为 1350kg 以上 电 梯速度为 2 5m s 以上 为计算电梯台数 应先算出一台电梯 5 分钟的输送能力 可按下列公式计算 p 300 r t 式中 p 每台电梯 5 分钟运客量 r 底层大厅预计进入每台电梯的人数 电梯额定载人数 x0 8 t 电梯发梯间隔时间 候梯时间 停站时间 候梯时间为电梯无停顿运行一 周时间 也可以根据表 3 3 取值 2x 建筑高度 电梯速度 停站层数 x0 6 t 0 6 为停站的概率 t 为停站 一次的时间 取 3 5s 50 90s 那么 需要的电梯台数 n p p 其中 p 为全部电梯 5 分钟的运客量 建筑物内总人数 x 集中率 对于办公楼同时上班的集中率取 25 16 非同时上班的取 16 12 5 验算 每台电梯服务面积 根据写字楼标准定 详表 3 3 2 计算实例 一栋甲级超高层办公建筑总面积为 60000 若选用电梯的额定载客量为 20 人 估 算需要的电梯数量 建筑物内总人数 60000 14 4286 人 按建筑面积 14 人计算 每台电梯 5 分钟的载客量 300 x20 x0 8 70 69 人 t 40 30 70s 全部电梯 5 分钟的运客量 4286x20 857 人 集中率取 20 需要的电梯台数 857 69 12 13 台 验算每台梯服务面积 60000 12 13 4615 5000 根据写字楼的标准参照表 3 3 检验电梯台数 若偏小 应增大电梯容量 或者提高电梯速度 若偏大 则降低电 梯容量或电梯速度 验算结果 每台梯服务面积 5000 满足要求 对于区中区电梯系统 第一个分区以上的分区尚需考虑电梯转换时间 因此公式里面的 300s 还需要减去乘坐穿梭 电梯的时间 华南理工大学硕士学位论文 20 电梯数量估算出来以后 电梯井道所占面积就很容易计算出来了 电梯井道所占面积 电梯数 x 9 按井道尺寸 3m x 3m 计算 3 1 4 电梯厅面积 核心筒的电梯厅是垂直交通和水平交通的转换枢纽 也是进入楼层的 门户 因此 它既有作为转换交通的空间尺度要求 又有作为楼层总体面貌形象要求 电梯厅的面积 与电梯的数量 布置方式有关 电梯厅的长度等于单侧电梯井道之和 进深则与电梯轿 厢深度以及电梯的布置方式有关 图 3 1 与表 3 4 为电梯厅基本尺寸要求 因此 电梯厅的面积很容易就可以估算出来了 电梯厅面积 s 电梯厅长度 l 单侧电梯井道长度之和 x 电梯厅进深 d 见下表 如果电梯厅有走道穿越 那么电梯厅的进深还要加上走道宽度 其具体尺寸按 设计要求 一般而言 超高层电梯按多台对列的方式布置 每两台电梯需要的面积大概为 3mx4m 12 因此如果不采用设有电梯转换层的区中区电梯系统 则电梯厅的面积与 电梯数量的关系为 s 12n 2 6n n 为单层电梯数量最大值 图 3 1 电梯厅的基本布置方式 图片来源 作者自绘 作为超高层建筑中的电梯转换层 空中大堂 则是电梯厅的一个特例 空中大堂 第三章 超高层办公建筑核心筒各组成部分及其面积估算 21 作为垂直交通的转换枢纽 往往与电梯厅结合设计 构成一个交通转换并具有多种功能 的休息交往空间 空中大堂面积没有一个指标的要求 其大小视乎建筑物档次以及空间 的舒适性需求 表 3 4 候梯厅的布置方式与深度要求 资料来源 民用建筑设计通则 3 2 设备用房及管井 3 2 1 空调专业 表 3 5 空调系统比较 资料来源 作者自绘 华南理工大学硕士学位论文 22 空调专业与核心筒建筑设计关系最密切的是空调机房 分层 及空调竖井的设计 而 这两者的有无 大小及位置由采用的空调系统决定 表 3 5 是关于几种空调系统的比较 表 3 6 是学者对空调设备设置面积的统计 根据不同的空调系统各层机房 新风竖井及 空调水管井的设置情况也有所不同 其适用范围也不一样 建筑师应综合考虑各种情况 选用最合适的系统的同时 对空调机房和管井的有无 大小及位置都要心中有数 空调系统的类型要根据不同的建筑类型 建筑规模以及空调负荷等 进行选用 对 超高层办公建筑而言 采用一个总机房对整栋建筑物进行采暖制冷的形式 显然是不现 实的 大多数情况下每层或者每若干层均需要设置空调机房 而且还不是一个 一般为 两个 也有设三个 四个则很少 因此 根据建筑物的规模 在标准层预留 2 3 个空调 机房的面积成为必要 而另外一方面由于标准层面积大 会产生周边区与内部区空调负荷的不同 周边区 受室外气温 朝向影响大 一般冬季需要供热 夏季需要供冷 内部区受外界影响小 但要考虑照明 办公设备及人员的散热问题 基本上全年都是冷负荷 同时考虑到人体 需要 通风量大 因此 周边区与内部区往往采用不同的系统 周边区可采用风机盘管 方式或变风量方式 而内部区可采用各层机组方式或定风量方式 这也成为标准层配备 多个空调机房的原因之一 表 3 6 空调设备设置面积 资料来源 高层办公综合建筑设计 许安之 艾志刚 3 2 2 电气专业 电气专业与核心筒建筑设计最