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高层建筑设计原理 建筑学院建筑系授课教师 刘新德 第一章绪论 第一节高层建筑的概念与分类自古以来 人类在建筑上就有向高空发展的愿望和需要 东西方古代建筑发展的历史已充分证明了这一点 但是 真正实用 舒适 经济上可被普遍接受 技术上先进 安全可靠 实施快捷的高层建筑 是由十九世纪末诞生 二十世纪逐渐发展成熟的 现代高层建筑的划定标准主要是建筑高度 而依据则是基于本国的经济技术条件和消防装备等具体情况 所以 各国对高层建筑的起始高度的定义就有很大差异 1 直到1972年国际高层建筑会议上 美国宾夕法利亚州伯利克市 才对高层建筑的定义取得了较统一的认识 并将之划分为四类 第一类高层建筑 9 16层 最高到50米 第二类高层建筑 17 25层 最高到75米 第三类高层建筑 26 40层 最高到100米 第四类高层建筑 40层以上 高度100米以上 2 我国现行 高层民用建筑设计防火规范 规定 1 10层或10层以上的居住建筑 包括首层设置商业网点的住宅 2 建筑高度超过24米的公共建筑 不含单层主体超过24米的体育馆 剧院等及防空地下室 3 高度超过100米的所有居住及公共建筑均属超高层建筑 第二节高层建筑的起源 发展及趋势概况1 区域上高层建筑诞生于美国 成熟于美国 由美国传向世界 已成为二十世纪特有的建筑现象 现在美国已不再热衷于高层建筑了 其重心已转向了亚洲 尤其是中国 日本 马来西亚等国家 芝加哥是高层建筑的故乡 早期的发展阶段 芝加哥与纽约交替领先 大有一竞高下之态势 纽约的帝国大厦 1931年 钢构 102层 381米 办公 纽约世界贸易中心大厦 1972北楼 1973南楼 110层 412米 钢构 办公 曾先后位居世界最高楼达很长时间 而芝加哥的西尔斯大厦 1974年 钢构 110层 443米 办公 重又夺回最高名次至不久以前 为马来西亚之佩重纳斯双塔突破 2 高度上正在寻求向新的高度攀升 英国的利物浦之塔方案139层 550米 日本鹿岛公司构想200层 808米 日本甚至提出了埃罗普利斯500层 2001米高的方案 另外 建筑师们尚在寻求向地下 深海 空间横向发展等可能性途径 3 现代高层起因城市人口的快速增长 建设用地变得十分紧张 迫使建筑向空中发展 城市发展过程中人们对视觉 广告效应的强烈追求和精神 心理作用 经济技术的迅速发展也为其提供了直接的物质条件 垂直交通及其它设备 结构 材料 施工 管理 能源技术等 4 五个发展阶段 见下表 第三节 高层建筑的优点与问题 及其控制方法 一 高层建筑的优点主要表现在五个方面 1 高层建筑区相比多层区 低层区 土地资源利用率高 空地率高 容积率大 绿化覆盖面大 高层建筑向空中 地下发展 可以少占土地 解决城市人口剧增 用地紧张的问题 而空地 绿地是城市避灾 减灾的重要场所 2 高层建筑区建筑面积比例大 容口密度高 各类工程管线服务效率高 节省基础设施建设投资 3 满足大企业对办公楼的规模 形象的需求 现在正风行的智能大厦 intellegentbulding 需要将全体工作人员与现代化办公设备容纳在一个大楼内 以发挥集约 综合效率 同时 宏大有个性的大楼造型是企业形象的最佳体现 4 高层建筑的地下室是城市的防空地下室 5 高层建筑是城市景观的重要组成部分 丰富了城市空间天际线 二 高层建筑的问题1 垂直交通问题这是高层建筑大量人流 货物能否快捷上下 并保证安全的关键所在 也是设计中建筑师的重要工作内容之一 2 结构问题高层建筑的结构问题主要是抵抗侧向风力 地震力 尤其风力是主要不利荷载 因此 高层建筑结构用钢量大 3 高层建筑的外观问题处理不当 会造成严重的环境问题 从总体来说 既要处理好与周围环境的整体关系 又要寻求自身形体上的突破 创造有个性 丰富 符合建筑自身性格和时代审美特性的作品 4 密集高层建筑的出现对城市的影响 高层建筑北面阴影面大 空间灰暗 不利于植物生长和人的身心健康 高层建筑密集区易产生楼群风 对局域小气候和房屋结构不利 5 施工问题 建筑高度大 施工过程中材料 设备和施工人员的垂直运输距离大 时间长 同时高层结构复杂 精度要求高 施工难度大 进度较慢 6 经济问题 由于高层结构特别 用钢量大 施工难度大 所以经济投入较大 小高层相比多层建筑工程平方造价高出20 30 高层和超高层则高出30 80 7 使用者的生理与心理问题 由于离地高度大 空间活动面积小 使用者接触自然要素的几率小 人们生活在 空中鸽笼 中 儿童和老人感到活动不方便 而且易使人产生孤独感 位于纽约曼哈顿区5马路和6马路之间的洛克菲洛中心 由14幢高楼组成 是处理较成功的世界上最集中的高层建筑群之一 历经十年左右才建成 地王 68层384m1996 横滨标志塔 70层 3层塔楼296m1993年 1928年莫瑞斯 B W Morris 所做方案 1930年莱恩哈特和豪夫迈斯特所做方案 1930年联合建筑师所做方案 1933年联合建筑师所做方案 1935年所选最终方案 鸟瞰图 8 高层建筑的环境心理问题高层建筑与环境间的相互影响非常复杂 以下为几个主要方面 1 阳光与阴影根据不同地区的特定自然气候状况 对阳光需求有明显的差异 高层建筑会留下一条长长的影子 但它具有流动性特点 塔式高层建筑的终日阴影最小 板式则相对大的多 见示图 因此 选址 布局时 应注意保持适当的间距 避免给高层之北侧建筑 环境造成日照问题 尤其地 应避免东西向街的南侧街道终日阴冷 另外 现代高层建筑常使用大片玻璃幕墙 会给城市环境造成眩光 并且 处于高反射玻璃的反射区内 气温会升高10 15 对周围小气候环境影响较大 2 噪声与减噪高层建筑内不可避免地有很多噪声 电梯 设备 管道等 通过设备自身减噪处理 隔声材料的使用及设计上的合理安排等措施 已取得了明显的效果 高层建筑设计中应注意风引起的噪声 窗户采用多层不共振玻璃 保持良好的气密性 建筑外型应尽量简洁 另外 外部环境噪声对高层建筑同样有较大影响 街道布置时 应采用开敞式而避免封闭式 尚可以裙房 低层商业建筑起声障作用 3 风对高层建筑的影响高层建筑的风振动会给人带来不舒适感 风荷载影响人体舒适度的因素有以下几方面 振幅 速度与加速度 加速度变动率 1 6次 秒 即引起人的不适 为抵抗风侧力影响 高层建筑设计时应加大进深和严格控制高宽比 除了风对高层建筑本身有种种影响外 对其周围环境也有一定的影响 因气流收缩而产生负压 随之出现涡流 其中向下的气流会影响周围的建筑 且给行人造成影响 4 其它环境问题 三 对高层建筑的合理控制方法1 禁止建造高层建筑此法是一项严格的禁止性政策 应慎之又慎地使用 对城市的一些特定区域 地段 可考虑采用严格禁止法 2 限制高层建筑的高度为保持一定区域的整体环境风貌 可采用限制高度方法 如巴黎旧市区分为五个高度区 分别控制在15 18 25 31 35米范围内 另外 一些地质条件差 有地震灾害的地区 应加以高度限制 3 限制高层建筑选址高层建筑设计除单体质量外 更应重视环境的整体效果 4 以容积率控制高层建筑密度密度越大 空地则越少 必将带来缺乏公共活动场地 绿地和人车拥挤等问题 西方国家许多城市的中心区的高层建筑净密度几乎达到90 100 基本占满基地 同时 一些高层建筑的有效容积率更高大50 如帝国大厦有效容积率为25 78 加上地下面积达40 部分地区现行的控制性建筑容积率 旧金山14以内 芝加哥16以内 我国以不超过10为宜 第四节 影响高层建筑平面与体形的因素 高层建筑形式创意与形体塑造受多种因素的影响 一 设计纲领对平面与形体的影响设计纲领就是通常所说的设计任务书 是在规划立项后 由业主请建筑师及相关专业工程技术人员对项目进行可行性研究 并在此基础上对建筑做出总体策划 将规划目标设定的定性信息转化为对建筑设计的指令性信息 其对高层建筑的一些重大原则已有了大体规定 如投资 规模 面积 层数 高度 功能组成及各种重要设备与设施等 设计纲领往往对设计对象的平面轮廓和造型发生重大的作用 二 功能对平面与形体的影响高层建筑是受综合因素制约的艺术 内容与形式统一 造型是内部空间合乎逻辑的反映 是设计的根本原则之一 基本的平面与形体特征与功能密切相关 现代综合性的高层建筑 大多是采用标准层作竖向累积 积层 重叠在高层主体里 形成高耸兀立的竖向体量 同时把功能复杂 大小不一的空间 安排在主体的低层及其毗邻的附属建筑里 形成高低起伏 富有变化 扁平舒展的横向体量 形成了高层建筑在宏观上最基本的平面与形体特征 标准层平面形状与功能密切相关 如 现代办公室流行采用巨大的灵活空间 根据需要 空间可大可小 可分可合 所以 高层办公楼的标准层平面形状自由度很大 而其它类型建筑的标准层则总是受到功能的种种限制 平面形式与建筑形体应表现出功能要求和类型特征 但应注意形式的自主性和对功能的超越 三 基地形状对平面与形体的影响这是显而易见的 如 窄长的地形适于建条式建筑 小块方整地宜建塔楼 另外一些特殊地段 如十字口 丁字口 锐角交叉口等 则应对用地形状仔细研究 经营 除满足功能外 尚应在形象上下工夫 四 环境对平面与形体的影响1 应与地形 地貌 周围景色浑然一体 2 争取好朝向和良好景观 使建筑平面形式 空间组合及形体处理反映出基地特点 3 城市生态环境要求高层建筑采用合理的规划布局 4 气候环境对平面与形体有明显的影响 不能不考虑气候特点 盲目选用人工调节 经济费用高 因而 不同气候区 如湿热地区与干冷地区的建筑有不同的特征 5 现有建筑环境对平面及形体有一定的影响 有时还是决定性的 五 结构 材料 技术 建筑师的创意 社会人士对建筑的平面和形体均有着重大的影响 第二章高层建筑造型设计第一节高层建筑平面形式与形体塑造 一 高层建筑平面形的构成一般分为 线生形 和 形生形 两种构成方式 1 线生形 以基本线型的组合变化 可生出无穷变化的平面形式 基本线型有三种 直线 凸线和凹线 2 形生形 以基本形为构形基础要素 创造新形体的构形方式 基本形有 正方形 矩形 正三角形 圆形 菱形等 基本形经渐变 弯曲 切割 错叠 群化 减切 伸展 拉压等 可产生各种新的形式 而将原形作交合 取舍 也可产生许多新形式 二 高层建筑形体的三种基本类型 1 纯几何体 建筑形态的基本形式是规则几何体 如 西格拉姆大厦 原纽约世贸中心大厦 2 雕塑体 即建筑形体有雕塑性 如香港的奔达中心 3 象征体 指建筑形体具有某种精神意味或象征性 如 北京铁路西客站造型象征北京西大门 巴黎德方斯巨门 以及巴西首都巴西利亚之国会大厦等 三 高层建筑的造型与构图1 高层主体设计总则 整体性 简洁性 易识别性 2 高层建筑主体的空间与形体组合形式高层建筑造型既可采用对称式构图 也可不对称 既求统一 也需变化 在平面及形体构成上可归结为以下数种类型 单体式 双体式 奔达中心 纽约世贸 吉隆坡佩重纳斯双塔 联体式 德国募黎黑BMW公司大楼 变平面式 通常为上大下小 如金字塔式 退台式 台阶式等 例 旧金山泛美大厦 贝聿铭香港中银大厦等 群体式 常被誉为 城中之城 规模宏大 壮观 以群体式解决复杂的建筑和城市问题 为超大型城市综合体 例 上海商城 自由式 反传统的 不规则式建筑组合 有个性 自由 活泼 第二节高层建筑的形体艺术与创作 形体艺术与创造目的 即是要创造出丰富而协调统一的整体艺术造型 高层 超高层建筑不论从功能上或从整体形式上 一般可明显地划分出三部分 楼下部 脚 楼主干 身 楼顶部 头 三部分有不同的功能和艺术形象特征 主干 身 有塔式 板式 墩式三大类 而各类形体又有很多变化方式 楼脚之裙房做法和楼顶的处理方法也同样非常丰富 如果在设计中善于变化楼的各段之形体 并把握住整体关系 则可创造出异常丰富的高层建筑形体 第三章标准层建筑布局与组合设计 第一节基本概念按竖向空间积层的相同楼层即构成了高层建筑意义上的标准层 高层建筑标准层的平面布局和空间组织 不仅关系到高层建筑主体的大部分乃至绝大部分面积 而且决定着高层建筑形体的造型艺术效果 高层建筑的设计受到来自经济条件 使用功能 结构要求 设备组织 防火规范等各方面的限制和约束 这些约束在很大程度上集中地反映在标准层上 高层建筑构成的实质 基本精神 是 有效的水平重叠加上合理的垂直贯穿 标准层积层方式 有效的水平重叠 指很多个标准层在垂直向的层层积累 合理的垂直贯穿 是在层层累叠的标准层之间 用一定形式 内容的垂直体以某种方式贯穿其中 垂直体通常包含有结构支撑系统 维护构件 内部分隔构件 电梯井 楼梯井和设备管道井等内容 通过垂直体的贯穿 使各水平面 标准层 之间 水平面与地面之间形成支撑和联系 才形成高层建筑 第二节标准层布局和组合设计 核体 在高层建筑设计中 通常将楼梯 电梯 设备辅助用房 管井等集中布置 竖向对齐 贯通 并与相应的结构形式结合形成坚强的 核心 用以抵抗巨大的风和地震侧移 该部分称为 核体 壳体 用于办公 居住 娱乐 休息 如客房 等人们日常使用的部分 就 核体 与 壳体 的相对布局和组合而言 反映在标准层平面中 可有 集中式 分散式 和综合式三种主要形式 1 集中式 从使用功能出发 要求高层建筑的标准层有良好的采光 交通流线以及和工作和居住等功能相适应的空间划分 避免相互干扰 集中式 布置方式就是适应高层建筑的这些要求的一种典型方式 它是将 核体 部分集中起来 在标准层中独立成区布置 它与使用部分 壳体 的关系又可分 中心式 对称集中式 偏心集中式和独立集中式等几种方式 1 中心式中心式标准层的布局整体上最均衡 有效使用空间与核体的接触最充分 适合于不同面积大小 平面形状 纵横比例的标准层构成 有效使用面积与主要核体面积的比例可调性好 易于满足不同功能 规模 层数的建筑布置 其应用十分普遍 缺点是 常需要空调 旅馆尤甚 2 对称集中式对称集中式是将核体置于标准层平面中部 两端布置有效使用空间 构成左右对称的功能格局 特点是 核体不影响房间采光 通风 横向刚度好 交通方便 如日本大阪阪急豪华大楼标准层 图 3 偏心集中式将核体集中布置在标准层的一端或一侧 形成偏心集中式布置 当核体位于一端时 则另一端为使用空间 使用空间很集中 空敞 且自由性强 能较好地适应局促 不规则用地 或对建筑平面和空间有特殊设计要求的情况 当建筑基地较小 总平面布置中人流 车流受到一定限制时 常采用核体偏于一侧的布置方式 图 一端 可为任意多边形 美国纽约共和银行 场地限制 立面需采用竖向线条 一侧 香港爱群大厦 4 独立集中式将核体部分集中独立布置于高层建筑主体之外 则集中偏心式就变成为独立偏心式 核体成为高层主体的附帖式独立体量 有效空间灵活 完整 有利交通 防火和疏散 且使总体造型有变化 图 沙特阿拉伯吉加国家银行 2 分散式由于种种原因 很多情况下需要将高层建筑的每层面积设计的较大 这时就需要根据交通 防火分区 把电梯 楼梯 设备辅助用房及各种设备管井等 分散布置在每个防火分区的合理位置上 以满足垂直交通 紧急疏散等具体要求 因为核体分散均匀布置 使交通短捷 有利于组织双向或多向疏散路线 且可以使平面布局灵活 造型丰富 分散式分 对称分散式 两端式 自由分散式 独立分散式 1 对称分散式将核体一分为二或一分为四 对称布置于两端或四角 特点 交通路线可多向选择 不交叉干扰 符合防火疏散要求 中区空间灵活完整 结构刚度好 图 两端设核体 东京都新市政大楼 两大两小 2 自由分散式根据标准层平面形式与功能组织需要 在兼顾防火疏散和结构合理性的前提下 灵活自由地安排核体布局 呈自由分散式布局 图 上海华亭宾馆平面 3 独立分散式为了使建筑内部功能更为灵活或建筑形体塑造具有较大的可塑性 有时将核体移出平面以外 独立分散布置 可使建筑产生独特的艺术效果 图 德国慕黎黑海波大厦平面 3 综合式以上两种核体布置方式均是典型形式 但更为常用的是综合式布置 有的可能以某种方式为主 而兼有另一种布局特点 有的可能将两种甚至三种方式融为一体 它常兼有各种布局的优点 但若处理不好 也会给使用和管理带来麻烦 降低使用效率 第三节标准层平面规模1 影响标准层规模的因素和有效使用率 1 因素影响标准层平面规模的因素很多 有社会因素 也有美学因素 如 社会因素有 业主个人意愿 行政主管部门的想法 同时又有客观条件诸多因素的限制 如场地约束 工程投资与产出效益 环境与景观品质要求 城市规划及建筑法规控制等 美学因素有 讲求主体的造型比例 追求 宏伟 高耸 挺拔 秀美 等美学效果 2 标准层规模的合理性评价由于影响因素复杂 使高层建筑的标准层平面规模相差很大 规模合理性评价 由于限制因素的复杂性 使得全面综合地评价标准几乎不可能存在 但不可能不考虑其经济效益 也就是有效面积比率 与国外相比 我国的高层和超高层建筑的有效面积率 即效益 总体上偏低 原因有二 首先是标准层面积过小 仅1000 左右 其次是使用部分进深小 国外办公楼使用部分进深可达10 14m 而我国则常为9m以内 经研究表明 标准层面积规模小于1500 或大于3000 时 平面有效率下降较快 另外 层数增加 面积有效率也会降低 标准层有效率一般不应低于65 我国关于高层办公楼的总体建筑系数 而非标准层 建议值为 K1 使用面积 总建面 57 K2 交通面积 总建面 15 25 另外 标准层使用面积单位 平均占外墙长度值应为0 08 0 12m 超高层的外墙造价很高 约占总造价的5 7 并且 外墙过长还会在使用过程中损失大量能量 所以 外墙应尽可能简洁 2 高层办公楼标准层平面面积规模和设计要点 1 规模高层办公楼或写字楼平面空间应符合现代办公行为要求 一般采用大空间 可以灵活分隔的布置方式 标准层平面规模从1000 至1500 较合适 我国有些资料集将标准层规模分为四级 小型600 800 中型800 1200 大型1200 1500 超大型1500 以上平面规模过小 平面有效利用率低 不经济 也不利于办公室或写字间的布置 2 高层办公楼标准层设计要点 标准层平面形式应与体型选择紧密结合 并符合用地 环境及城市规划要求 精心组织平面功能与交通流线 并符合防火及安全疏散规定 从最佳平面效益出发 合理地确定标准层平面规模 并注意提高标准层平面的有效利用率 标准层平面空间尺度选择 应考虑现代办公空间的多样性 灵活性 智能化及不断变革的特点 柱网尺寸通常选择7 2 7 2 8 1 8 1m 或从控制单位面积外墙面长度的角度考虑 开间采用7 2 7 5 7 8 10 8m 进深则以8 0 12m为宜 高层办公建筑 写字楼的交通及辅助设施用房宜集中设置 布局应满足使用功能要求和结构刚度要求 a 电梯配置数量电梯数量确定有专门的一套计算方法 自己查阅资料集 这里介绍一些经验参考数值 客用电梯数量建议按大楼主体总建筑面积确定 一般每3000 5000 设一台 或者 客用电梯数量也可按5分钟运送大楼12 15 工作人员标准进行计算 服务电梯按客梯数量的1 3 1 4考虑 消防电梯按 高层民用建筑设计规范 规定设置 一般高层建筑 100m以内 设1 2台 超高层建筑应不少于2台 消防电梯平时可兼作服务电梯 b 电梯服务方式 全程服务 每层停靠开门 10层以下采用 分区服务 奇偶数停靠 分区停靠 设空中转换厅方式 在一般高层办公楼中 可采用奇 偶数层分开停靠的方式 在超高层办公楼中通常将电梯服务分区分段 以充分发挥电梯的输送能力 有的尚采用空中转换厅接力方式 图 分区服务的几种方式 c 载人电梯布置与侯梯厅的一般要求 图 d 电梯剖面组成 图 第四章高层建筑的安全疏散与垂直交通 高层建筑相比于多层建筑 首要是安全疏散 其次是垂直交通 再就是垂直管线 在有限的空间中争取更多的活动面积 生活与居住在高空中人的心理 高层的结构 建筑经济等问题 高层建筑的安全疏散涉及到底层出口的数量 楼层疏散楼梯的数量与布置 电梯 包括消防电梯 不能作为疏散通道 单元之间的连通 屋顶平台等问题 民用建筑设计通则 规定 1 电梯不得计作安全出口 2 以电梯为主要垂直交通的高层公共建筑和12层及12层以上的高层住宅 每栋楼设置电梯的台数不应少于2台 3 建筑物每个服务区单侧排列的电梯不宜超过4台 双侧排列的电梯不宜超过2 4台 电梯不应在转角处贴邻布置 4 电梯候梯厅的深度应符合表6 8 1的规定 并不得小于1 50m 5 电梯井道和机房不宜与有安静要求的用房贴邻布置 否则应采取隔振 隔声措施 6 机房应为专用的房间 其围护结构应保温隔热 室内应有良好通风 防尘 宜有自然采光 不得将机房顶板作水箱底板及在机房内直接穿越水管或蒸汽管 7 自动扶梯和自动人行道不得计作安全出口 建筑设计防火规范 规定 1 民用建筑的安全出口应分散布置 每个防火分区 一个防火分区的每个楼层 其相邻2个安全出口最近边缘之间的水平距离不应小于5m 2 公共建筑内的每个防火分区 一个防火分区内的每个楼层 其安全出口的数量应经计算确定 且不应少于2个 当符合下列条件之一时 可设一个安全出口或疏散楼梯 除托儿所 幼儿园外 建筑面积小于等于200m2且人数不超过50人的单层公共建筑 3 一 二级耐火等级的公共建筑 当设置不少于2部疏散楼梯且顶层局部升高部位的层数不超过2层 人数之和不超过50人 每层建筑面积小于等于200m2时 该局部高出部位可设置1部与下部主体建筑楼梯间直接连通的疏散楼梯 但至少应另外设置1个直通主体建筑上人平屋面的安全出口 该上人屋面应符合人员安全疏散要求 4 下列公共建筑的室内疏散楼梯应采用封闭楼梯间 包括首层扩大封闭楼梯间 或室外疏散楼梯 医院 疗养院的病房楼 旅馆 超过2层的商店等人员密集的公共建筑 设有歌舞娱乐放映游艺场所且建筑层数超过2层的建筑 超过5层的其它公共建筑 5 自动扶梯和电梯不应作为安全疏散设施 6 公共建筑中的客 货电梯宜设置独立的电梯间 不宜直接设置在营业厅 展览厅 多功能厅等场所内 7 公共建筑和通廊式非住宅类居住建筑中各房间疏散门的数量应经计算确定 且不应少于2个 该房间相邻2个疏散门最近边缘之间的水平距离不应小于5m 当符合下列条件之一时 可设置1个 房间位于2个安全出口之间 且建筑面积小于等于120m2 疏散门的净宽度不小于0 9m 除托儿所 幼儿园 老年人建筑外 房间位于走道尽端 且由房间内任一点到疏散门的直线距离小于等于15m 其疏散门的净宽度不小于1 4m 歌舞娱乐放映游艺场所内建筑面积小于等于50m2的房间 8 居住建筑单元任一层建筑面积大于650m2 或任一住户的户门至安全出口的距离大于15m时 该建筑单元每层安全出口不应少于2个 当通廊式非住宅类居住建筑超过表5 3 11规定时 安全出口不应少于2个 居住建筑的楼梯间设置形式应符合下列规定 通廊式居住建筑当建筑层数超过2层时应设封闭楼梯间 当户门采用乙级防火门时 可不设置封闭楼梯间 其它形式的居住建筑当建筑层数超过6层或任一层建筑面积大于500m2时 应设置封闭楼梯间 当户门或通向疏散走道 楼梯间的门 窗为乙级防火门 窗时 可不设置封闭楼梯间 居住建筑的楼梯间宜通至屋顶 通向平屋面的门或窗应向外开启 当住宅中的电梯井与疏散楼梯相邻布置时 应设置封闭楼梯间 当户门采用乙级防火门时 可不设置封闭楼梯间 当电梯直通住宅楼层下部的汽车库时 应设置电梯候梯厅并采用防火分隔措施 9 地下 半地下建筑 室 安全出口和房间疏散门的设置应符合下列规定 每个防火分区的安全出口数量应经计算确定 且不应少于2个 当平面上有2个或2个以上防火分区相邻布置时 每个防火分区可利用防火墙上1个通向相邻分区的防火门作为第二安全出口 但必须有1个直通室外的安全出口 使用人数不超过30人且建筑面积小于等于500m2的地下 半地下建筑 室 其直通室外的金属竖向梯可作为第二安全出口 房间建筑面积小于等于50m2 且经常停留人数不超过15人时 可设置1个疏散门 歌舞娱乐放映游艺场所的安全出口不应少于2个 其中每个厅室或房间的疏散门不应少于2个 当其建筑面积小于等于50m2且经常停留人数不超过15人时 可设置1个疏散门 地下商店和设置歌舞娱乐放映游艺场所的地下建筑 室 当地下层数为3层及3层以上或地下室内地面与室外出入口地坪高差大于10m时 应设置防烟楼梯间 其它地下商店和设置歌舞娱乐放映游艺场所的地下建筑 应设置封闭楼梯间 地下 半地下建筑的疏散楼梯间应符合本规范第7 4 4条的规定 10 疏散用的楼梯间应符合下列规定 楼梯间应能天然采光和自然通风 并宜靠外墙设置 楼梯间内不应设置烧水间 可燃材料储藏室 垃圾道 楼梯间内不应有影响疏散的凸出物或其它障碍物 楼梯间内不应敷设甲 乙 丙类液体管道 公共建筑的楼梯间内不应敷设可燃气体管道 居住建筑的楼梯间内不应敷设可燃气体管道和设置可燃气体计量表 当住宅建筑必须设置时 应采用金属套管和设置切断气源的装置等保护措施 11 封闭楼梯间应符合下列规定 当不能天然采光和自然通风时 应按防烟楼梯间的要求设置 楼梯间的首层可将走道和门厅等包括在楼梯间内 形成扩大的封闭楼梯间 但应采用乙级防火门等措施与其它走道和房间隔开 除楼梯间的门之外 楼梯间的内墙上不应开设其它门窗洞口 高层厂房 仓库 人员密集的公共建筑 人员密集的多层丙类厂房设置封闭楼梯间时 通向楼梯间的门应采用乙级防火门 并应向疏散方向开启 其它建筑封闭楼梯间的门可采用双向弹簧门 11 防烟楼梯间除应符合本规范第7 4 1条的有关规定外 尚应符合下列规定 当不能天然采光和自然通风时 楼梯间应按本规范第9章的规定设置防烟或排烟设施 应按本规范第11章的规定设置消防应急照明设施 在楼梯间入口处应设置防烟前室 开敞式阳台或凹廊等 防烟前室可与消防电梯间前室合用 前室的使用面积 公共建筑不应小于6 0m2 居住建筑不应小于4 5m2 合用前室的使用面积 公共建筑 高层厂房以及高层仓库不应小于10 0m2 居住建筑不应小于6 0m2 疏散走道通向前室以及前室通向楼梯间的门应采用乙级防火门 除楼梯间门和前室门外 防烟楼梯间及其前室的内墙上不应开设其它门窗洞口 住宅的楼梯间前室除外 楼梯间的首层可将走道和门厅等包括在楼梯间前室内 形成扩大的防烟前室 但应采用乙级防火门等措施与其它走道和房间隔开 12 建筑物中的疏散楼梯间在各层的平面位置不应改变 地下室 半地下室的楼梯间 在首层应采用耐火极限不低于2 00h的不燃烧体隔墙与其它部位隔开并应直通室外 当必须在隔墙上开门时 应采用乙级防火门 地下室 半地下室与地上层不应共用楼梯间 当必须共用楼梯间时 在首层应采用耐火极限不低于2 00h的不燃烧体隔墙和乙级防火门将地下 半地下部分与地上部分的连通部位完全隔开 并应有明显标志 高层建筑设计防火规范 规定 1 消防控制室宜设在高层建筑的首层或地下一层 且应采用耐火极限不低于2 00h的隔墙和1 50h的楼板与其它部位隔开 并应设直通室外的安全出口 2 高层建筑内的观众厅 会议厅 多功能厅等人员密集场所 应设在首层或二 三层 当必须设在其它楼层时 应符合下列规定 一个厅 室的建筑面积不宜超过400m2 一个厅 室的安全出口不应少于两个 必须设置火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统 幕布和窗帘应采用经阻燃处理的织物 3 高层建筑内的歌舞厅 卡拉OK厅 含具有卡拉OK功能的餐厅 夜总会 录像厅 放映厅 桑拿浴室 除洗浴部分外 游艺厅 含电子游艺厅 网吧等歌舞娱乐放映游艺场所 以下简称歌舞娱乐放映游艺场所 应设在首层或二 三层 宜靠外墙设置 不应布置在袋形走道的两侧和尽端 其最大容纳人数按录像厅 放映厅为1 0人 m2 其它场所为0 5人 m2计算 面积按厅室建筑面积计算 并应采用耐火极限不低于2 00h的隔墙和1 00h的楼板与其他场所隔开 当墙上必须开门时应设置不低于乙级的防火门 当必须设置在其它楼层时 尚应符合下列规定 不应设置在地下二层及二层以下 设置在地下一层时 地下一层地面与室外出入口地坪的高差不应大于10m 一个厅 室的建筑面积不应超过200m2 一个厅 室的出口不应少于两个 当一个厅 室的建筑面积小于50m2 可设置一个出口 应设置火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统 应设置防烟 排烟设施 并应符合本规范有关规定 疏散走道和其他主要疏散路线的地面或靠近地面的墙上应设置发光疏散指示标志 4 高层建筑每个防火分区的安全出口不应少于两个 但符合下列条件之一的 可设一个安全出口 十八层及十八层以下 每层不超过8户 建筑面积不超过650m2 且设有一座防烟楼梯间和消防电梯的塔式住宅 每个单元设有一座通向屋顶的疏散楼梯 且从第十层起每层相邻单元设有连通阳台或凹廊的单元式住宅 除地下室外的相邻两个防火分区 当防火墙上有防火门连通 且两个防火分区的建筑面积之和不超过本规范规定的一个防火分区面积的1 40倍的公共建筑 5 塔式高层建筑 两座疏散楼梯宜独立设置 当确有困难时 可设置剪刀楼梯 并应符合下列规定 剪刀楼梯间应为防烟楼梯间 剪刀楼梯的梯段之间 应设置耐火极限不低于1 00h的实体墙分隔 剪刀楼梯应分别设置前室 塔式住宅确有困难时可设置一个前室 但两座楼梯应分别设加压送风系统 6 高层居住建筑的户门不应直接开向前室 当确有困难时 部分开向前室的户门均应为乙级防火门 商住楼中住宅的疏散楼梯应独立设置 7 高层公共建筑的大空间设计 必须符合双向疏散或袋形走道的规定 8 高层建筑的安全出口应分散布置 两个安全出口之间的距离不应小于5 00m 安全疏散距离应符合表6 1 5的规定 9 高层建筑内的观众厅 展览厅 多功能厅 餐厅 营业厅和阅览室等 其室内任何一点至最近的疏散出口的直线距离 不宜超过30m 其它房间内最远一点至房门的直线距离不宜超过15m 10 位于两个安全出口之间的房间 当面积不超过60m2时 可设置一个门 门的净宽不应小于0 90m 位于走道尽端的房间 当面积不超过75m2时 可设置一个门 门的净宽不应小于1 40m 11 高层建筑内走道的净宽 应按通过人数每100人不小于1 00m计算 高层建筑首层疏散外门的总宽度 应按人数最多的一层每100个不小于1 00m计算 首层疏散外门和走道的净宽不应小于表6 1 9的规定 12 建筑高度超过100m 且标准层建筑面积超过1000m2的公共建筑 宜设置屋顶直升机停机坪或供直升机救助的设施 并应符合下列规定 设在屋顶平台上的停机坪 距设备机房 电梯机房 水箱间 共用天线等突出物的距离 不应小于5 00m 出口不应少于两个 每个出口宽度不宜小于0 90m 在停机坪的适当位置应设置消火栓 停机坪四周应设置航空障碍灯 并应设置应急照明 13 除设有排烟设施和紧急照明者外 高层建筑内的走道长度超过20m时 应设置直接天然采光和自然通风的设施 14 高层建筑的公共疏散门均应向疏散方向开启 且不应采用侧拉门 吊门和转门 自动启闭的门应有手动开启装置 15 建筑物直通室外的安全出口上方 应设置宽度不小于1 00m的防火挑檐 16 一类建筑和除单元式和通廊式住宅外的建筑高度超过32m的二类建筑以及塔式住宅 均应设防烟楼梯间 防烟楼梯间的设置应符合下列规定 楼梯间入口处应设前室 阳台或凹廊 前室的面积 公共建筑不应小于6 00m2 居住建筑不应小于4 50m2 前室和楼梯间的门均应为乙级防火门 并应向疏散方向开启 17 裙房和除单元式和通廊式住宅外的建筑高度不超过32m的二类建筑应设封闭楼梯间 封闭楼梯间的设置应符合下列规定 楼梯间应靠外墙 并应直接天然采光和自然通风 当不能直接天然采光和自然通风时 应按防烟楼梯间规定设置 楼梯间应设乙级防火门 并应向疏散方向开启 楼梯间的首层紧接主要出口时 可将走道和门厅等包括在楼梯间内 形成扩大的封闭楼梯间 但应采用乙级防火门等防火措施与其它走道和房间隔开 18 单元式住宅每个单元的疏散楼梯均应通至屋顶 其疏散楼梯间的设置应符合下列规定 十一层及十一层以下的单元式住宅可不设封闭楼梯间 但开向楼梯间的户门应为乙级防火门 且楼梯间应靠外墙 并应直接天然采光和自然通风 十二层及十八层的单元式住宅应设封闭楼梯间 十九层及十九层以上的单元式住宅应设防烟楼梯间 19 十一层及十一层以下的通廊式住宅应设封闭楼梯间 超过十一层的通廊式住宅应设防烟楼梯间 20 楼梯间及防烟楼梯间前室应符合下列规定 楼梯间及防烟楼梯间前室的内墙上 除开设通向公共走道的疏散门和本规范第6 1 3条规定的户门外 不应开设其它门 窗 洞口 楼梯间及防烟楼梯间前室内不应敷设可燃气体管道和甲 乙 丙类液体管道 并不应有影响疏散的突出物 居住建筑内的煤气管道不应穿过楼梯间 当必须局部水平穿过楼梯间时 应穿钢套管保护 并应符合现行国家标准 城镇燃气设计规范 的有关规定 21 除通向避难层错位的楼梯外 疏散楼梯间在各层的位置不应改变 首层应有直通室外的出口 疏散楼梯和走道上的阶梯不应采用螺旋楼梯和扇形踏步 但踏步上下两级所形成的平面角不超过10 且每级离扶手0 25m处的踏步宽度超过0 22m时 可不受此限 22 除本规范第6 1 1 条第6 1 1 1款的规定以及顶层为外通廊式住宅外的高层建筑 通向屋顶的疏散楼梯不宜少于两座 且不应穿越其它房间 通向屋顶的门应向屋顶方向开启 23 地下室 半地下室的楼梯间 在首层应采用耐火极限不低于2 00h的隔墙与其它部位隔开并应直通室外 当必须在隔墙上开门时 应采用不低于乙级的防火门 地下室或半地下室与地上层不应共用楼梯间 当必须共用楼梯间时 应在首层与地下或半地下层的出入口处 设置耐火极限不低于2 00h的隔墙和乙级的防火门隔开 并应有明显标志 24 每层疏散楼梯总宽度应按其通过人数每100人不小于1 00m计算 各层人数不相等时 其总宽度可分段计算 下层疏散楼梯总宽度应按其上层人数最多的一层计算 疏散楼梯的最小净宽不应小于表6 2 9的规定 25 室外楼梯可作为辅助的防烟楼梯 其最小净宽不应小于0 90m 当倾斜角度不大于45 栏杆扶手的高度不小于1 10m时 室外楼梯宽度可计入疏散楼梯总宽度内 室外楼梯和每层出口处平台 应采用不燃材料制作 平台的耐火极限不应低于1 00h 在楼梯周围2 00m内的墙面上 除设疏散门外 不应开设其它门 窗 洞口 疏散门应采用乙级防火门 且不应正对梯段 26 公共建筑内袋形走道尽端的阳台 凹廊 宜设上下层连通的辅助疏散设施 27 下列高层建筑应设消防电梯 一类公共建筑 塔式住宅 十二层及十二层以上的单元式住宅或通廊式住宅 高度超过32m的其它二类公共建筑 28 高层建筑消防电梯的设置数量应符合下列规定 当每层建筑面积不大于1500m2时 应设1台 当大于1500m2但不大于4500m2时 应设2台 当大于4500m2时 应设3台 消防电梯可与客梯或工作电梯兼用 但应符合消防电梯的要求 29 消防电梯的设置应符合下列规定 消防电梯宜分别设在不同的防火分区内 消防电梯间应设前室 其面积 居住建筑不应小于4 50m2 公共建筑不应小于6 00m2 当与防烟楼梯间合用前室时 其面积 居住建筑不应小于6 00m2 公共建筑不应小于10m2 消防电梯间前室宜靠外墙设置 在首层应设直通室外的出口或经过长度不超过30m的通道通向室外 消防电梯间前室的门 应采用乙级防火门或具有停滞功能的防火卷帘 消防电梯的载重量不应小于800kg 消防电梯井 机房与相邻其它电梯井 机房之间 应采用耐火极限不低于2 00h的隔墙隔开 当在隔墙上开门时 应设甲级防火门 消防电梯的行驶速度 应按从首层到顶层的运行时间不超过60s计算确定 消防电梯轿厢内应设专用电话 并应在首层设供消防队员专用的操作按钮 消防电梯间前室门口宜设挡水设施 消防电梯的井底应设排水设施 排水井容量不应小于2 00m3 排水泵的排水量不应小于10L s 30 除建筑高度超过50m的一类公共建筑和建筑高度超过100m的居住建筑外 靠外墙的防烟楼梯间及其前室 消防电梯间前室和合用前室 宜采用自然排烟方式 31 采用自然排烟的开窗面积应符合下列规定 防烟楼梯间前室 消防电梯间前室可开启外窗面积不应小于2 00m2 合用前室不应小于3 00m2 靠外墙的防烟楼梯间每五层内可开启外窗总面积之和不应小于2 00m2 长度不超过60m的内走道可开启外窗面积不应小于走道面积的2 需要排烟的房间可开启外窗面积不应小于该房间面积的2 净空高度小于12m的中庭可开启的天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭地面积的5 32 防烟楼梯间前室或合用前室 利用敞开的阳台 凹廊或前室内有不同朝向的可开启外窗自然排烟时 该楼梯间可不设防烟设施 第五章高层建筑结构概念设计 结构骨架是高层建筑成立的根本所在 作为建筑师必须对结构在平面中的表现方式 结构对建筑功能组织和平面布局的影响 不同结构类型的不同特性和适用范围等结构概念有较清楚的了解 下面对高层结构概念作简介一 选用有效的建筑体型标准层应简单 规整 以保证刚度均匀 减少因偏心而造成的扭转 建筑体型应对结构受力有利 目前 公认的优化高效能体形 除平面为正方形或接近正方形的柱体外 还有全三角形 长金字塔形 泛美大厦 横向尺寸上窄下宽形 收分形 圆柱形 三棱形等 这些形体的结构体系能有效地对侧向力形成三维反应 从而增大整体结构的侧刚度 二 控制高宽比 H B 形体比例太细长时 刚度小 在风 地震侧应力作用下弯曲变形大 几种结构类型相应适宜的高宽比值 框架 框架 剪力墙 单筒 5 小于4为好 剪力墙 筒中筒 束筒 6 小于5为好 三 高层建筑结构选型1 几种典型结构体系的适用范围应采用合理的结构选型 这是高层建筑功能和艺术造型的依据 目前 高层建筑中常见的结构体系有 框架体系 剪力墙体系 框架 剪力墙体系 筒体体系等 它们有各自相应的适用高度范围 见下表 2 几种常用结构体系简介 1 框架体系 由横梁将柱与柱联系为整体 构成承重骨架 15层以内一般采用钢筋混凝土材料 当跨度大 层数多 荷载大时 可采用钢框架 平面形式可有多种变化 视具体情况而定 钢框架是早期高层建筑的主要结构形式 优点显而易见 缺点是刚度弱 怕火烧 2 剪力墙体系a 剪力墙体系是利用外墙 内墙作为承重骨架的一种结构体系 b 以传统的墙代替梁 柱承载 同时兼有空间分隔 维护作用 c 剪力墙既承受垂直荷载 又承受侧向剪力 故得名 抗侧剪力性能好 最高可达50层 d 剪力墙形状无任何限制 矩形 弧形 三角形 角铁形等均可 图 e 剪力墙布置应与使用功能巧妙结合 并注意合理间距 分布均匀 高层中的核体 功能与结构合而为一 剪力墙间距太密则不便空间灵活 分布不均匀则使大楼各部分刚度不均匀 整体性差 图 剪力墙平面布置示例 f 剪力墙结构最适合于旅馆 住宅 结构与使用空间能有机结合 g 剪力墙体系之低层段 通常指裙房 可通过一定的结构措施转换为框支方式 使低层空间流通 开敞 3 框架 剪力墙体系将框架与剪力墙相结合为一体的结构体系 竖向力共同承担 侧向力之80 90 由剪力墙承受 10 20 由框架承担 适宜层数为15 30层 适合于高层综合体 平面布局和造型均有很大灵活性 4 筒体体系这是60年代以后常用于超高层建筑 100m 的结构体系 实际上 筒体是由框架和剪力墙结构发展而成 它是由若干片纵横交错的框架墙或剪力墙所围成的筒状封闭骨架 不仅能承受竖向荷载 而且能承受很大的水平荷载 图 筒体示意 根据筒体的数量 布置和组成不同 又可分为 框 筒 筒中筒 组合筒等三种体系 框 筒体系a 它分内筒外框和外筒内框两种 b 外筒内框使用较少 c 内筒外框更多使用 竖向荷载共同承担 主要侧载由筒体承担 内筒能与功能巧妙结合 外框可提供开敞的幕窗 筒中筒内外设置两层或更多层筒 能承受很大的水平力 大多用于40层或100m以上的超高层 由于结构传力原因 采用正方形或接近正方形的平面为绝大多数 圆形也可 组合筒 也称束筒 组合筒体系结构刚度比筒中筒更强大 组合方式是将若干个筒体组合在一起 图 4 其它结构体系除以上介绍的几种常用高层建筑结构体系外 还有一些非常规的结构体系 如 深梁体系 高层悬挂体系 钢管混凝土结构 巨型结构 结构外墙体系 空间井体体系 立面大开洞 设加强层 4 其它结构体系除以上介绍的几种常用高层建筑结构体系外 还有一些非常规的结构体系 如 深梁体系 高层悬挂体系 钢管混凝土结构 巨型结构 结构外墙体系 空间井体体系 立面大开洞 设加强层 第六章高层建筑的变形缝变形缝的设置是高层建筑设计中常见的问题之一 建筑物的变形缝通常分为 温度缝 伸缩缝 沉降缝 和防震缝三种 1 温度缝 温度缝的设置主要是为了解决房屋过长时 在温度变化大 变形过大 导致房屋开裂而引起的破坏或者外观不安全问题 一般只需基础以上断开 设缝 根据结构类型 建筑达到一定长度需设缝 钢筋混凝土剪力墙结构 50m 现浇钢筋混凝土框架结构 55m 装配式钢筋混凝土 75m 具体尚有其它相关规定 如室内 土中 露天等 2 沉降缝沉降缝的设置是为了防止房屋沉降不均匀 而引起的破坏 下列情况需设 a 当地基土层变化大 压缩性有显著差异时设 b 建筑物本身高度 荷载相差大时 如主体与裙房之间 c 基础底面标高相差大时 如部分设地下室 部分不设地下室 地基处理不一致时 d 沉降缝须从基础开始全部断开 3 防震缝地震设防地区 当建筑外形复杂或各部分刚度 高度 重量相差悬殊时 设防震缝以将建筑划分为若干个简单形体部分 缝宽应大于地震可能造成的顶点侧移之和 并留余地 一般大于50 70mm 不得小于50mm 4 注意 三缝应统筹布设 尽可能合设 以免到处是缝 另外 缝的构造处理应解决防水和外观问题 第六章高层建筑楼间协调设计 层间协调 塔基 标准层 塔顶 以及设备层 避难层 结构转换层 结构加强层等 地下室 半地下室 底层 一至六层 标准层顶部使用层避难层 间 适用于超高层 加强层为纯结构问题设备层结构转换层 一 设备层指有效面积主要用于布置设备的楼层 一般高层建筑 100m以内 的主要设备层分设于地下层和楼顶即可 裙房与主塔交接处 常根据需要结合结构转换层设小型设备及布设管线 超高层建筑则尚需设中间设备层 设备层 间 的主要内容为 空调 给排水 电气和电梯等机房设备 要求承载能力大于标准层 层高也相对要求较高 4 0 6 5m不等 二 结构转换层1 转换层的功能 1 提供低层部大空间剪力墙间距小时 底部可通过设结构转换层变成框支体系 以提供商业 会议 餐厅等大空间 2 为建筑提供大的入口超高层建筑常采用密排柱式外框筒 柱距常在3米以内 无法提供较大的入口 必须通过转换层改变柱距 以形成入口 2 转换层按结构功能分类分三类 1 上下层结构类型转换 2 上下层柱网 轴线改变 3 同时转换结构类型和结构轴线布置 3 转换层的结构形式结构形式可以采用 巨梁式 桁架式 空腹桁架式 箱型和厚板式转换层 巨梁式最简单 广泛 三 地下车库简介高层建筑常利用地下层空间做车库 以坡道与地面相通 每股车道的设计通过能力为每小时300辆小车 但考虑消防和战备 停50辆车以上的车库 至少须在两个方向上设两条坡道 注意以下几点 1 坡道要求 1 道宽要求单车直坡道宽 3 0 3 5m 双车直坡道宽 5 5m 单车曲坡道宽 4 2 4 5m 双车曲坡道宽