论述超高层办公建筑核心筒设计研究

论述超高层办公建筑核心筒设计研究

谢剑良

广东省建筑设计研究院有限公司,广东深圳,518000

摘要：随着经济的发展，越来越多的超高层建筑被建造。然而，为了确保超高层建筑的质量，必须在前期进行仔细地设计工作。本文将阐述超高层建筑的特点和作用，并分析超高层办公建筑核心筒设计的关键要素，以提高超高层建筑的优化水平，从而实现经济合理的设计。

关键词：超高层；办公建筑；核心筒；设计

引言：随着经济的发展和土地资源的短缺，超高层建筑的兴建越来越普遍。超高层建筑不仅与人们的日常生活密切相关，同时也是城市发展中的璀璨明珠。在超高层建筑中，核心筒是其生存之本。在超高层建筑的设计中，核心筒的设计是非常关键的一部分，一个优秀的核心筒设计不仅可以提高空间利用效率，还能够满足结构受力要求，从而实现经济和谐统一的目标。

一、超高层办公建筑概述

1、超高层办公建筑的特点。根据中国（民用建筑设计通则GB50352-2005规定：建筑高度超过100m时,不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。国际上依据1972年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上,专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。超高层建筑指40层以上,高度100米以上的建筑物。超高层建筑由于所占地面面积小,而容积率高,建筑高度大于100米，所以超高层建筑造价会比一般类型建筑高。这主要是由于超高层建筑设计和施工工艺会与普遍建筑存在较大的差异，结构和相关设备更为复杂,而且要保证结构自身的抗震、抗风等性能和荷载。

2、超高层建筑的作用。超高层建筑有利于提升城市容量,众所周知,我国城市建设用地紧缺,因为耕地和林地的保护原则,合适的城市发展的用地紧缺。如深圳的城市发展就被城市土地供应所限制,需要发展城市更新和与周边城市捆绑发展。那么在有限的土地资源条件下,高层乃至超高层建筑是提升城市容量的必要手段，所以,目前我们所看到的大部分城市核心区或者旧城区更新改造项目，容积率往往会提升到5以上。这些区域比起原规划,就大幅提升了城市的容量。此外，对标香港的维多利亚港、纽约的曼哈顿、伦敦的道克兰码头区,都是城市的形象区域,城市需要超高层建筑打造城市名片提升城市品位与价值。国内的城市规划发展都注意到了这点,例如上海的浦东新区、广州的珠江新城.深圳的深圳湾都是成功的佐证,均成为城市的名片,化身城市的金融科技、文化时尚中心。

本文主要以深圳华润深润大厦为例，解析单核核心筒的设计要点。

二、超高层核心筒设计的限制条件

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，因此每个业主，尤其成熟的开发商都有自己实用率要求。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。根据办公楼档次定位的不同，对实用率要求也会不同。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显然是粗暴的通过牺牲舒适来提高实用率，并非上策。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。具体策略有：1、多次优化管井布置，水暖共井，利用高度设置夹层进行管线转换的；2、避免4.5m层高设置双跑楼梯；3、客梯并排共井，中间采用钢梁分隔；4、采用型钢混凝土柱，精简洁构剪力墙的厚度；5、采用BIM进行管线优化排布等。

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，楼梯在避难层必须先进入避难区再进入往下的疏散楼梯，两个口之间距离不宜过远，应容易被发现。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。

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他工种的协调。

4、保证设备正常运行及日后升级可能性的限制。超高层为塔式建筑，屋面能摆放设备的空间极小，因此利用结合避难层设置各个分区的机电设备是常规设计手段。设置设备区的前提是必须先满足消防避难区的净面积。设备区与核心筒管井应就近衔接，尽量较少不必要的交叉。设备区需要有大量的取风和排风百叶，对建筑物的立面也会造成破坏，在满足规范的前提下，尽量集中设置，有利于对百叶做美化处理。超高层一旦建成以后，大刀阔斧地改建扩建不大可能，所以对日后产生的功能变化要有一定的应对策略，例如对有餐饮需求的超高层，应提前预留足够的油烟井直通屋面等。

三、核心筒的设计要点

1、平面组织。超高层核心筒的平面形态受约于超高层建筑的形体变化、平面轮廓、建筑体量等，尤其是针对建筑体量从下往上整体缩小的建筑，其核心筒轮廓按照电梯分区逐区消减、整体需竖向收进缩小。分析上海中心大厦、上海环球金融中心、深圳京基金融中心大厦、广州西塔、香港国际金融中心二期、上海金茂大厦、台州天盛中心、杭州奥克斯未来科技城、浙江之门等诸多超高层项目，综合考虑建筑平面的经济性、使用效率，标准层的面积一般控制在2000-3000平方米，办公有效使用面积约70%—75%（含走道面积），即核心筒面积占标准层的25%—30%。通常会将楼电梯、设备机房和管井、卫生间等集中布置在建筑平面的中心。其中，电梯井道是竖向交通的功能核心，约占核心筒总面积的30%，其次为设备机房和管井，面积需求第二，约占25%，其中空调机房为设备机房内主要空间。疏散楼梯面积需求约占15%，而候梯厅、前室等交通通道作为联系空间，约占核心筒总面积的30%，为节约分区候梯厅的使用效率，一般将卫生间、清洁间、茶水间放在除该区候梯厅外的其他交通空间内。以深润大厦为例，标准层面积为2250平方米，低区实用率为72%。核心筒面积630平方米，电梯井道28%，楼梯14.6%，管井24.8%，其余32%为电梯厅及走道交通空间，基本符合通用占比。

2、交通组织。针对超高层的交通，主要分为竖向的楼电梯交通系统和建筑标准层上的电梯候梯厅、疏散走道和前室等，其中电梯竖向交通的是核心筒设计的重要环节，一般分为客梯、服务电梯和消防电梯，其中客梯的运行速度、平稳高效和舒适度是衡量整个建筑设计品质、安全性能和经营服务质量的关键。在满足整个建筑的垂直运输需求较为高效的前提下，利用最少的电梯和井道来达到经济性是电梯设计的关键所在。对于超高层办公楼来说，电梯的早高峰上行成为首先解决的目标。再确定电梯数量、载重和速度，计算出全部电梯所要服务的总人数、高峰期某一时刻所需服务的最大客运量、电梯平均间隔时间以及乘客从起点到达目的地的全行程时间。在此基础上，根据建筑的高度进行合理的分区，一般以一个避难层，大约50米（10-15层）为一个区域，其中根据实际需要，低区层数可大于高区，电梯速度随分区的增高而加快。当高度超过一定数值时，会采取转换梯+分区的方式来设计，由底层乘坐穿梭梯到达一个或多个空中大堂，再进行分区乘梯，往往中高区会再次利用低区的井道以达到重复合理利用。

3、消防安全和疏散。建筑高度高，使消防安全和疏散具有很大的挑战性，需要达到快速疏散。根据建筑设计防火规范要求，设置自动灭火系统的超高层办公楼，其防火分区面积可达3000平方米，在设计时一般将标准层控制在3000平方米内，即一个防火分区。除设计监控、感应系统和自动灭火系统外，每个防火分区内需设置两部以上的疏散楼梯，疏散走道、疏散门和疏散楼梯宽度根据人口密度计算来确定，尽最大可能将安全出口扩大，保证疏散的快速、安全。疏散楼梯的位置一般分两端或对角设计，点式建筑一般形成环形疏散走道，最大化地缩短疏散距离。同时，需设计一部以上的消防电梯，系统独立，满足消防救援时快速到达现场。而竖向上，合理设计避难层，保证疏散的安全高效。

结束语：在快速发展的经济环境下，超高层办公建筑已经成为一种趋势,而核心筒的设计将影响超高层建筑的质量，因此,要求设计人员在进行设计时,需要明确核心筒设计的意义,熟练掌握超高层建筑设计的要点,结合实际情况，做好电梯厅、疏散通道等的优化设计,做好功能分区,优化核心简的面积，提高标准层的使用效率。

参考文献：

[1]孙园园.浅析超高层办公建筑核心筒设计[J].工程建设与设计,2019(8):7-8.

[2]刘宁.浅析绿色节能视野下超高层办公建筑核心筒设计策略[J].建筑与装饰,2020(27):27.

[3]柯美雄.超高层办公建筑核心筒设计及其要点分析[J].建筑工程技术与设计,2020(15):679.