超高層建筑之淺見

■趙振源 ■陜西昊晨建設有限公司，陜西 西安 710065

超高層建筑是當代建筑領域的一個重要研究課題，它在城市規劃、建筑設計、結構設計、施工、通風空調、給水排水及電氣等方面，都有特殊的要求，而且均與防火有著非常密切的關系。

超高層建筑因其高度更高且沒有上限，因而面臨的消防問題更加嚴峻。主要表現為：超高層建筑容納的人數很多，垂直撤離距離大，加之火災中人員的恐慌心理，因此安全疏散成為人們首先關注的問題。當火沿著建筑內空間發展時，消防人員會因煙霧的阻礙和垂直攀登距離過長而延誤戰機，而且，當火沿著建筑外墻向上蔓延時，速度非常快，高層建筑的樓梯間、電梯井、管道井、風道等豎向井道，如果防火處理不好，火災時會成為一個個煙囪，成為火災迅速蔓延的途徑。而且高層建筑的特點是層數多，人員集中，多數高層建筑安全疏散主要是靠樓梯，而樓梯間內一旦竄入煙氣，就會嚴重影響疏散。消防人員會因云梯高度不夠和供水不足而無法撲滅升騰的火焰。所以高層建筑的防火主要立足于自救，即主要靠室內消防設施。

綜合各種因素考慮，超高層建筑防火設計應主要體現五個原則：

(1)確保建筑物內的火災荷載與隱患降到最低點。(2)確保建筑物內自動滅火系統的有效性和全面覆蓋。(3)確保建筑物內的人員具有多條高效、可靠的安全疏散途徑。(4)確保防火分區的分隔性，尤其避免出現火災豎向的快速蔓延。(5)確保建筑結構主體不發生連續倒塌。

1 避難層設置的問題

避難層是超高層建筑中供發生火災時人員臨時避難使用的樓層。我國《高層民用建筑設計防火規范》規定：“建筑高度超過100m的公共建筑，應設置避難層(間)。”作為一個供人避險的過渡性空間，避難層的設計必須體現這樣的一些特征：

(1)避難層設置的位置和大小都要根據實際需要考慮。要綜合建筑功能和人員分布情況，對整棟建筑的全過程疏散情況進行模擬分析，以提出最優化的設計方案。(2)避難區域的設置應容易辨識和進入。首層與避難層或避難層之間不宜超過15層，發生火災時，聚集在15層左右的避難人員可以通過云梯直接疏散。(3)每個避難區域應用耐火極限不低于1.5h的防火密封構件并與該樓層的其他部位隔開。防火門應為常閉門或由火災報警系統控制關閉。管道穿越處應設防煙閥，以阻止煙氣侵入。(4)避難區域與消防控制指揮中心之間應設兩種應急通信系統，并可以進入公共通信系統。在避難區域中，人們能得到應急指令，如安全出口的方向、應急救援方案以及如何使用應急通信系統等。

2 交通核

垂直交通是超高層建筑重要的結構組成部分。一般來說，交通核有三種：中央核、雙核、單側核。在傳統的中央核心筒式空間構成模式中，電梯樓梯、設備用房等在平面中央，功能空間占據外圍自然通風、采光、視線良好的位置。中央核心筒利于受力和抗震，但核心筒位置房間需人工采光和機械通風。20世紀70年代前后，“雙核”(雙側外核心筒的布局的出現，利于避難疏散，也使建筑外觀產生變化。垂直交通、服務房間和管道井分散到建筑周邊，適應了結構、設備、網絡設施等專業的需要。服務核位于建筑側面，直接受到太陽的照射，可降低建筑內部的空調負荷。交通核設在建筑周邊，不需設防火加壓風管，降低了設置與營建費用，電梯、門廳有直接對外的視野和自然通風和采光，且易于辨認。

3 超高層建筑體型和風荷載效應

有些人認為高層建筑設計主要是結構方面應考慮得多，而建筑方面沒有多少可以考慮創作的余地，結構在建筑形式中似乎充當了主角的地位，這種看法是不夠正確的。如果說結構是建筑設計的唯一準則的話，那么，我們只能有正方形和圓形的高層建筑，建筑設計只不過重復使用這種單調的建筑形式罷了。但是，風荷載不僅在建筑高度上顯示著它的作用，而且因建筑形體不同，其作用也大有差別。所以，高層建筑設計中，不能認為結構束縛了建筑，相反，這正好有力的說明建筑體型和結構選型相互配合的重要性，也說明建筑師與結構工程師充分配合的必要性。

超高層建筑常用的為群筒結構或筒中筒結構(內筒為剪力墻核心筒，外筒采用框架，柱間距不大于4米)。當建筑物長度L/B不小于2，高寬比H/B不小于3、外圍框架柱間距較密，梁高不小于0.6米時，外圍框架的空間作用顯著，可以利用其做為外筒體。由于外框筒的柱距很密，可以利用它來作為外墻的玻璃窗框，大量節省金屬，更加經濟。

建筑的形體與當地主導風向的角度關系也直接影響到了建筑物所承受風荷載的大小，眾所周知，圓形是應對風荷載最有利的體型，而建筑從內部使用來說，方形或矩形則更加適用。如果局部圓弧形體或矩形的角部朝向主導風向，則會有利的減少風荷載對建筑的影響。

4 超高層建筑光污染問題

正常情況下，人的眼睛由于瞳孔的調節作用，對一定范圍內的光輻射都能適應。但光輻射增至一定量時將會對生活和生產環境以及人體健康產生不利影響，這稱之為光污染。

國際上一般將光污染分成三類，即白亮污染、人工白晝和彩光污染。本文所指的主要是室外污染，如建筑物外墻，典型的是玻璃幕墻。目前光污染已經成為危害人類身體健康的第四大公害。20世紀80年代末，歐美一些國家已有相關法令對建筑外墻裝修裝飾材料進行控制，如限制使用釉面磚和馬賽克裝飾外墻面的面積比例。

超高層建筑往往是一定區域的地標性建筑，其亮化工程就備受關注，如果處理不當，強光干擾問題隨之而來。大城市的夜晚被各種照明燈、廣告燈、霓虹燈映得亮如白晝，強光反射可把附近的居室照的亮如白晝，使人難以入睡，打亂了正常的生物節律，致使白天工作效率低下，還時常會出現安全事故。

5 防治光污染主要從三方面著手

(1)加強城市規劃和管理，合理選擇光源和建材，減少光污染來源。對于已經建成的采用了反光材料的建筑，可采用亞光外墻材料置換，或對受到影響的地段進行遮光和隔光處理。常見的玻璃幕墻解決光污染的方法首先是調節玻璃的透射率和反射率，可以起到明顯的作用，另外利用玻璃幕墻的朝向和太陽角度的關系可以將反射光盡量集中在天空或綠隊等，盡量避免道路和其他建筑的室內直接受到反射光的影響。

(2)進行城市夜景規劃和建筑物立面照明時，應在建筑光學和生態科學的指導下，整體考慮，大力推廣使用新型節能光源。我國的照明比發達國家落后近50年，別的國家早就淘汰的光源今天我們仍在用。由于缺乏專業的設計人員，國內多數夜景照明不僅不節能，還十分刺眼，容易讓人疲倦，與國際標準有一定差距。

(3)制定法律和標準，形成光環境質量要求與光污染防范措施。從節約土地的角度看，超高層建筑能充分利用有限的土地空間，提高城市運轉效率。城市是人類社會發展進化的產物，時至今日，超高層建筑已經是現代城市的重要組成部分，也是城市發展的推動力量之一。人類必須解決這個已經出現的城市巨物帶來的問題，使之與人類共同走向可持續發展。