高層建筑設(shè)計中的若干問題探討

陳云強(qiáng)

（廣東啟源建筑工程設(shè)計院有限公司，廣東 東莞 523011）

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和人民群眾生活水平的不斷提高，各類高層建筑拔地而起，建筑高度的不斷增加、風(fēng)格的變化多樣，給高層結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了新的課題和挑戰(zhàn)。為切實解決好高層建筑相關(guān)問題，筆者在深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合建筑實際，就實踐中如何改進(jìn)這些問題做一探討，供大家參考。

1 由普通問題轉(zhuǎn)化而來的特殊問題

1.1 設(shè)備與設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計方面的問題

從土建工程的角度出發(fā)，超高層建筑的建造在技術(shù)方面一般是沒有問題的。我國曾多次提出超高層建筑的建造，由此可見超高層建筑的建造在技術(shù)上是可行的。然而，如果從設(shè)備及設(shè)備系統(tǒng)的角度出發(fā)，超高成建筑的建造就沒那么簡單了，因為超高層建筑并不是將普通建筑進(jìn)行拉伸和簡單地疊加。這樣一來，存在于一般建筑中簡單的問題，在超高層建筑內(nèi)就變成了相對特殊的問題，要求相關(guān)人員給予特別關(guān)注并進(jìn)行相應(yīng)的處理。另外，高層建筑必須承受側(cè)向的風(fēng)力，該問題也是人們必須予以重視的。

1.2 防排煙系統(tǒng)設(shè)計中的問題

1.2.1 沒有正確認(rèn)識排煙方式的差別

在城市用地不斷緊張的同時，越來越多的超高層建筑拔地而起。有些開發(fā)商為節(jié)省投資，在超高層建筑設(shè)計的過程中，對于消防電梯間前室、防煙樓梯間及其前室的防煙設(shè)施的設(shè)計都是運(yùn)用自然排煙的方式，并無有關(guān)機(jī)械防煙設(shè)施的設(shè)計。然而，事實上，在外界自然環(huán)境的影響下，超高層建筑內(nèi)不可再使用自然排煙的方式。

1.2.2 未對不具備自然排煙條件的封閉樓梯間進(jìn)行防煙設(shè)計

在超高層建筑設(shè)計中，特別是那些大型的商場，在中部設(shè)有封閉的樓梯，為了節(jié)省投資、擴(kuò)大商場的使用面積，很多設(shè)計中并沒有根據(jù)規(guī)范去設(shè)正壓送風(fēng)，也沒有增設(shè)前室。

1.3 電梯設(shè)計中存在的問題

電梯在超高層建筑中非常重要，被看作是“生命線”。以紐約世貿(mào)中心為例，在這個超高層建筑中共有246個電梯，在這些電梯高速運(yùn)行時，若大樓發(fā)生15.24 cm以上的晃動，那么電梯鋼纜將由于一松一緊而造成受力不均而帶來損害，甚至引發(fā)危險。針對這種現(xiàn)象，他們設(shè)計了相應(yīng)的報警系統(tǒng)以及電梯鋼纜隨動的跟蹤機(jī)構(gòu)，從而對電梯鋼纜的長度進(jìn)行及時調(diào)整，使其均勻受力。

此外，還有些現(xiàn)象是在普通建筑設(shè)計中不會出現(xiàn)的，即在冬天氣溫較低的條件下，很可能因為低層與地下室內(nèi)的冷空氣進(jìn)入電梯井，在煙囪效應(yīng)的影響下，產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流，使得電梯門無法關(guān)上。同時，也可能把底層的某種氣味帶入高層中，如廚房的油煙味等，如果在底層和地下室內(nèi)進(jìn)行電焊操作，或者有燃?xì)庑孤瑲饬骶蜁鸦鹪磶нM(jìn)高層，造成極端危險的情況。

通過以上分析，可以看出對普通建筑來說比較簡單的事情，在高層建筑中都可能成為復(fù)雜的問題，甚至很大的麻煩。究其原因，主要在于它特別高并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使其在設(shè)計與維護(hù)等方面存在諸多問題。

2 消防問題

超高層建筑往往在功能上是多元的，而其中設(shè)備又較復(fù)雜，本身存在很多引起火災(zāi)的潛在因素。例如，超高層建筑的電器設(shè)備很多，一旦維護(hù)、管理或使用不當(dāng)，就可能引發(fā)火災(zāi)；未妥善管理明火；施工以及機(jī)械故障等。

從引發(fā)火災(zāi)的原因來看，與普通建筑幾乎相同，然而在超高層建筑中，如果發(fā)生火災(zāi)，會比普通建筑帶來更大的危害。具體來說，高層建筑的消防問題主要表現(xiàn)在以下幾方面：

2.1 火災(zāi)蔓延迅速

由于超高層建筑中存在許多可燃物，它們形成了許多縱向煙筒。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，這些煙囪的拔風(fēng)抽力效應(yīng)可以促進(jìn)火焰及煙氣的蔓延，高度越高，抽力越大，這種效應(yīng)就越強(qiáng)烈。超高層建筑的煙筒效應(yīng)是最難防范的，雖然可在管道內(nèi)設(shè)置一些防火閥，然而這些防火閥可能出現(xiàn)控制失靈、無法嚴(yán)密閉合等情況，從而導(dǎo)致有火溢出直至延燒。

2.2 人員疏散困難

超高層建筑內(nèi)部，往往會聚集大量的工作、生活人員，通常情況下，超過300 m的高層建筑可以容納的人數(shù)都在萬人以上。一旦發(fā)生火災(zāi)，一切客貨電梯必須馬上降至底層而不可使用，只有消防專用電梯可以使用，這樣一來，大量人員必須由樓梯疏散。建筑的層數(shù)越高，人員越多，其疏散的時間就越長。

2.3 火災(zāi)撲救困難

超高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，在滅火過程中，就會遇到建筑周圍場地小或者登高高度受限等具體問題。另外，如前文所述，超高層建筑的火勢蔓延迅速，也增加了撲救的難度。

通過以上分析，可以看出對于超高層建筑，在設(shè)計中必須充分重視消防問題。只有全面考慮超高層建筑中可能出現(xiàn)的消防問題，并在相關(guān)設(shè)計中消除這些問題發(fā)生的可能性，才能實現(xiàn)超高層建筑設(shè)計的根本目標(biāo)。

3 高層建筑的抗震設(shè)計中存在的問題

在高層建筑中，豎向荷載對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比；另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。對超高層建筑的設(shè)計，關(guān)于抗震問題的研究是其關(guān)鍵所在，而在抗震設(shè)計中，短柱問題表現(xiàn)最為突出。

3.1 結(jié)構(gòu)平面設(shè)計中的問題

對于超高層建筑的結(jié)構(gòu)平面設(shè)計往往存在如下問題：在外形上不對稱、不規(guī)則，其凹凸變化的尺度較大，同時形心、質(zhì)心偏心大。此外，對相同結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計，也存在著結(jié)構(gòu)平面的剛度與形狀不對稱、不均勻，以及平面的長度太長等問題。不少地方都采用鋼筋混凝土內(nèi)柱承重來代替磚墻承重，實際上將磚混結(jié)構(gòu)演變?yōu)閮?nèi)框架結(jié)構(gòu)，這比底框磚房還不利，因內(nèi)框磚房的層數(shù)、總高度控制比底框磚房更嚴(yán)，因此存在著嚴(yán)重抗震隱患。更為嚴(yán)重的是目前這種情況并未引起大多數(shù)結(jié)構(gòu)工程師的重視。

3.2 抗震構(gòu)造柱的問題

在抗震設(shè)計中，抗震構(gòu)造柱也存在一定的問題。例如，在外墻的轉(zhuǎn)角處、大廳的四角沒有設(shè)置構(gòu)造柱，有的雖然設(shè)置了構(gòu)造柱，卻不是成對的。還有一些設(shè)計用構(gòu)造柱替代磚墻去承重，或者在縱墻和山墻的交接處沒有設(shè)置抗震構(gòu)造柱等。

3.3 缺乏巖土工程勘察資料或資料不全

有的在擴(kuò)初設(shè)計階段缺建筑場地巖土工程的勘察資料；有的在擴(kuò)初設(shè)計會審之后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計；有的在規(guī)劃設(shè)計或方案設(shè)計會審后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計。無巖土工程勘察資料，設(shè)計缺少了必要的依據(jù)。

3.4 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)掌握不當(dāng)

有些項目擅自提高了設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，按照《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)（GB 50223－95）》劃分應(yīng)屬六度設(shè)防的，但設(shè)計中提高了一度按七度設(shè)防，提高了建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，增加了工程投資；有的項目應(yīng)嚴(yán)格按七度采取抗震措施，但設(shè)計中又按六度設(shè)防，減低了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，不利抗震。

3.5 結(jié)構(gòu)其他問題

有的底層無橫向落地抗震墻，全部為框支或落地墻間距超長；有的僅北側(cè)縱墻落地，南側(cè)全為柱子，造成南北剛度不均；有的底層作汽車庫，設(shè)計時橫墻都落地，但縱墻不落地，變成了縱向框支；還有的底框和內(nèi)框砌體住宅采用大空間靈活隔斷設(shè)計，其中很少有縱墻。

4 結(jié)束語

總之，高層建筑一旦發(fā)生災(zāi)害，就可能造成人、財、物等多方面難以估量的損失。如果設(shè)計超高層建筑，就必須注意由一般到特殊以及重大火災(zāi)隱患等問題。所以，在超高層建筑設(shè)計中存在的許多問題，需要人們的重視。

1 裴中良.探討現(xiàn)代高層建筑設(shè)計理論研究［J］.城市建設(shè)（下旬），2010（04）