基于限額要求的超高層建筑設計策略分析

王敏酈

艾奕康設計與咨詢（深圳）有限公司上海分公司

1 引言

限額設計是指依據經批準的項目設計任務書與投資估算對工程設計方案進行控制，使工程項目建設呈現出良好的經濟性與實用性特征。然而，在超高層建筑設計實踐中，如何在充分考量限額要求的前提下，保證工程設計質量，提高工程效益，值得廣大建筑工程設計人員更為深入地探索。

2 工程概況

某超高層建筑工程位于北京市，工程項目所在區域規劃條件較好，總占地面積約為8800m2，建筑規模15×104m2，建筑結構總高度228m，其中地表以上建筑面積為12×104m2，共48層，建筑功能主要為商務辦公，主要采用限額設計方式對此工程進行規劃設計。

3 基于限額要求的超高層建筑設計要素與策略

超高層建筑通常體量巨大、整體結構復雜、人口密集、設備集中度較高，這也導致超高層建筑兼具工程造價高和技術難度大等特征。怎樣才能以限額為前提，經過方案比選，設計出更具經濟性、實用性以及美觀性的建筑產品，會面臨較大挑戰。由于超高層建筑獨有的特征，在工程設計中會涉及到諸多方面的影響因素，各種因素相互聯系，同時相互制約，因此具有較強的復雜程度。在工程設計中，對建筑結構選型、標準層面積、機電設計方案以及垂直交通等方面方案的選擇，都會直接影響到項目整體質量與工程造價。

3.1 標準層設計

超高層建筑的塔樓空間主要由相互重疊的垂直空間及水平空間兩部分所構成。其中，水平空間重疊是將多個高度不同的水平面，依據特殊方式進行組合，保證其整體輪廓的一致性，并充分滿足空間需求，此種水平單元段便稱為標準層。對超高層建筑中塔樓空間的設計需要由每個標準層著手，所以標準層設計屬于工程設計的核心內容，在設計實踐中所呈現出的矛盾大都集中反映于標準層中。對標準層設計的合理性會在很大程度上影響高層建筑整體設計質量，繼而決定后續施工建設等過程的工作質量。

在工程設計前期，可以對一些以往成功的設計案例進行對比分析，標準層面積通常設置為2500m2～3000m2，而核心筒面積通常占據標準層總面積的26%～30%，辦公區進深則是11m～14m。依據建筑選型與結構選型需求，其平面形式包括方形、菱形、三角形以及橢圓形等。其中，方形由于外形簡潔，且具有良好的均衡性，通常會成為設計人員的首選。本工程項目受到建設用地、投資要求以及上位規劃等諸多方面因素的影響，決定采取布局實用性更高的正方形平面，能夠展現出良好的合理性與經濟性。以此為基礎，針對標準層面積與進深等進行具體比較。①方案一：平面尺寸44m×44m，共60層，高度為275m，房間進深為9m～11m；②方案二：平面尺寸48m×48m，共50 層，高度為235m，房間進深為11m～14m；③方案三：平面尺寸54m×54m，共40層，高度為195m，房間進深為14mm～16m.

工程用地規劃高度需要低于260m，并將地上部分的總建筑面積控制于12×104m2之內。因此，方案一建筑高度無法滿足項目規劃需求，方案三房間進深較大，而方案二的標準層面積與房屋進深更為合理，建筑總高與形體比例更能符合規劃要求，整體造價相對較低。因此，以方案二為基礎進行深入設計。

3.2 垂直交通設計

就某種意義上來說，超高層建筑像是一個以垂直疊加方式建立起的立體城市，其特點在于建筑配置功能較多、人流量較大、人流集中，但標準層面積相對較小。所以，怎樣高效而合理地對垂直交通進行組織規劃，屬于工程設計階段的一個關鍵問題。

建筑工程層數大于25層時，需要對電梯采取分區形式，利用不同電梯群組實現對不同區域乘客及貨物的運送。此種形式最為顯著的特征在于運送效率較高、直達效果較好。如果建筑層數較多，采用分區形式已然無法充分滿足客流輸送要求，可以采取空中大堂+分區形式，先通過電梯將乘客輸送到空中大堂中，經由空中大堂利用各個區間的電梯群組對乘客進行輸送，使其到達目標樓層。

本工程項目依據交通組織形式需求，針對核心筒采取多種方案進行布置。①空中大堂+分區。方案一a：采用單轎廂穿梭梯，設置電梯井道22 個，整體使用率為72.8%；方案一b：采用雙轎廂穿梭梯，設置電梯井道20 個，整體使用率為74.9%；②方案二。分區形式（采取雙轎廂），設置電梯井道18個，整體使用率為75.7%。

方案二的整體使用率最高，但需要在每個分區設置雙轎廂電梯，所需工程造價較高。方案一b的使用率及工程造價雖然介于其他兩種方案之間，但因為穿梭梯到達空中大堂采用雙轎廂形式，導致首層與空中大堂候梯形式較為復雜。雖然方案一a與其他方案相比使用率較低，但與相同類型的超高層建筑平面使用率相比更高。所以，就整體經濟性與客戶體驗等方面考慮，最終選擇方案一a作為具體實施方案。

3.3 結構選型

建筑結構在超高層建筑工程設計中所占比重較大，并且其主體結構體系有著較強的多樣性，主要包括框架、剪力墻、框筒、束筒、筒中筒以及巨型支撐等。建筑主體結構可以由上述結構體系中的一種構成，也可由兩種或者三種構成。為充分滿足建筑形式與使用功能方面的需求，同時實現對外部荷載的有效抵抗，對結構體系的合理選擇屬于設計階段最為關鍵的工作內容。結構形式的差異不僅會對建筑整體造型形成直接影響，還會決定工程項目整體造價。經過結構對比與選型，綜合考量多方面因素，確定框筒結構與筒中筒結構最為適合本工程項目建設。框筒結構具備柱網間距大與布局靈活等優點，而筒中筒結構卻能大幅縮減材料用量，從而實現對工程造價的合理控制，并能與建筑立面之間實現完美結合。

3.4 立面設計

對高層建筑立面設計形成影響的因素較多，比如技術因素（建筑結構、原材料、機械設備以及施工建設等）、環境特征、歷史文化以及可持續發展理念等，這些因素都會在不同程度上給立面設計帶來一定影響。超高層建筑中對外立面的設計需要遵循三大要素，即經濟性、實用性和美觀性，三者間相互平衡又相互制約。在以限額要求為基礎的外立面設計中，怎樣抓準三者之間的平衡點，屬于制定設計方案的重點。

本工程項目依據所處地理位置、周邊建筑情況等因素，確定外立面的設計定位是簡約化、精致化背景建筑。以此為依托針對幕墻系統進行方案比選。①其中一種采用全玻璃幕墻系統，以質樸而細膩的外觀形式進行展現，采取簡潔而明快的豎線條，主要凸顯建筑謙遜低調的形象；②另一種則是通過石材配合方窗構成平整的外觀，以凸顯建筑的體量感，關注于建筑細節位置的精細程度和美感，同時追求其實用性與工藝品質要求。其中，全玻璃幕墻系統的整體造價相對較高，同時考慮到該工程項目所處地理位置，采取石材加玻璃的形式不僅能夠體現出所要達到的建設效果，還能有效實現對建筑成本的節約，更加符合限額設計要求。

4 結束語

總而言之，超高層建筑體量較大、結構復雜，工程建設所需投資量較大，采取限額設計方式對工程施工建設方案進行合理控制能夠獲得良好的效果，值得廣大建筑工程管理與設計人員投入更多時間和精力對其設計方案進行優化，在限額要求之下促進工程整體建設效益的提升，為國家經濟建設注入源源不斷的活力。