大跨度高層門式建筑設計的技術要點

曹侃

門作為建筑的基本構成元素之一，具有自身的功能屬性，同時也具有明確的象征意義，建筑師們從美學的角度出發，將“門”在歷史沉淀中演化而來的各種造型提煉出來，創作出各式各樣的“門式建筑”。現代建筑中，門式建筑以其具有象征意義的造型，通常成為特定區域的地標性建筑。為取得大跨度門式建筑中使用功能與建筑設計理念的平衡，建筑設計方面的技術要點變得尤其重要。現有研究對平面布局、空間設計、結構選型等技術要點做了大量理論分析。然而，由于“門式”建筑設計要兼具“標志性”“象征性”與“實用性”等要求，在實踐中的難點往往超前于理論研究。基于此，本文以醴陵華瓷匯產業園總部大廈為例，探討大跨度高層門式建筑在設計中的技術要點，通過案例分析來豐富現有的門式建筑設計研究。

一、項目綜述

華瓷匯產業園總部大廈位于湖南省醴陵市，是醴陵“中國陶瓷谷”以及整個經濟開發區的核心總部基地，也是“一區一谷”的重要門戶。建設方“華聯瓷業集團”是醴陵市陶瓷產業的龍頭企業，全球最大的日用陶瓷生產企業之一，擁有全世界最完整的彩色陶瓷色譜和最豐富的陶瓷造型模具。基于項目特殊的地理地位和鮮明的企業特色，總體建筑體現了“世界最全‘色譜’與世界最大‘模具’”兩個象征意義，并以此作為核心構造元素，組成大跨度高挑空的高層門式建筑。建筑總長度162m，寬度40m，西側部分87m，東側部分39m，中部以拉開的模具造型形成高42m跨度36m的門式空間。

二、總平面設計

建筑在滿足規劃退界的前提下，充分利用臨街面做連續的消防登高場地，并在場地內部形成環形消防車道。而對于長度超過了160m的建筑需設置中間穿行的消防車道，門式空間將建筑分為東西兩部分，中間有條件設計滿足消防車通行的隱形消防車道，也滿足了規范上的需求。

三、建筑平面設計

建筑在三層和十層的位置聯通，其余部分均通過“門”式造型空間將建筑分成東西兩部分。聯通部分的防火分區如何劃分、疏散距離如何控制是需要重點關注的問題。

“門”式空間跨度36m，中間無法實現垂直交通，如果將聯通部分與東西兩側垂直交通作為一個防火分區。受限于疏散距離和防火分區面積的要求，西側部門需要增設一個防火分區，并需增加兩部樓梯和一部消防電梯，而增加出來的垂直交通，對于其他中部斷開的樓層則沒有太多實際意義。

因此，設計中在聯通層將防火分區界面設計在聯通區中間部分，優化疏散樓梯的位置，用以滿足疏散距離的要求，并合理控制各個防火分區的面積，使聯通層與中空層都保持三個防火分區，讓消防疏散達到最優。

四、結構選型

鋼筋混凝土框架結構梁無法滿足大跨度的設計要求，預應力混凝土框架梁雖常用于大跨度框架結構，本項目的跨度也恰好在預應力混凝土框架梁的經濟跨度范圍內，但混凝土結構自身重量較大，15～20的跨高比對建筑層高的要求比較高，因此設計中在大跨度挑空部分采用鋼結構，而其他部分采用混凝土結構，使建筑整體形成混凝土結構與鋼結構結合的橫向混合結構體系。

與常見的高層大跨度門式建筑（如東方之門、拉德芳斯之門）整體采用鋼結構不同，混合結構體系即滿足了大跨度的空間要求，經濟性也能得到保證。

五、空間設計

1.懸挑部分的空間設計

與常規的現代高層門式建筑中設計結構加強層不同，本項目共十層，鋼結構體系僅用于中部大跨度區域，長度約為建筑總長度的1/5，同時考慮到建筑內部的空間使用需求，不形成高差，因此不適合在該區域設計整層的結構加強層。結合陶瓷模具造型與建筑之間的空腔，設計4根鋼結構柱，形成虛擬端柱。

在中部懸挑梁的選擇時，為了最大程度上緩解結構的高度對建筑空間的影響，經過結構專業的精細計算和對比，從空間尺寸、造價和施工作業的角度充分比較篩選，最終采用了鋼桁架-支撐+普通窄翼緣H型鋼梁的結構形式，使建筑整體在不出現明顯層高變化的情況下，滿足建筑內部空間的使用需求。

2.懸挑部分的鏤空設計

單純的門式造型不能完全表達出建筑設計想要體現的內涵。建筑分別在三層和十層聯通層的中部設計了“一圓一方”兩個透空空間，并在三層中空處設計了一個矩形樹池，取自“上通天光、下采地氣”之意。

六、技術措施

1.樓板變形縫

整體結構體系采用橫向混合體系，出于對兩種結構在伸縮、沉降、抗震方面要求不同的考慮，在兩種結構體系交界處設置一條寬度為400mm的能夠滿足最大縫距要求的變形縫。而建筑西側混凝土結構長度達到80m，根據《混凝土結構設計規范》中要求，“為減小由于溫差（早期水化熱或使用期季節溫差）和體積變化（施工期或使用早期的混凝土收縮）等間接作用效應積累的影響，將混凝土結構分割為較小的單元，避免引起較大的約束應力和開裂，因此需要設置伸縮縫來削減混凝土的溫度應力”。

而為了保持項目的整體性，設計中采用了混凝土膨脹加強帶來取代伸縮縫。在西側建筑中部混凝土收縮應力最大的部位設置2m寬的混凝土膨脹加強帶；在加強帶的兩側豎向綁扎密目鋼筋網（一般網孔為5mm×5mm），將帶內和帶外區域分開，防止帶外混凝土進入到加強帶中；帶中混凝土采用膨脹率為0.03～0.04%的微膨脹混凝土，使混凝土工程可以連續澆筑，同時省去了后澆帶內部清理工作和防水設施，縮短了施工周期的同時也降低了施工成本。

2.屋頂變形縫

為了保證頂部聯通層的使用高度，建筑設計中將中部鋼結構部分提高，使鋼結構梁底與混凝土梁底保持同一標高。鋼結構主梁高度為1400mm，混凝土結構部分主梁高度為700mm。為了確保屋面變形縫的防水高度，減輕頂部荷載，鋼結構屋面澆筑600mm高女兒墻，墻頂與混凝土頂板形成了1300mm的高差。建筑外立面設計了高度為1800mm的幕墻，女兒墻高度為1700mm，這會導致混凝土結構部分與鋼結構部分的女兒墻高度不一致。

同時，為了保持整個屋頂的連通性，還需要設置樓梯解決三段結構的屋面通行。那么兩種結構屋頂的變形縫如何處理，樓梯的搭接位置如何確定是需要著重考慮的問題。關于此的相關要點有：

（1）將臨近鋼結構一側的混凝土結構女兒墻設計為1300mm的高度，使兩個屋面的女兒墻高度保持一致，在混凝土結構頂板上設計鋼樓梯，兩段女兒墻在頂部設計滿足樓梯寬度的缺口，缺口底部高度比鋼結構屋面的建筑完成面高150mm，樓梯上部標高與缺口處的女兒墻齊平，錯開變形縫的位置。

（2）兩段女兒墻中間使用保溫材料填充，女兒墻頂部變形縫按照標準圖集實施。需要注意的是，常規上屋面女兒墻防水做法是在滿足泛水高度的位置設置蓋板，并固定好防水卷材和防水附加層，本項目為了滿足樓梯通行，不能采用高低墻變形縫做法，因此設計中將防水材料直接從混凝土底板敷設至女兒墻頂部，留出變形余量后，繼續延伸至鋼結構屋面，并在角部做防水附加層。鋼結構屋頂通過固定欄桿來限定通行路徑，用以解決鋼結構屋面女兒墻高度不足所產生的安全問題。

3.屋面排水

由于鋼結構屋面與混凝土結構屋面的標高不同，雨水管不能穿越變形縫，屋面整體雨水排放系統被分成三段，因此建筑整體設計為雨水內排水系統。鋼結構屋面在南北兩側設置兩條排水溝，每條排水溝內設置4根落水管。由于鋼結構部分為大跨度中空空間，因此設計中雨水管在十層的吊頂內部并管，由屋面的8個雨落口合并為4根雨落管，并通過中空空間的造型柱內部排放至室外雨水管網。

七、結語

高層門式建筑在現代建筑設計手法中應用得越來越廣泛，其設計中所遇到的技術難題也層出不窮，本文通過實際案例，分別從平面布局、空間設計、結構選型、技術措施等角度將高層門式建筑的常見問題進行梳理并提出相應的解決方案，為今后類似建筑的設計與實施提供參考。