【关键词】超高层建筑；核心筒；经济；合理
一、概述
城市发展的关键性环节是提升城市中的人口数量，并在现有的城市建设和规划过程中给予城市发展更多的空间。超高层建筑能够高效利用土地，为人们提供更多的生活空间，同时能满足人们对生态环境和生活环境的需求，也能减少交通出行和城市交通资源的压力，从长远的角度考虑，超高层建筑能够保障城市的可持续发展，符合人们的发展预期和生存需求[1]。考虑到超高层建筑的特殊性，在设计超高层的过程中我们应该主要着眼于保障消防的安全性，提高结构的可靠性以及减少投资造价等，在此前提下，提高超高层建筑的使用效率和运行效率，解决好建筑内部垂直交通联系以及建筑对外部城市交通的影响，充分发挥超高层建筑作为城市地标建筑的有利特点。作为超高层建筑的核心区域，核心筒不仅是垂直交通空间，也是卫生间、设备机房等辅助用房和各类管线的集散地，核心筒设计的是否合理，直接关系到建筑的品质、标准层使用率及投资造价等。
建筑的核心筒是指位于建筑中央部位，用钢筋混凝土浇筑的，集合电梯、楼梯、卫生间、设备用房及设备管井等空间形成的中央核心筒，一般与外围框架形成外框内筒结构以抵抗水平侧推力。这种结构具有优越的抗震性，同时，这种结构的优越性还在于可争取尽量宽敞的使用空间，各种辅助服务性空间集中布置在平面中央，主要功能空间布置在外围，占据最佳的采光位置，并达到视线良好、交通便捷效果。
我单位近期设计的线网中心大厦项目，用地面积1.52公顷，拟建总建筑面积13万㎡，地上建筑面积9.2万平方米，容积率为6.1。地下三层，主要功能为汽车库和设备用房。地上分A、B两个塔，其中A塔22层，建筑高度110m，B塔35层，建筑高度为170m，标准层的主要功能为办公，A塔裙房为工艺用房，B塔裙房为商业服务设施。本项目位于武汉市光谷中心城核心区，区域规划对地块内的建筑布局有较高的限制，遵循区域规划要求，规划的天际线要能够代表很好的建筑比例和合理的组织形态，具有足够的塔楼间距、高度差异和建筑特色，引入美国芝加哥“小街区、密路网”的理念。规划条件对地块各边的贴线率有较高要求，由于功能指标、高度、容积率的相互制约，使得标准层面积分别压缩到A塔1200平方米和B塔1565平方米，两个塔楼面积都属于经济性较低的平面范畴，因此，如何提高标准层的使用效率即成了我们的首要研究目标。
二、核心筒设计要点
核心筒设计主要是处理好垂直交通空间、卫生间、设备机房及设备管井的关系，其次是处理好结构对核心筒布局的影响。设计过程中要遵循合理性原则和整体性原则[2]，本文从以下几个方面分析超高层建筑的核心筒设计要点
1、垂直交通空间：
垂直交通空间是核心筒设计的核心内容，包括电梯和疏散楼梯。
1）电梯
电梯是组织和实现超高层建筑竖向交通的主要手段[3]，因此电梯是超高层核心筒设计的重中之重。电梯的数量、分区、规格尺寸直接影响着建筑核心筒的布置、标准层使用效率及投资造价等。
办公建筑的电梯数量需要根据层数、每层面积、服务人数等因素综合考虑。对于办公建筑，主要以解决上班时上行高峰客流为目标[4]。与电梯数量、载重量和速度有关的主要参数有：人员密度、人员出勤率、轿厢承载率、5分钟处理能力、到梯时隔、平均等候时间等，这几项是电梯分析的主要依据，其中到梯时隔，平均等候时间，5分钟处理能力是主要参数。5分钟处理能力是指高峰期5分钟内运载人数占其服务区总人数的比例；到梯时隔指前一电梯驶离到乘客呼叫电梯，进入轿厢，到站开门，电梯驶离的时间。平均等候时间指乘客呼叫电梯，进入轿厢，电梯到站开门的时间。一般要求平均等候时间小于35s。高峰等候时间不能超过60s。武汉线网中心大厦综合以上参数计算出需要的电梯数量为6~7部，设计6部乘客电梯，1部消防电梯。B塔需要的电梯数量为12~13部，设计12部乘客电梯，1部消防电梯。
当建筑物层数超过25层时，电梯宜采用垂直分区设置。根据建筑高度的不同，分区方式和分区数量也不同。线网中心大厦项目在方案深化过程中通过与电梯顾问、主流电梯厂家沟通，结合查阅的资料得出分区原则，对于100m高的办公建筑，层数通常为20-25层，标准层建筑面积大的情况分高、低区运行，高、低区各设3~4部电梯，当电梯需求总数在5部或以下时，则按不分区设计。电梯载重1350Kg~1600Kg，其中1350Kg电梯宜优先考虑。对于150m高的办公建筑，通常为32-37层，有两个方案可选，二分区或三分区。二分区是指分高、低区运行；三分区是指高、中、低区运行。电梯载重1350Kg~1800Kg，宜优先考虑1600Kg电梯。对于高度超过200m的办公建筑，通常为50层，电梯分区有两个方案可选，三分区或穿梭电梯+空中大堂方案的，三分区是指分高、中、低区运行。穿梭电梯+空中大堂是指分4~5个区运行，本区电梯各4~6部电梯，载重优先选用1600kg。当方案一可满足运输能力要求时，应优先选用方案一。电梯速度，低区常为2.5~3.0m/s，中区为3.0~5.0m/s，高区为4.0~6.0m/s。穿梭电梯的速度为4.0~6.0m/s。
按照电梯分区原则 武汉线网中心大厦项目A塔为办公，层数22层，适合二分区方案。B塔为办公，层数35层，适合三分区方案。高度超过100米的超高层建筑，按照《建规》要求需要设置避难层，对于A塔，消防高度未超过100米，电梯以11层为界分为高、低两个区。对于B塔，建筑高度为160米，按照《建规》要求需要设置三个避难层，电梯分区结合避难层综合考虑，以第一、第二避难层为界垂直分为三个分区——低区、中区、高区，第三个避难层包含在高区内，所有电梯在避难层均不设电梯门。
由于超高层建筑自身的人员流通较为频繁，在电梯设计的过程中应当保证设计的整体性，能够满足建筑中的人员流通需求，电梯的平面布局应保证电梯之间呈现相对独立的状态，灵活布置多个电梯，缓解人员流通的紧张感。电梯的布局常使用“一”字形和“T”字形，亦或是“十”字形，不论使用怎样的布局形式，均应满足电梯空间的扩大化，不适宜使用过于狭窄的设计理念，过于狭窄会影响空间的延伸性，不利于人们的日常使用，电梯空间过于宽松则造成了空间的浪费，与超高层建筑“扩大建筑容量”的设计原则相悖。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆4部电梯组，有条件时，优先采用2+2面对面布局，也可采用“一”字形布局。5（6）部电梯组，采用3+2（3+3）面对面布局。当4~5部电梯共用一个电梯厅，梯厅深度不宜小于3.2m，当6~8部电梯共用一个电梯厅，梯厅深度不宜小于3.5m。当电梯厅为贯通设计，且兼作通道使用时，梯厅深度需适当加大。
在选择电梯设计方案的过程中应当与建筑的实际使用情况相适应，有效提升居民使用的舒适感。高档的超高层办公建筑一般均设置地库转换梯，以提高电梯的运行效率，尤其在早高峰时段，早高峰乘客对候梯容忍度较小，设置地库转换梯能有效提高电梯运行效率。地库转换梯设置在核心筒外面，首层最好开放的面向大堂，能看见前台，方便使用和管理。
以上从电梯数量、电梯垂直分区、电梯平面布局等方面阐述了超高层建筑核心筒电梯方案设计要点，电梯设计中还有一些其它注意事项，如电梯轿厢的高度对于使用者的舒适感非常重要，超高层办公的电梯轿厢净高一般不能低于2600，这样就可以控制电梯门高与天花高度齐平。首层电梯厅应设置速通门，以控制非授权人进入，并设置访客管理系统，首层大堂设访客接待台，或访客自助终端。对两台及以上并列布置的电梯，梯速＞2.5m/s时，电梯井道建议做贯通井道，避免出现烟囱效应。对于额定载重量1350~1600Kg的电梯、梯速在3.5~5.0m/s时，需要考虑井道尺寸宽度或深度增加100。当电梯不能落到基础的时候，电梯需要增加对重安全钳，此时井道的平面深度需要增加150。为了使电梯在出现故障的情况下方便检修人员检修及逃生，快通区超过11m，应设井道安全门，门槛应高出地坪100~200。
2）楼梯
高层及超高层建筑，其主体高度高，楼层层数多，各种竖井、管道及设备繁多，人员集中在核心筒外围，一旦发生火灾，将造成短时间内人员大量聚集，人们会因为过度紧张和恐慌而失去正常的判断能力，往往会选择熟悉的路线进行疏散，如电梯厅，而客梯一般不具备防烟、防火的功能，不能作为疏散使用。因此合理布置疏散楼梯，有效组织疏散路径，对于提高建筑的疏散效率，减少人员伤亡和经济损失，显得尤为重要。
超高层建筑因为高度高，建筑平面一般都比较规整对称，在设计疏散路线时，应充分利用这一有利特点。《建规》规定，高层及超高层建筑在单层建筑面积小于3000平方米的情况下，需要设置2个疏散楼梯。设计时，两个楼梯在核心筒内应均匀布置，最好设置在核心筒的两端，从两个方向都能快捷疏散，提高疏散效率。
楼梯在避难层应分隔、同层错位或上下层断开，确保人员通过避难层才能疏散[5]。核心筒空间紧张的时候为节省面积可以使用三跑楼梯。《民用建筑设计统一标准》对踏步高度和宽度，有了新规定，较之前的《民用建筑设计通则》放宽了要求。楼梯间净宽应为墙体装饰面至扶手中心线的水平距离。
2、卫生间
卫生间的设计，主要考虑平面的紧凑性，高效利用空间，流线顺畅便捷。 卫生间的位置可结合标准层的电梯分区，低区的卫生间可布置在高区的电梯厅，如标准层面积较大，使用人数较多，高区电梯厅空间不足时可将低区卫生间布置在核心筒外的短边位置。高区的卫生间则利用低区电梯上部的空间布置。
卫生间要考虑人性化设计，公共卫生间应以蹲便为主，设两个坐便以满足无障碍要求。卫生间主要考虑做好防水问题，尤其是每个垂直分区最下面一层的防水，以及考虑好管线的路由。
3、设备机房、管道井
受结构剪力墙布置的限制，核心筒内对于设备的安装空间以及布置空间均有较大的束缚，如何协调和满足各个专业之间的需求，是核心筒设计的重点，也是难点。超高层建筑核心筒的附属空间包含建筑中的设备机房和井道，在设计过程中尽量高效利用核心筒的边角空间，合理利用中高区和高区电梯在低区及中低区不开门的电梯厅区域，完善辅助空间的基本配置和安全布局，降低建筑整体的承重量以及剪力墙的压力，进而降低设计和建设的难度。
对于管线出核心筒的区域，最好结合机房在合适的位置预留一个较大的洞口，辅助空间和设备空间的出口尽量集中在这个洞口之内，辅以砖墙灵活分隔，如此有效避免了在剪力墙上开洞杂乱，从而能有效避免施工遗漏带来的问题。
管井的布置，尽量上下对齐，方便走管，避免转换。《建筑防排烟系统技术标准》要求楼梯加压风道、排烟井内衬铁皮风道，且需要考虑内衬风道的安装可行性，造成井道尺寸急剧增大，使得核心筒细节布置需要反复调整。核心筒设计时还需要考虑高区大型设备吊装预留井道，如高区设置变电所时，需要预留变压器的吊装条件。
5、结构对核心筒的影响
对于超高层建筑而言，其结构设计使用年限一般为100年，由于核心筒的重要性，在此期间对其做大范围的调整基本不可能，但在如此长的使用周期内，使用功能和社会需求难免会发生较大改变，如果无法相应作出调整将难以跟上社会进步。所以核心筒设计应考虑其灵活性，即在核心筒范围内预留部分可改造空间，以满足不同市场变化引起的需求[6]。
核心筒的外围墙厚较厚，一般为400~600厚，核心筒变墙厚应保持电梯井道井道、楼梯间里皮尺寸不变。
为满足消防疏散要求，疏散楼梯前室尽量对称布置在核心筒的两个尽端。楼梯间开门要避免开设在角部，角部是结构加强部位，不适合开洞。楼梯间的空间布置要结合避难层考虑，可通过调整避难层所在层数来调节楼梯间开洞位置。
三、结束语：
在超高层建筑的设计中，核心筒设计占据了设计的主要部分和核心环节，在设计过程中应当遵循建筑物自身的预期规划，并结合建设环境中的整体情况，对电梯井道、电梯厅、疏散楼梯以及附属空间进行科学合理的布置，优化建筑空间区域和范围，保证超高层建筑能够具备良好的使用效果。
?参考文献
?[1]陈 灿.以南宁金源城为参考——浅议超高层建筑核心筒设计[J].建筑工程技术与设计,2018,(19):1187.
?[2]揭英撰.试析超高层办公建筑核心筒设计[J].江西建材,2017,(19):43,46.
?[3]罗 慧.超高层建筑核心筒设计探讨[J].福建建材,2015 ，（4）：18-19
?[4] 谷再平.超高层建筑核心筒及其设计实例分析[J].A+C.2010
?[5]李海峰.超高层办公建筑核心筒设计探讨[J].住宅与房地产,2017,(9):129-129.
? [6] 杨欣荣.超高层办公建筑核心筒设计研究[J].南方建筑.2013
论文作者:王晓霞
论文发表刊物:《建筑实践》2020年01期
论文发表时间:2020/4/27
标签：电梯论文; 核心论文; 建筑论文; 高层建筑论文; 空间论文; 分区论文; 卫生间论文; 《建筑实践》2020年01期论文;