300m超高層建筑核心筒設計思路

2016/8/4 14:12:55

隨著城市建設的快速發展及建造技術的不斷提高,超高層建筑在城市中心拔地而起。據統計,全球100棟最高的建筑中45%位于為亞洲,而這其中的50%位于我國。超高層建筑高效利用了土地,美化了城市天際線,但其使用率偏低的問題一直飽受詬病。對此,筆者認為評價標準不能僅以使用率的高低作為依據,而應客觀地認識到超高層建筑一般定位高端,配置較高,其功能的完備性與使用率之間存在著天然的矛盾。


本文將對若干國內超高層建筑的核心筒進行研究,重點探討了影響核心筒大小的各種因素和核心筒優化設計原則


一、超高層建筑核心筒功能剖析


超高層建筑大多采用“框架-核心筒”的結構形式,核心筒既是重要的結構受力部分,又是眾多功能的聚集部分。筆者通過對廣州利通廣場、北京國貿中心三期、香港國際金融中心二期、廣州西塔、南京紫峰大廈等超高層建筑的標準層核心筒進行了剖析,首先統計了核心筒中各功能空間的面積大小及所占比例,詳見下表1和表2。




從上表的統計數據可見:


(1)電梯井道是核心筒中面積需求最多的功能空間,約占核心筒總面積的30%左右。

(2)各種設備機房和管道豎井是核心筒中面積需求第二的功能空間,約占核心筒總面積的15%;這其中又以空調機房的面積需求最大約占10%。

(3)衛生間、清潔間和茶水間等是核心筒中面積需求第三的功能空間,一般約占核心筒總面積的10%-12%。

(4)疏散樓梯是核心筒中面積需求第四的功能空間,一般約占核心筒總面積的7%。

(5)交通通道作為必要的聯系空間,一般約占核心筒總面積的5%。


僅統計幾個項目,數據的絕對值可能存在偏差,但核心筒中各功能空間的大小排序規律一般不變。雖然核心筒優化過程中每一個細節都不能放過,但根據大小排序來安排優化工作重點也不失為一個明智的工作方法。


二、超高層建筑核心筒大小影響因素分析


影響核心筒中各功能空間大小的因素非常復雜,本文將探討最重要的兩個。


(一)電梯井道


垂直交通系統是超高層建筑的運動神經,也是重要的客戶體驗界面,其重要性不言而喻,其設計的復雜程度也是超高層建筑設計中的難點。


影響因素1:業態功能\項目定位\運營模式 


業態功能層面:“酒店 寫字樓”的綜合體和純寫字樓的單體在配置標準、電梯分區等方面存在較大差異,對電梯井道數量影響較大;


項目定位層面:國際頂級和國內甲級在候梯時間(國際頂級一般小于30s,國內甲級一般小于40s)、單梯服務面積等配置標準方面存在較大差異;


運營模式層面:自持經營和銷售經營的項目在電梯設計方面考慮的側重點不同,如有租賃多層的大客戶也需要提前考慮,可能需要為大客戶設置專屬電梯;…… 


影響因素2:垂直交通系統設計方案


在設計標準相同的前提下,垂直交通的分區策略收分策略轎廂選型策略等都是影響核心筒使用率的關鍵因素。


超高層建筑一般采用“高中低直接分區”方案或“分區 空中大堂”方案。是否設置空中大堂?設置幾個空中大堂?空中大堂設在什么位置?采用“提高梯速 降低數量”的策略還是“適中梯速 增加數量”的策略?另外,是否選用雙層轎廂電梯?如果選用用在什么位置?全部采用雙層轎廂電梯還是只有穿梭梯采用雙層轎廂電梯?不同的電梯方案適應不同的業態或客戶,有非常多種的組合……在達到同樣設計標準的前提下,可以有“穿梭梯為雙層轎廂 本地電梯為單層轎廂 一個空中大堂”、 “穿梭梯為雙層轎廂 本地電梯為單層轎廂 二個空中大堂”,和“穿梭梯和本地電梯均為雙層轎廂 二個空中大堂”的方案,所對應的客梯井道分別為28個、28個、24個,井道面積差異明顯。如何取舍需要結合成本投入、使用率、系統使用便捷程度等綜合考慮。




(二)設備機房、管道豎井


設備機房、管道豎井是超高層建筑的血液,是建筑賴以運行的基礎,由于空調機房在設備機房中的面積占比較大,因此本文此處重點研究空調機房的影響因素。


影響因素1:業態功能\項目定位\客戶定位


業態功能層面“酒店 寫字樓”的綜合體和純寫字樓的單體在負荷需求、機房集中設置還是獨立設置等方面存在較大差異;


項目定位層面高端項目為了追求更高的舒適度,在空調系統方面往往采用全空氣變風量空調系統(VAV系統),甚至是地板送風系統(香港匯豐銀行)、輻射吊頂系統(廣州珠江煙草大廈);


客戶定位層面以金融客戶為主力客戶的項目,對備用發電機和備用制冷機組等要求有充分的預留,數據機房也需要設置獨立的精密空調系統。


影響因素2:空調系統設計方案


目前高端項目較為流行“全空氣變風量空調系統(VAV系統)”,而“地板送風系統、輻射吊頂系統”也有少量應用,低端項目則大多采用風機盤管系統。不同空調系統的機房設置位置不同,機房尺寸也有所差別,一般而言,地板送風系統的空調機房最大、VAV系統的空調機房次之,風機盤管系統的空調機房最小,而輻射吊頂系統空調機房集中設置在避難層,標準層核心筒中不需要設置


(三)衛生間、清潔間等


衛生間作為重要的客戶體驗界面,是很多項目都會進行重點設計的空間。


影響因素1:項目定位


很多定位高端的超高層項目都會提升配置標準:如加大廁位和洗手池的配置數量,如女衛增設化妝區,再如設置行政衛生間或淋浴間;有些重視健康環保的項目還會設置垃圾集中處理間……這些配置的提高無疑將會加大核心筒面積。


影響因素2:核心筒的幾何形狀


由于電梯井道、樓梯間、衛生間等都是方正空間,最易被方正核心筒容納,因此方正核心筒最為高效;異形核心筒在容納方形空間后將產生大量零星的異形空間,雖然這些零星空間可以部分地被管井利用,但仍然存在著一定數量的浪費。




這一點在廣州西塔、南京紫峰大廈這兩個三角形核心筒的項目上表現得非常明顯,它們的標準層使用系數分別為71%、70%,低于同檔次同高度正方形核心筒標準層使用系數1.5%-3%左右,詳見表1。


(四)疏散樓梯


疏散樓梯根據消防規范是核心筒中必不可少的空間,其影響因素相對穩定,優化空間有限。


影響因素1:設計規范


根據最新的建筑設計防火規范,當設置自動滅火系統時,高層民用建筑的最大防火分區為3000平方米,每個防火分區應設置一部疏散樓梯。老規范為2000平方米。因此,標準層面積的設置應該經濟合理,避免出現標準層面積超出規范一點而要多設一部疏散樓梯的情況


另外,各地的規范審批尺度有所不同,有一些特殊案例,本文暫不做討論。


影響因素2:核心筒的幾何形狀參見(三)2。


(五)交通通道


交通通道起到了聯接作用,是核心筒中必不可少的組成部分,其面積大小主要取決于核心筒的布局方式,也跟垂直交通方案密切相關。


影響因素1:核心筒的布局方式


在容納相同功能空間的前提下,不同核心筒布局方式會影響核心筒使用。


在分區前提下,如穿梭梯設置在核心筒外圍,那么在上部穿梭梯取消后的面積可以用來出租經營;如設置在內部則無法整體上收縮核心筒,雖然能夠利用該區域作為其他用途,但是從統計口徑無法提高使用率。



下面的案例則很好地體現了核心筒隨低區電梯井道取消后進行收縮,釋放的面積可以很好地作為使用面積。





另外,在相同功能空間大小的情況下,不同的核心筒布局方式也將對核心筒的使用率有一定的影響,主要體現在對交通通道的利用上,一般而言一字型布局的交通面積最省。


三、核心筒各功能空間的優化策略


從以上分析可見,最好的設計方案應該是實現了較高使用率較高品質共存的平衡方案。超高層建筑核心筒優化策略可概括為如下幾個方面:


(1)由于電梯井道在核心筒中所需面積最大,而且電梯系統也是重要的客戶界面,因此,垂直交通系統設計是超高層建筑優化核心筒關鍵中的關鍵。這需要處理好垂直分區和核心筒收分策略、穿梭梯在核心筒內的具體位置、電梯轎廂選擇等系統性問題。

設計難度系數:★★★★★


(2)建筑體型應盡量方正而規整,避免異型空間帶來的浪費。(核心筒形狀一般與建筑平面相符)。

設計難度系數:


(3)標準層面積的設置應經濟合理,避免出現標準層面積超出規范一點而要多設一部疏散樓梯的情況。

設計難度系數:


(4)衛生間、清潔間等需要結合項目定位、客戶定位進行適配設計,不建議過分壓縮這部分面積,但也不需要過分配置。某些配置了行政衛生間的項目多租戶出租,物業給每個租戶1-2把行政衛生間鑰匙,這種情況下行政衛生間的使用率很低,因為這部分客戶并不希望跟別人共享衛生間,實際上失去了行政衛生間的意義。

設計難度系數:★★


(5)設備機房、管道豎井需要結合業態功能、項目定位等進行適配設計,高效利用空間,合理預留。

設計難度系數:★★★★


本文僅探討了超高層建筑核心筒優化的原則性和方向性問題,還有很多具體內容未深入展開,拋磚引玉,供大家參考,還望指正。


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