超高層樓宇就像一條豎立起來的街道,存在著安全、內(nèi)部交通、環(huán)境、能源消耗等多種難以妥善解決的問題,越是向高處發(fā)展,安全性、耐久性及適用舒適等問題就愈多,對結(jié)構(gòu)、建筑、機電、暖通、電梯等專業(yè)的要求就越高。
難點1——結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
由于超高層建筑結(jié)構(gòu)的特殊性,建筑內(nèi)部的梁柱將會不可避免的存在,在結(jié)構(gòu)設(shè)計中要考慮異型柱的使用,辦公場所及會所等設(shè)計中,充分全面考慮梁柱的影響、規(guī)避及利用是設(shè)計的難點
難點2——垂直交通設(shè)計
超高層建筑,核心筒的設(shè)計需平衡采光、節(jié)能、易于維護(hù)、減少公攤、不同業(yè)態(tài)核心通上下統(tǒng)一等多方要求,是建筑設(shè)計的難點之一。往往需通過多方案論證比較,找尋最優(yōu)化方案。
高層建筑與其它建筑之間的最大區(qū)別,就在于它有一個垂直交通和管道設(shè)備集中在一起的、在結(jié)構(gòu)體系中又起著重要作用的“核” ( Core )。而這個“核”也恰恰在形態(tài)構(gòu)成上舉足輕重,決定著高層建筑的空間構(gòu)成模式。
隨著高層建筑建設(shè)的發(fā)展、高度的增加和技術(shù)的進(jìn)步,在高層建筑的設(shè)計過程中,逐漸演化出了中央核心筒式的“內(nèi)核”空間構(gòu)成模式。在建筑處理上,為了爭取盡量寬敞的使用空間,希望將電梯、樓梯、設(shè)備用房及衛(wèi)生間、茶爐間等服務(wù)用房向平面的中央集中,使功能空間占據(jù)最佳的采光位置,力求視線良好、交通便捷。在結(jié)構(gòu)方面,隨著筒體結(jié)構(gòu)概念的出現(xiàn)、高度的增加,也希望能有一個剛度更強的筒來承受剪力和抗扭。在建筑的中央部分,有意識地利用那些功能較為固定的服務(wù)用房的圍護(hù)結(jié)構(gòu),形成中央核心筒,而筒體處于幾何位置中心,還可以使建筑的質(zhì)量重心、剛度中心和型體核心三心重合,更加有利于結(jié)構(gòu)受力和抗震。這種“內(nèi)核”空間構(gòu)成模式,經(jīng)過長期的實踐檢驗,以其結(jié)構(gòu)合理、使用方便和造價相對低廉的優(yōu)勢,很快便成為高層建筑中最為流行的空間布局形式。當(dāng)然,除了中央核心筒式的“內(nèi)核”布置方式之外,高層建筑還有其它的布局方式,如“外核式布局”和“多核式布局”等等。盡管中央核心筒式布局的筒體周圍的房間需要人工采光和機械通風(fēng),總會多少給人帶來不適感,但是一直以前,“內(nèi)核”式的布局形式一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。“內(nèi)核”式的布局形式及其變種不僅在數(shù)量上占有絕對優(yōu)勢,而且,大多數(shù)著名的超高層寫字樓建筑也都采用這種形式。
難點3——電梯
在超高層建筑中,快速、高效、平穩(wěn)的垂直服務(wù)是難點之一。
電梯作為垂直交通工具,對其數(shù)量的配置、控制方式及有關(guān)參數(shù)的選定將不僅直接影響建筑物的一次投資(一般電梯投資約占建筑物總投資的10%左右),而且還將影響建筑物的使用安全和經(jīng)營服務(wù)質(zhì)量。在建筑物內(nèi),恰當(dāng)?shù)剡x用電梯的臺數(shù)、容量、運行速度、控制方式非常重要, 而建筑物內(nèi)的電梯一經(jīng)選定和安裝使用就幾乎成了永久的事實,以后若想增加或改型非常困難,甚至是不可能的了,因此,在設(shè)計中應(yīng)該在設(shè)計開始時對電梯的配置應(yīng)予以充分重視。
現(xiàn)代超高層建筑大都超過60層,建筑內(nèi)人口流動大,縱向交通主要依賴電梯,有效設(shè)計超高層建筑的電梯的關(guān)鍵是運用各種局部電梯進(jìn)行服務(wù),并把局部區(qū)域電梯系統(tǒng)組織起來。通往這些局部區(qū)域,通過由地面始發(fā)站至局部區(qū)域的空中候梯廳之間的快速穿梭電梯進(jìn)行服務(wù),乘客到達(dá)空中候梯廳后再換乘區(qū)間電梯。為了能夠?qū)⒊丝鸵宰羁斓乃俣冗\送到達(dá)目的地,一般以建筑每30~35層為一局部區(qū)域。由于超高層建筑采用多梯系統(tǒng),為了提高電梯群的使用效率,以最快的速度滿足乘客的需要,縮短乘客等候時間,為此應(yīng)采用微機電梯控制系統(tǒng),通過計算機控制系統(tǒng)及時地處理大量信息,判斷各站臺的呼叫信息和各電梯的位置、方向、開閉狀態(tài)、轎廂內(nèi)呼叫等各種狀態(tài),以提高運送能力,改善服務(wù)質(zhì)量,提高超建筑的經(jīng)濟(jì)效益。電梯微機群控系統(tǒng)主要有以下幾個方面:
1.轎廂到達(dá)各?空九_前應(yīng)減速,到達(dá)兩端站臺前強迫減速、停車,避免撞頂和沖底,以保證安全。
2.對轎廂內(nèi)的乘客所要到達(dá)的站臺進(jìn)行登記并通過指示燈作為應(yīng)答信號, 在到達(dá)指定站臺前減速停車、消號,對候梯的乘客的呼叫進(jìn)行登記并作出應(yīng)答信號。
3.滿載直駛,只停轎廂內(nèi)乘客指定的站臺。
4.當(dāng)轎廂到達(dá)某一站臺而成空載時,另有站臺呼叫,該轎廂與另外行駛中同方向的轎廂比較各自至呼叫層的距離,近者抵達(dá)呼叫站并消號。
5.端站臺乘客呼叫,調(diào)用抵端站臺轎廂與空載轎廂之近者服務(wù)。
6.在各站臺設(shè)置轎廂位置顯示器,對站臺乘客進(jìn)行預(yù)報,消除乘客的焦急情緒,同時可使乘客向應(yīng)答電梯預(yù)先移動,縮短候梯時間。
7.站臺呼叫被登記應(yīng)答后,轎廂到達(dá)該站臺時應(yīng)有聲音提醒候梯乘客。
8.運行中的轎廂掃描各站臺的減速點,根據(jù)轎廂內(nèi)或站臺有無呼叫決定是否停
9.乘客站臺呼叫轎廂,同站臺能提供服務(wù)的所有電梯的應(yīng)答器均作出應(yīng)答。
10.控制室將電梯群分類,分單數(shù)層站停和雙數(shù)層站停,所有電梯都以端站為終點,在中間層站,單數(shù)層站臺呼叫雙數(shù)層站臺的轎廂,控制室不登記,不作應(yīng)答,反之也一樣。
11.中間站臺呼叫直達(dá)電梯不登記,不作出應(yīng)答。
12.轎廂完成輸送任務(wù),若無呼叫信號或被指示執(zhí)行其它服務(wù),則電梯停留在該站臺, 轎廂門打開,等待其它的呼叫信號。
13.控制系統(tǒng)時刻監(jiān)視電梯的狀態(tài),同時掃描各站臺的呼叫的狀態(tài)。
難點4——供電安全性和穩(wěn)定性
作為超高層建筑,安全性必然是供電系統(tǒng)設(shè)計所需要格外注意的地方,其次是供電可靠性。配電系統(tǒng)的設(shè)計上,需考慮多回路供電及備用發(fā)電機組的配置。因超高建筑的高度,變配電房可以考慮設(shè)置在塔樓中部的樓層,以減少低壓配電的損耗。備用柴油發(fā)電機設(shè)置于地庫層,供電電壓采用10千伏輸出,再經(jīng)變壓器降壓至低壓配電,保證配電至塔樓的高層。
在超高層建筑的配電系統(tǒng)上,供電距離、電纜的長度、電纜大小的適當(dāng)調(diào)整以及安裝時的施工工藝也是難題之一。由于超高層面積大、樓層多,自然會出現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電的問題,因此后備電源可考慮采用高壓發(fā)電機來發(fā)電,從而解決了這個難題
另外還需要特別注意的是,超高樓遇到強風(fēng)時,可能會出現(xiàn)左右晃動。由于超高層建筑物會有一定的搖擺度,在上升主干線的設(shè)計上可以考慮將電纜連接銅母線槽配電,以減低超高層建筑物在搖擺時對銅母線槽接駁組件位置的拉扯壓力,減少發(fā)生故障及維修的機會,也相對地增加了主干系統(tǒng)的壽命。
建成后業(yè)主的使用方便也是必須要考慮到的,在電氣設(shè)備的空間安排方面要有可調(diào)整的空間。作為超高樓,樓層多,機電方面的設(shè)備自然也多,而對于業(yè)主方面,他們肯定是希望擁有盡可能多的使用空間,這樣就會和我們的電氣設(shè)備所占用的空間形成一個矛盾,這也是很多高層建筑物都會碰到的一個問題。為了讓業(yè)主獲得更多的使用空間,在排布電纜和豎井方面要盡量減少轉(zhuǎn)換豎井和縮小豎井等所占用的空間,以便提供出更多的空間給業(yè)主使用。
難點5——消防
消防難點:超高層建筑由于其特殊的構(gòu)造和功能要求,致使其內(nèi)部火災(zāi)荷載大,火勢蔓延迅速,人員疏散困難,救援難度大,形成重大火災(zāi)的隱患大。消防設(shè)計要點:防火—控火—耐火
超高層建筑防火的主要技術(shù)措施。
防火,建筑工程中使用防火材料、防火構(gòu)件、防火配件,裝修工程中采用不燃、難燃性建筑材料,易燃易爆場所強化通風(fēng),設(shè)置防爆電氣,使用不發(fā)火地面等。
控火,一是把火災(zāi)控制在初始階段,包括安裝火災(zāi)自動報警、自動滅火系統(tǒng),進(jìn)行早期探測和初期撲救;二是把火災(zāi)控制在較小范圍,在建筑物平面和豎向劃分防火分區(qū)和防煙分區(qū),在建筑物之間留有適當(dāng)防火安全距離,切斷火災(zāi)蔓延途徑,減小成災(zāi)面積,便于實施救援。
耐火,加強建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火穩(wěn)定性,使其在火災(zāi)中不致失效,
難點6——測量
超高層建筑,一般由超高層塔樓和多層地下室組成,工程測量難度大,施工測量如果失誤,造成的損失會非常嚴(yán)重,并且難以彌補和修復(fù),因此工程測量是超高層建筑的重點、難點 。
難點7——側(cè)向風(fēng)影響
高層、超高層建筑要承受側(cè)向的風(fēng)力,一般說,在正常的風(fēng)壓狀態(tài)下,距地面高度為10m處,如風(fēng)速為5m/s,那么在90m的高空,風(fēng)速可達(dá)到15m/s。若高達(dá)300-400m,風(fēng)力將更加強大,即風(fēng)速達(dá)到30m/s以上時,摩天大樓產(chǎn)生的晃動將十分劇烈。對大樓的這種晃動,首先要考慮它對電梯的影響,電梯被視為超高層建筑的“生命線”。當(dāng)電梯高速運行的同時,如果大樓的晃動超過一定尺寸,電梯的鋼纜就會因時緊時松的受力不均受到傷害,并造成危險。
難點8——煙囪效應(yīng)
冬天,在氣溫較低的情況下,會由于低層(特別是一層大堂)和地下室的冷空氣竄入電梯井,經(jīng)煙囪效應(yīng)形成強大氣流,造成電梯關(guān)不上門。而且會將底層的一些氣味帶到高層,如廚房的氣味、油煙味等,此時如在底層或地下室有電焊操作或燃?xì)庑孤┚涂赡軐⒒鹪措S氣流帶到高層,極端危險。同時,由于電梯轎廂與井壁間的縫隙很小,在電梯移動時,氣流的摩擦?xí)a(chǎn)生嘯叫,這種現(xiàn)象在金茂大廈也有出現(xiàn)。目前,這是個國際性難題,目前尚未找到很好的解決辦法。
難點9——管理維護(hù)問題
一些超高層大樓都曾出現(xiàn)過斷電、跑水等事故。從管理上看除了做好預(yù)案,防止事故發(fā) 生和做好備用系統(tǒng)以外,一旦事故出現(xiàn),如何搶救,是否有一位掌握全局、了解本系統(tǒng)一切 細(xì)枝末節(jié)的人十分重要。上海金茂大廈的管理層就曾對沒有一位掌握該建筑14000多個閥門 的人感到十分遺憾。 擦玻璃也成了管理這些龐然大物的一個麻煩。金茂大廈的幕墻有,10.l8萬平方米,據(jù)說兩架擦窗機連續(xù)工作,一年才能把所有的玻璃擦一遍,而且,由于建 筑外形凹凸起伏太大,檐部又挑出很多,有的地方達(dá)3m以上,擦玻璃相當(dāng)困難。
難點10——施工難點
超高層施工特點:
(1)超高層基礎(chǔ)采用深基礎(chǔ)。由于建筑高,體量大,支撐高層的地基必須達(dá)到足夠的強度,所以多采用深基礎(chǔ),持力層嵌入微風(fēng)化巖層。
(2)超高層地下室深度大、層數(shù)多、面積大。一是要滿足建 筑功能方面的要求,比如人防面積、停車位數(shù)量 等;二是要解決在施工過程中的結(jié)構(gòu)抗浮問題。
(3) 超高層結(jié)構(gòu)形式多為混合型。如型鋼砼、鋼管砼、 鋼鋼砼結(jié)構(gòu)或全鋼結(jié)。它們的共同特點是:施工簡便、工期短、結(jié)構(gòu)性能好且大大節(jié)約建筑材料,目前已成為超高層建筑群最為實用和主要的結(jié)構(gòu)形式。
(4)超高層裝飾工程裝飾富于變化,工程量大,技術(shù)含量高、要 求高。超高層建筑的裝飾工程的安全性功能尤其 重要,抗風(fēng)壓,風(fēng)、水、氣的密閉性要求高。
(5)建筑功能復(fù)雜,子系統(tǒng)多,安裝工程工 程量大,要求精度高。