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[讨论] 超高层建筑的设计难点

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发表于 2016-7-7 23:31:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
  超高层楼宇就像一条竖立起来的街道,存在着安全、内部交通、环境、能源消耗等多种难以妥善解决的问题,越是向高处发展,安全性、耐久性及适用舒适等问题就愈多,对结构、建筑、机电、暖通、电梯等专业的要求就越高。
  难点1——结构系统
  由于超高层建筑结构的特殊性,建筑内部的梁柱将会不可避免的存在,在结构设计中要考虑异型柱的使用,办公场所及会所等设计中,充分全面考虑梁柱的影响、规避及利用是设计的难点
  难点2——垂直交通设计
  超高层建筑,核心筒的设计需平衡采光、节能、易于维护、减少公摊、不同业态核心通上下统一等多方要求,是建筑设计的难点之一。往往需通过多方案论证比较,找寻最优化方案。
  高层建筑与其它建筑之间的最大区别,就在于它有一个垂直交通和管道设备集中在一起的、在结构体系中又起着重要作用的“核” ( Core )。而这个“核”也恰恰在形态构成上举足轻重,决定着高层建筑的空间构成模式。
  随着高层建筑建设的发展、高度的增加和技术的进步,在高层建筑的设计过程中,逐渐演化出了中央核心筒式的“内核”空间构成模式。在建筑处理上,为了争取尽量宽敞的使用空间,希望将电梯、楼梯、设备用房及卫生间、茶炉间等服务用房向平面的中央集中,使功能空间占据最佳的采光位置,力求视线良好、交通便捷。在结构方面,随着筒体结构概念的出现、高度的增加,也希望能有一个刚度更强的筒来承受剪力和抗扭。在建筑的中央部分,有意识地利用那些功能较为固定的服务用房的围护结构,形成中央核心筒,而筒体处于几何位置中心,还可以使建筑的质量重心、刚度中心和型体核心三心重合,更加有利于结构受力和抗震。这种“内核”空间构成模式,经过长期的实践检验,以其结构合理、使用方便和造价相对低廉的优势,很快便成为高层建筑中最为流行的空间布局形式。当然,除了中央核心筒式的“内核”布置方式之外,高层建筑还有其它的布局方式,如“外核式布局”和“多核式布局”等等。尽管中央核心筒式布局的筒体周围的房间需要人工采光和机械通风,总会多少给人带来不适感,但是一直以前,“内核”式的布局形式一直占据着主导地位。“内核”式的布局形式及其变种不仅在数量上占有绝对优势,而且,大多数著名的超高层写字楼建筑也都采用这种形式。
  难点3——电梯
  在超高层建筑中,快速、高效、平稳的垂直服务是难点之一。
  电梯作为垂直交通工具,对其数量的配置、控制方式及有关参数的选定将不仅直接影响建筑物的一次投资(一般电梯投资约占建筑物总投资的10%左右),而且还将影响建筑物的使用安全和经营服务质量。在建筑物内,恰当地选用电梯的台数、容量、运行速度、控制方式非常重要, 而建筑物内的电梯一经选定和安装使用就几乎成了永久的事实,以后若想增加或改型非常困难,甚至是不可能的了,因此,在设计中应该在设计开始时对电梯的配置应予以充分重视。
  现代超高层建筑大都超过60层,建筑内人口流动大,纵向交通主要依赖电梯,有效设计超高层建筑的电梯的关键是运用各种局部电梯进行服务,并把局部区域电梯系统组织起来。通往这些局部区域,通过由地面始发站至局部区域的空中候梯厅之间的快速穿梭电梯进行服务,乘客到达空中候梯厅后再换乘区间电梯。为了能够将乘客以最快的速度运送到达目的地,一般以建筑每30~35层为一局部区域。由于超高层建筑采用多梯系统,为了提高电梯群的使用效率,以最快的速度满足乘客的需要,缩短乘客等候时间,为此应采用微机电梯控制系统,通过计算机控制系统及时地处理大量信息,判断各站台的呼叫信息和各电梯的位置、方向、开闭状态、轿厢内呼叫等各种状态,以提高运送能力,改善服务质量,提高超建筑的经济效益。电梯微机群控系统主要有以下几个方面:
  1.轿厢到达各停靠站台前应减速,到达两端站台前强迫减速、停车,避免撞顶和冲底,以保证安全。
  2.对轿厢内的乘客所要到达的站台进行登记并通过指示灯作为应答信号, 在到达指定站台前减速停车、消号,对候梯的乘客的呼叫进行登记并作出应答信号。
  3.满载直驶,只停轿厢内乘客指定的站台。
  4.当轿厢到达某一站台而成空载时,另有站台呼叫,该轿厢与另外行驶中同方向的轿厢比较各自至呼叫层的距离,近者抵达呼叫站并消号。
  5.端站台乘客呼叫,调用抵端站台轿厢与空载轿厢之近者服务。
  6.在各站台设置轿厢位置显示器,对站台乘客进行预报,消除乘客的焦急情绪,同时可使乘客向应答电梯预先移动,缩短候梯时间。
  7.站台呼叫被登记应答后,轿厢到达该站台时应有声音提醒候梯乘客。
  8.运行中的轿厢扫描各站台的减速点,根据轿厢内或站台有无呼叫决定是否停
  9.乘客站台呼叫轿厢,同站台能提供服务的所有电梯的应答器均作出应答。
  10.控制室将电梯群分类,分单数层站停和双数层站停,所有电梯都以端站为终点,在中间层站,单数层站台呼叫双数层站台的轿厢,控制室不登记,不作应答,反之也一样。
  11.中间站台呼叫直达电梯不登记,不作出应答。
  12.轿厢完成输送任务,若无呼叫信号或被指示执行其它服务,则电梯停留在该站台, 轿厢门打开,等待其它的呼叫信号。
  13.控制系统时刻监视电梯的状态,同时扫描各站台的呼叫的状态。
  难点4——供电安全性和稳定性
  作为超高层建筑,安全性必然是供电系统设计所需要格外注意的地方,其次是供电可靠性。配电系统的设计上,需考虑多回路供电及备用发电机组的配置。因超高建筑的高度,变配电房可以考虑设置在塔楼中部的楼层,以减少低压配电的损耗。备用柴油发电机设置于地库层,供电电压采用10千伏输出,再经变压器降压至低压配电,保证配电至塔楼的高层。
  在超高层建筑的配电系统上,供电距离、电缆的长度、电缆大小的适当调整以及安装时的施工工艺也是难题之一。由于超高层面积大、楼层多,自然会出现远距离供电的问题,因此后备电源可考虑采用高压发电机来发电,从而解决了这个难题
  另外还需要特别注意的是,超高楼遇到强风时,可能会出现左右晃动。由于超高层建筑物会有一定的摇摆度,在上升主干线的设计上可以考虑将电缆连接铜母线槽配电,以减低超高层建筑物在摇摆时对铜母线槽接驳组件位置的拉扯压力,减少发生故障及维修的机会,也相对地增加了主干系统的寿命。
  建成后业主的使用方便也是必须要考虑到的,在电气设备的空间安排方面要有可调整的空间。作为超高楼,楼层多,机电方面的设备自然也多,而对于业主方面,他们肯定是希望拥有尽可能多的使用空间,这样就会和我们的电气设备所占用的空间形成一个矛盾,这也是很多高层建筑物都会碰到的一个问题。为了让业主获得更多的使用空间,在排布电缆和竖井方面要尽量减少转换竖井和缩小竖井等所占用的空间,以便提供出更多的空间给业主使用。
  难点5——消防
  消防难点:超高层建筑由于其特殊的构造和功能要求,致使其内部火灾荷载大,火势蔓延迅速,人员疏散困难,救援难度大,形成重大火灾的隐患大。消防设计要点:防火—控火—耐火超高层建筑防火的主要技术措施。
  防火,建筑工程中使用防火材料、防火构件、防火配件,装修工程中采用不燃、难燃性建筑材料,易燃易爆场所强化通风,设置防爆电气,使用不发火地面等。
  控火,一是把火灾控制在初始阶段,包括安装火灾自动报警、自动灭火系统,进行早期探测和初期扑救;二是把火灾控制在较小范围,在建筑物平面和竖向划分防火分区和防烟分区,在建筑物之间留有适当防火安全距离,切断火灾蔓延途径,减小成灾面积,便于实施救援。
  耐火,加强建筑结构构件的耐火稳定性,使其在火灾中不致失效,
  难点6——测量
  超高层建筑,一般由超高层塔楼和多层地下室组成,工程测量难度大,施工测量如果失误,造成的损失会非常严重,并且难以弥补和修复,因此工程测量是超高层建筑的重点、难点 。
  难点7——侧向风影响
  高层、超高层建筑要承受侧向的风力,一般说,在正常的风压状态下,距地面高度为10m处,如风速为5m/s,那么在90m的高空,风速可达到15m/s。若高达300-400m,风力将更加强大,即风速达到30m/s以上时,摩天大楼产生的晃动将十分剧烈。对大楼的这种晃动,首先要考虑它对电梯的影响,电梯被视为超高层建筑的“生命线”。当电梯高速运行的同时,如果大楼的晃动超过一定尺寸,电梯的钢缆就会因时紧时松的受力不均受到伤害,并造成危险。
  难点8——烟囱效应
  冬天,在气温较低的情况下,会由于低层(特别是一层大堂)和地下室的冷空气窜入电梯井,经烟囱效应形成强大气流,造成电梯关不上门。而且会将底层的一些气味带到高层,如厨房的气味、油烟味等,此时如在底层或地下室有电焊操作或燃气泄漏就可能将火源随气流带到高层,极端危险。同时,由于电梯轿厢与井壁间的缝隙很小,在电梯移动时,气流的摩擦会产生啸叫,这种现象在金茂大厦也有出现。目前,这是个国际性难题,目前尚未找到很好的解决办法。
  难点9——管理维护问题
  一些超高层大楼都曾出现过断电、跑水等事故。从管理上看除了做好预案,防止事故发 生和做好备用系统以外,一旦事故出现,如何抢救,是否有一位掌握全局、了解本系统一切 细枝末节的人十分重要。上海金茂大厦的管理层就曾对没有一位掌握该建筑14000多个阀门 的人感到十分遗憾。 擦玻璃也成了管理这些庞然大物的一个麻烦。金茂大厦的幕墙有,10.l8万平方米,据说两架擦窗机连续工作,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,有的地方达3m以上,擦玻璃相当困难。
  难点10——施工难点
  超高层施工特点:
  (1)超高层基础采用深基础。由于建筑高,体量大,支撑高层的地基必须达到足够的强度,所以多采用深基础,持力层嵌入微风化岩层。
  (2)超高层地下室深度大、层数多、面积大。一是要满足建 筑功能方面的要求,比如人防面积、停车位数量 等;二是要解决在施工过程中的结构抗浮问题。
  (3) 超高层结构形式多为混合型。如型钢砼、钢管砼、 钢钢砼结构或全钢结。它们的共同特点是:施工简便、工期短、结构性能好且大大节约建筑材料,目前已成为超高层建筑群最为实用和主要的结构形式。
  (4)超高层装饰工程装饰富于变化,工程量大,技术含量高、要 求高。超高层建筑的装饰工程的安全性功能尤其 重要,抗风压,风、水、气的密闭性要求高。
  (5)建筑功能复杂,子系统多,安装工程工 程量大,要求精度高。
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