300m超高层建筑核心筒设计思路

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300m超高层建筑核心筒设计思路

2016-07-29 汪谦 远洋设计汇



随着城市建设的快速发展及建造技术的不断提高，超高层建筑在城市中心拔地而起。据统计，全球100栋最高的建筑中45%位于为亚洲，而这其中的50%位于我国。超高层建筑高效利用了土地，美化了城市天际线，但其使用率偏低的问题一直饱受诟病。对此，笔者认为评价标准不能仅以使用率的高低作为依据，而应客观地认识到超高层建筑一般定位高端，配置较高，其功能的完备性与使用率之间存在着天然的矛盾。

本文将对若干国内超高层建筑的核心筒进行研究，重点探讨了影响核心筒大小的各种因素

一、超高层建筑核心筒功能剖析

超高层建筑大多采用“框架-核心筒”的结构形式，核心筒既是重要的结构受力部分，又是众多功能的聚集部分。笔者通过对广州利通广场、北京国贸中心三期、香港国际金融中心二期、广州西塔、南京紫峰大厦等超高层建筑的标准层核心筒进行了剖析，首先统计了核心筒中各功能空间的面积大小及所占比例，详见下表1和表2。



从上表的统计数据可见：

（1）电梯井道是核心筒中面积需求最多的功能空间，约占核心筒总面积的30%左右。
（2）各种设备机房和管道竖井是核心筒中面积需求第二的功能空间，约占核心筒总面积的15%；这其中又以空调机房的面积需求最大约占10%。
（3）卫生间、清洁间和茶水间等是核心筒中面积需求第三的功能空间，一般约占核心筒总面积的10%-12%。
（4）疏散楼梯是核心筒中面积需求第四的功能空间，一般约占核心筒总面积的7%。
（5）交通通道作为必要的联系空间，一般约占核心筒总面积的5%。

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仅统计几个项目，数据的绝对值可能存在偏差，但核心筒中各功能空间的大小排序规律一般不变。虽然核心筒优化过程中每一个细节都不能放过，但根据大小排序来安排优化工作重点也不失为一个明智的工作方法。

二、超高层建筑核心筒大小影响因素分析

（一）电梯井道

垂直交通系统是超高层建筑的运动神经，也是重要的客户体验界面，其重要性不言而喻，其设计的复杂程度也是超高层建筑设计中的难点。

影响因素1：业态功能\项目定位\运营模式

业态功能层面：“酒店+写字楼”的综合体和纯写字楼的单体在配置标准、电梯分区等方面存在较大差异，对电梯井道数量影响较大；

项目定位层面：国际顶级和国内甲级在候梯时间（国际顶级一般小于30s，国内甲级一般小于40s）、单梯服务面积等配置标准方面存在较大差异；

运营模式层面：自持经营和销售经营的项目在电梯设计方面考虑的侧重点不同，如有租赁多层的大客户也需要提前考虑，可能需要为大客户设置专属电梯；……

影响因素2：垂直交通系统设计方案

在设计标准相同的前提下，垂直交通的分区策略、收分策略和轿厢选型策略等都是影响核心筒使用率的关键因素。

超高层建筑一般采用“高中低直接分区”方案或“分区+空中大堂”方案。是否设置空中大堂？设置几个空中大堂？空中大堂设在什么位置？采用“提高梯速+降低数量”的策略还是“适中梯速+增加数量”的策略？另外，是否选用双层轿厢电梯？如果选用用在什么位置？全部采用双层轿厢电梯还是只有穿梭梯采用双层轿厢电梯？不同的电梯方案适应不同的业态或客户，有非常多种的组合……在达到同样设计标准的前提下，可以有“穿梭梯为双层轿厢+本地电梯为单层轿厢+一个空中大堂”、 “穿梭梯为双层轿厢+本地电梯为单层轿厢+二个空中大堂”，和“穿梭梯和本地电梯均为双层轿厢+二个空中大堂”的方案，所对应的客梯井道分别为28个、28个、24个，井道面积差异明显。如何取舍需要结合成本投入、使用率、系统使用便捷程度等综合考虑。


（二）设备机房、管道竖井
设备机房、管道竖井是超高层建筑的血液，是建筑赖以运行的基础，由于空调机房在设备机房中的面积占比较大，因此本文此处重点研究空调机房的影响因素。
影响因素1：业态功能\项目定位\客户定位
业态功能层面：“酒店+写字楼”的综合体和纯写字楼的单体在负荷需求、机房集中设置还是独立设置等方面存在较大差异；

项目定位层面：高端项目为了追求更高的舒适度，在空调系统方面往往采用全空气变风量空调系统（VAV系统），甚至是地板送风系统（香港汇丰银行）、辐射吊顶系统（广州珠江烟草大厦）；

客户定位层面：以金融客户为主力客户的项目，对备用发电机和备用制冷机组等要求有充分的预留，数据机房也需要设置独立的精密空调系统。
影响因素2：空调系统设计方案
目前高端项目较为流行“全空气变风量空调系统（VAV系统）”，而“地板送风系统、辐射吊顶系统”也有少量应用，低端项目则大多采用风机盘管系统。不同空调系统的机房设置位置不同，机房尺寸也有所差别，一般而言，地板送风系统的空调机房最大、VAV系统的空调机房次之，风机盘管系统的空调机房最小，而辐射吊顶系统空调机房集中设置在避难层，标准层核心筒中不需要设置。

（三）卫生间、清洁间等
卫生间作为重要的客户体验界面，是很多项目都会进行重点设计的空间。
影响因素1：项目定位
很多定位高端的超高层项目都会提升配置标准：如加大厕位和洗手池的配置数量，如女卫增设化妆区，再如设置行政卫生间或淋浴间；有些重视健康环保的项目还会设置垃圾集中处理间……这些配置的提高无疑将会加大核心筒面积。
影响因素2：核心筒的几何形状
由于电梯井道、楼梯间、卫生间等都是方正空间，最易被方正核心筒容纳，因此方正核心筒最为高效；异形核心筒在容纳方形空间后将产生大量零星的异形空间，虽然这些零星空间可以部分地被管井利用，但仍然存在着一定数量的浪费。


这一点在广州西塔、南京紫峰大厦这两个三角形核心筒的项目上表现得非常明显，它们的标准层使用系数分别为71%、70%，低于同档次同高度正方形核心筒标准层使用系数1.5%-3%左右，详见表1。

（四）疏散楼梯
疏散楼梯根据消防规范是核心筒中必不可少的空间，其影响因素相对稳定，优化空间有限。

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影响因素1：设计规范

根据最新的建筑设计防火规范，当设置自动灭火系统时，高层民用建筑的最大防火分区为3000平方米，每个防火分区应设置一部疏散楼梯。老规范为2000平方米。因此，标准层面积的设置应该经济合理，避免出现标准层面积超出规范一点而要多设一部疏散楼梯的情况。

另外，各地的规范审批尺度有所不同，有一些特殊案例，本文暂不做讨论。

影响因素2：核心筒的几何形状参见（三）2。

（五）交通通道

交通通道起到了联接作用，是核心筒中必不可少的组成部分，其面积大小主要取决于核心筒的布局方式，也跟垂直交通方案密切相关。

影响因素1：核心筒的布局方式

在容纳相同功能空间的前提下，不同核心筒布局方式会影响核心筒使用。

在分区前提下，如穿梭梯设置在核心筒外围，那么在上部穿梭梯取消后的面积可以用来出租经营；如设置在内部则无法整体上收缩核心筒，虽然能够利用该区域作为其他用途，但是从统计口径无法提高使用率。


下面的案例则很好地体现了核心筒随低区电梯井道取消后进行收缩，释放的面积可以很好地作为使用面积。


另外，在相同功能空间大小的情况下，不同的核心筒布局方式也将对核心筒的使用率有一定的影响，主要体现在对交通通道的利用上，一般而言一字型布局的交通面积最省。

三、核心筒各功能空间的优化策略

从以上分析可见，最好的设计方案应该是实现了较高使用率与较高品质共存的平衡方案。超高层建筑核心筒优化策略可概括为如下几个方面：

（1）由于电梯井道在核心筒中所需面积最大，而且电梯系统也是重要的客户界面，因此，垂直交通系统设计是超高层建筑优化核心筒关键中的关键。这需要处理好垂直分区和核心筒收分策略、穿梭梯在核心筒内的具体位置、电梯轿厢选择等系统性问题。
设计难度系数：★★★★★

（2）建筑体型应尽量方正而规整，避免异型空间带来的浪费。（核心筒形状一般与建筑平面相符）。
设计难度系数：★

（3）标准层面积的设置应经济合理，避免出现标准层面积超出规范一点而要多设一部疏散楼梯的情况。
设计难度系数：★

（4）卫生间、清洁间等需要结合项目定位、客户定位进行适配设计，不建议过分压缩这部分面积，但也不需要过分配置。某些配置了行政卫生间的项目多租户出租，物业给每个租户1-2把行政卫生间钥匙，这种情况下行政卫生间的使用率很低，因为这部分客户并不希望跟别人共享卫生间，实际上失去了行政卫生间的意义。
设计难度系数：★★

（5）设备机房、管道竖井需要结合业态功能、项目定位等进行适配设计，高效利用空间，合理预留。
设计难度系数：★★★★

本文仅探讨了超高层建筑核心筒优化的原则性和方向性问题，还有很多具体内容未深入展开，抛砖引玉，供大家参考，还望指正。