超高层建筑设计应注意的问题

随着城市的快速发展，为节约用地面积，超高层建筑逐渐成为城市建筑的主流，尤其是一些人员密集、功能复杂的城市。超高层建筑尺度宏伟、体量巨大、结构复杂、投资庞大、容纳性强，在具体的设计和施工环节会有很多问题。本文探讨了超高层建筑在设计中需要注意的问题。

超高层建筑不仅体现了我国科技的进步，同时也象征着我国综合国力的提升和城市竞争力的提高。但是超高层建筑需要大量的资金来进行设计和维护，对人力、物力、财力消耗较大，与建筑在设计时节约的原则相违背。

1、抗震设计方面的问题

抗震问题也是超高层建筑设计中的关键问题，尤其是短柱问题较突出。

1.1结构平面设计

超高层建筑设计时结构平面设计常存在外形不规则、上下不对称、形心、质心偏心大、凹凸变化尺度大、结构平面刚度与现状不均匀、长度长等一系列问题。

1.2抗震构造柱抗震构造柱在设计中通常存在大厅的四角、外墙的转角缺乏构造柱，即使有构造柱但不是成对存在，在一些纵墙和山墙的交接处也缺乏抗震构造柱，甚至在一些建筑中构造柱代替砖墙承重等问题。

2、消防问题

超高层建筑功能多元化、设备较复杂，存在很多引起火灾的因素，例如如果对超高层建筑的电气设备维护和管理不当、或者是明火处理不妥善就有可能引发火灾。相对于低层建筑，高层建筑如果发生火灾引起的危害更大，常见的超高层建筑消防问题主要存在以下几个方面：

2.1火势蔓延较迅速，疏散困难

超高层建筑中由于存在很多可燃物导致形成纵向烟筒，这些烟囱的拔风抽力效应在发生火灾时会促进火焰和烟气迅速蔓延，而这种效应随着高度的增高和抽力的增大而强烈。超高层建筑工作、生活人员较多，通常情况下，300米以上的高层建筑可容纳数万人以上，如果发生火灾，客货电梯不能使用，只有消防专用电梯才能使用，而消防电梯的时间和运载人数有限，大量的人员需要借助楼梯疏散。人数越多、楼层越高，疏散的时间越长，潜在危险越大。

2.2火灾扑灭困难

如果超高层建筑发生火灾，那么因为建筑周围的场地较小、登高高度受限，而火势蔓延迅速，增加了扑救难度。因此超高层建筑试析超高层建筑设计中需要注意的问题蔡云峰1郝虹琳21中弘控股股份有限公司北京1000242北京紫玉山庄房地产开发有限公司北京100012设计中必须充分重视消防问题，全方位考虑，尽最大可能消除发生火灾的可能性，才能达到超高层建筑设计的预期目标。

3、设计中一般的实际问题

3.1防排烟系统

在超高层建筑的设计过程中，一些开发商为了节约投资，采用自然排烟的方式设计防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室的防烟设施，缺乏有关机械防烟的设计，但是由于自然环境的影响，自然排烟的方式在超高层建筑中是不合理的。尤其针对于一些大型的商场，中间设有封闭楼梯，很多开发商为了扩大商场的使用面积，节省投资，并没有按照规范设计正压送风，也没有增加前室。

3.2建筑消防设计方面

由于超高层建筑自身特殊作用，工程设计实际建筑中，加强超高层建筑设施消防工作变得很重要。由于超高层建筑物楼层很高，超高层建筑容纳人员很多、很集中，实际设计工作中，需适当提高在建筑内安全通道的质量和数量，这样做避免有火灾事故时人员拥挤出逃踩踏；超高层建筑设置的消防通道必须设计到密封性，一旦火灾事故发生，事故造成的烟尘扩散迅速，火势会蔓延迅速，在设计中、后期维护使用中一定要保证消防通道自身密封性能，防止即使有火灾事故发生，消防通道依旧安全使用。超高层建筑规定的消防设备必须准备完全。

3.3电梯设计

超高层建筑中电梯被视为其生命线。设计实例如纽约世贸中心：建筑物高541.3米，共有246个电梯，如果电梯在高速运行期间大楼出现15.24CM以上的晃动，电梯钢缆会因为受力不均造成严重损害，甚至造成危险，因此开发商设置了电梯钢缆的随动跟踪机构并设计了相应的报警系统，以便于及时调整钢缆的长度使其受力均匀。由此可见超高层建筑高度较高、结构复杂，使得设计和维护相对较困难。

3.4设备与设备系统的问题超高层建筑的建造从设备和设备系统角度出发比普通的建筑要复杂的多，不是将普通的建筑进行简单的拉伸和叠加，必须对普通建筑中较简单的问题特殊对待，相关的人员要特别关注、及时处理，如提高建筑的侧向风力承受能力。

4、超高层建筑抗震设计探索

4.1设计采取基础隔震相关措施

传统的设计抗震方法依靠结构的承载力和变形能力来消减地震破坏能量，来保护建筑物，却存在许多短板。地震对建筑的破坏，发生的破坏能量多出自于地面，通过建筑物基础向上部层层传递。在对地震经验总结归纳后得出：发生地震时，建筑物结构底部相对越小的滑动，较大幅度减轻高层结构的破坏烈度。基于可动这一概念的基础隔震方案多种多样，主要方式有：软垫式隔震、滑移式隔震、摆动式隔震、悬吊式隔震。例如软垫式隔震就是是在建筑物基础上设置一定带铅芯的钢板橡胶这样的隔震装置，使整个房屋坐落在软垫层上，遭遇地震时，底面与地面相对水平位移小，建筑物自振周期加长，致使主要的变形都集中在软垫块处，建筑物上部间侧移却变得很小，这样做就保护结构一定程度免遭破坏。

4.2合理设计提高结构阻尼

提高高层建筑物结构阻尼，建筑物结构上设计布置阻尼，来吸收地震能量，从而减小结构变形。在实际设计实例中；台北101大楼设计时在87-92楼规划安装了一个体积巨大特殊的钢球风阻尼器，球体直径达5.5m，它由四十一块12.5cm厚钢板焊接为球形，其中重量可达660t，这样的规划设计有效减轻了由于飓风和地震所引起的建筑物震动和侧移。为超高层建筑设计中附加阻尼这一新途径，是利用主体结构连接刚性挂板中间特殊装置所具备的非弹性性能、摩擦性能来实现。建筑物设计采取这一措施过后，使阻尼比仅为2%的抗弯钢框架，发生地震时有效的粘滞阻尼≥8%，使得底部地震剪力和顶点侧移降低50%左右。此外，通过设计采用高延性构件，设计时附加耗能装置的做法也有效消减高层建筑物地震反应。

5、关于我国超高层建筑中节能设计的思考

超高层建筑因其高度变化导致相关的参数有所变化，影响建筑的能耗，超过100米的建筑只有太阳辐射保持不变，其余的气象参数均变化较大。而近年来我国建筑节能设计所用的建筑能耗模拟软件都不能反映出气象参数与高度之间的变化规律，又不能反映出表面的热交换能力，不能准确计算出相关的能耗，不能科学合理地配备相应的节能设备。

6、超高层建筑中配体设施和装修的问题

随着人们生活水平的提高，越来越重视建筑的美观和使用功能的完善，集中供应空调和冷热水，但是增加了建筑的负担，也引起了燃气、锅炉、燃油等安全隐患。为了美观几乎全部的消防柜直接镶嵌在墙体里，导致墙体的耐火极限不达标。因此设计者在设计的过程中必须结合实际的情况，消火栓为环状结构，保证建筑物的配件耐火性好，建筑物的耐火等级符合要求，在发生火灾时不会短时间损坏，减少火灾损失。

结束语

总而言之，一旦超高层建筑发生火灾、地震等灾害，将会对人员、财产造成很大的威胁和损失，因此，为了尽量减小损失，在超高层建筑的设计需要注意很多方面的问题，注意一些普通楼层一般但对超高层建筑较危险的影响因素及重大火灾等安全隐患问题，提高超高层建筑的安全性，减少经济损失。