建筑基础知识——超高层的优劣势

深圳中原建筑中心 2018-09-03 09:11:27
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地标性建筑: 通过超高层建造坐标性建筑,打造城市新坐标,提升城市形象,显示当地城市建设与发展的政绩。 土地资源匮乏: 提高容积率也就意味着在有限的土地资源内,其建筑高度将达到区域内的高值,从而节省土地资源。 吸引品牌企业: 通过超高层项目,一定程度上也可以吸

地标性建筑:

       通过超高层建造坐标性建筑,打造城市新坐标,提升城市形象,显示当地城市建设与发展的政绩。

土地资源匮乏:

       提高容积率也就意味着在有限的土地资源内,其建筑高度将达到区域内的高值,从而节省土地资源。

吸引品牌企业:

       通过超高层项目,一定程度上也可以吸引一些品牌企业入驻,进行带动整个项目或区域企业的集聚,提升区域板块的城市竞争力。

综合多种业态:

       一般超高层项目,会融合多种功能业态。在一定程度上达到相互促进发展,形成完整的运营系统。

超高层建筑发展数据:

        超高层建筑是世界各国在经济发展、技术进步、城市土地稀缺等多重背景下进行城市开发时的共同选择,是响应“精明增长”“紧凑城市”等先进城市发展理念的必然之举。因此,超高层建筑是城市土地集约利用和城市科学布局的有效结合。然而,2017年是超高层建筑建设速度较快的一年,下面可以看到在过去一段时间里世界范围内高层建筑的发展趋势。

2017年竣工的高层建筑——144座

2017年建成高层建筑最多的地区——亚洲

      2017年世界范围内建成的200米以上的高层建筑共144座,超过2016年的127座,使得全球范围内200米以上的建筑总数达到了1319座,比2016年增长了12.3%;比2000年时增长了402%。其中2017年落成的300米以上的超高层有15座,追平了2015年的记录。

2017年竣工的高层建筑国家分布(中国于首位)

       中国在2017年建成的高层建筑占世界总数的53%,虽然是世界之最,但是这已经低于2016年。在2016年,中国一共有83座高层建筑竣工,占2016年总数的65%。

2017年建成高层建筑最多的城市——深圳

       这是深圳连续第二年成为世界上建成高层建筑最多的城市,共有12座超过200米的建筑在今年完工。在前五中有四个中国城市,分别是深圳、南宁、成都、长沙。

2017年建成高层建筑功能分布(住宅、办公居多)

       在2017年,纯粹办公用途的高层建筑比例由2016年的52%下降到2017年39%,而作为住宅的高层建筑比例相比以往显著增加,在2016年,住宅在高层建筑中的比例仅有15%,而2017年全年仅有一个200米以上的酒店落成。

平均建筑高度(上升至372米)

       2017年竣工的200米以上的建筑平均高度为244米,较2016年的238米有所上升;而2017年世界较高的100个建筑的平均高度是372米,在2016年这个数字是363米;

2017年竣工的较高建筑(深圳平安金融中心居首位)

       深圳平安金融中心以599米的高度成为2017年竣工的世界较高建筑,这个高度也是目前世界上第四高,仅次于迪拜哈里发塔、上海金融中心大厦、沙特麦加皇家钟塔酒店。

深圳平安金融中心:

超高层建筑未来发展趋势:

      根据现有的技术条件水平,我们可以大致分析出超高层建筑未来的大致发展趋势,随着科技及需求不断的变化,未来的超高层建筑逐渐向以下几个方向发展:

超高层建筑的定义:

      对于超高层的界定,不同的国家有不一样的标准:

        在建筑高度超过100米时,建筑开发的技术以及要求都产生本质的变化:

超高层建筑的相关规范:

     对于超高层规范性要求的关键性设计要点,基本可以分为一下两大部分:

      建筑构件耐火等级:超高层建筑属于一类高层建筑,耐火等级应按一级执行。

《建筑设计防火规范》表5.1.2 不同耐火等级建筑相应构件的燃烧性能和耐火极限(h)

另外: 《建筑设计防火规范》5.1.4

建筑高度大于100m的民用建筑,其楼板的耐火极限不应低于2.00h。

一、二级耐火等级建筑的上人平屋顶,其屋面板的耐火极限分别不应低于1.5h和1.00h。

      根据《民用建筑设计通则》GB50352-2005  6.4.2 建筑高度超过100m超高层民用建筑,应设置避难层(间)。

      根据《建筑设计防火规范》中 5.5.23建筑高度大于100m的公共建筑,应设置避难层(间)。避难层(间)应符合下列规:

1. 排名前列个避难层(间)的楼地面至灭火救援场地地面的高度不应大于50m,两个避难层(间)之间的高度不宜大于50m。

2. 通向避难层(间)的疏散楼梯应在避难层分隔、同层错位或上下层断开。

3. 避难层(间)的净面积应能满足设计避难人数避难的要求,并宜按5.0人/m计算。

4.避难层可兼作设备层。设备管道宜集中布置,其中的易燃、可燃液体或气体管道应集中布置,设备管道区应采用耐火极限不低于3.00h的防火隔墙与避难区分隔。管道井和设备间应采用耐火极限不低于2.00h的防火隔墙与避难区分隔,管道井和设备间的门不应直接开向避难区;确需直接开向避难区时,与避难层区出入口的距离不应小于5m,且应采用甲级防火门。

  避难间内不应设置易燃、可燃液体或气体管道,不应开设除外窗、疏散门之外的其他开口。

5. 避难层应设置消防电梯出口。

6. 应设置消火栓和消防软管卷盘。

7. 应设置消防专线电话和应急广播。

8. 在避难层(间)进入楼梯间的入口处和疏散楼梯通向避难层(间)的出口处,应设置明显的指示标志。

9. 应设置直接对外的可开启窗口或独立的机械防烟设施,外窗应采用乙级防火窗。

7.4.1 建筑高度大于100m且标准层建筑面积大于2000 ㎡的公共建筑,宜在屋顶设置直升机停机坪或供直升机救助的设施。 

7.4.2 直升机停机坪应符合下列规定:

1.设置在屋顶平台上时,距离设备机房、电梯机房、水箱间、共用天线等突出物不应小于5m;

2.建筑通向停机坪的出口不应少于2个,各个出口的宽度不宜小于0.90m;

3.四周应设置航空障碍灯,并应设置应急照明;

4.在停机坪的适当位置应设置消火栓;

5.其他要求应符合国家现行航空管理有关标准的规定。

另外:《办公建筑设计规范》JGJ67-2006中:

5.0.4 超高层办公建筑的避难层(区)、屋顶直升机停机坪等设置应执行国家和专业部门的有关规定。

7.3.8 消防电梯应符合下列规定:

1.消防电梯应能每层停靠;

2.电梯的载重量不应小于800kg;

3.电梯从首层至顶层的运行时间不宜大于60s;

4.电梯的动力与控制电缆、电线、控制面板应采取防水措施;

5.在首层的消防电梯入口处应设置供消防队员专用的操作按钮;

6.电梯轿厢的内部装修应采用不燃材料;

7.电梯轿厢内部应设置专用消防对讲电话。

其余相关规定:

7.3.5-1 前室宜靠外墙设置,并应在首层直通室外或经过长度不大于30m的通道通向室外;

7.3.7 消防电梯的井底应设置排水设施,排水井的容量不应小于2m3,排水泵的排水量不应小于10L/s。消防电梯间前室的门口宜设置挡水设施。

另外:一类建筑应设消防电梯,设置数量应满足以下要求:

      较大适用高度:不同建筑结构在抗震级别上的较大适用高度不同。

表1 A级高度钢筋混凝土高层建筑的较大适用高度(m)

表2 B级高度钢筋混凝土高层建筑的较大适用高度(m)

钢筋混凝土高层建筑结构的较大适用高度和高宽比应分为A级和B级

B级高度高层建筑结构的较大适用高度和高宽比可较A级适当放宽,其结构抗震等级、有关的计算和结构措施应相应加严,并应符合本规程有关条文的规定。

A级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的较大适用高度应符合表1的规定;

B级高度钢筋混凝土乙类和丙类高层建筑的较大适用高度应符合表2 的规定。

      较大高宽比:比当地抗震设防烈度高一度的标准分级别选择合适的结构。

表1 A级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的较大高宽比

表2B级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的较大高宽比

        A级和B级高度的结构体系适用的较大高宽比存在差异,具体需结合当地的抗震设防烈度要求进行设计。

       通常4层左右是一般小区园林树木较高的高度,所以,这个高度被认为是刚好从树顶来眺望小区园林,而随着层数的增加,其视野观感会不断变佳,正所谓站得高,望的远。一般处于12层以下主要是观赏小区园林,而12层以上则是逐渐能望到区外景色。

       超高层建筑因为拥有高度优势,因此中高段位置可享受良好的通风和采光效果。

        环保局专家研究发现,噪声向上传播,一般来说高层建筑中,5到24层噪声较大,其中噪声在11层到22层上升最多,30层以上又较为安静。楼层矮反而噪声小,除了因为绿化带、行道树可以降低噪声,还因为矮楼层只接收近距离的噪声,而楼层越高接收噪声的范围越广,远距离的交通噪声都可以传送到高层。

       超高层建筑通过向高空发展在有限的地面上为人类争取到更多的生存空间,能使有限的土地资源得到充分利用,超高层建筑集多种功能于一身,使土地利用效率大大提高。另外超高层建筑促使城市道路、市政管线等公共设施相对集中减少了市政公共设施的建设量和占地面积。总之,超高层建筑的发展大大提高了不可再生资源一土地的集约化利用水平。

       超高层建筑作为现代建筑技术的结晶,自然而然地成为展示发展成就的有效手段。超高层建筑在展示发展成就的同时,还以其强烈的标志性作用而极大地提升城市和国家形象。由于超高层建筑地处显要,造型突出,视觉效果强烈,往往会成为所在城市和国家的名片。

       首先,无论高层建筑尽管体量不大,但是配套设施仍然需要齐全,但由于分属不同业主,因此规模效应不明显,资源利用效率低下超高层建筑由于体量巨大配套设施规模效应明显,资源利用效率高。其次,超高层建筑将各种功能进行集约式布置,实现了经营互利。

       超高层建筑是现代科学技术的结晶,是科学技术发展到一定阶段的产物,其建造和运营涉及多个学科门类,如土木建筑测量、建筑材料、土木建筑结构,有赖于材料科学、机械工程动力与电气工程能源科学技术、电子、通讯与自动控制技术和计算机科学技术等相关智能化学科的进步。因此,随着超高层建筑不断发展,在一定程度上也促进这些科技的发展与进步。

       超高层建筑因为结构问题,需使用先进的建筑材料和建筑工艺,因此成本相对较高:假设开发商开发一座30层的住宅毛坯房一般造价约2200元/平方米,如设计转为50层超高建筑,其额外造价约:330-545元/平方米,造价增幅约为15%-24%。

成本增加项主要有:

1.超高层建筑设计复杂,因此其对应的设计、工程顾问及监理费用可能增加;

2.超高建筑物中每隔一定距离须加设避难层及增加一些消防设施,成本会较高;

3.基础及结构方面;

4.机电及设备(电梯等);

5.抗风抗震技术设计。

       超高层建筑出现,将在一定程度打破了原环境的平衡关系,所造成的环境效益问题会给人类乃至其他生态物种的带来不同程度的影响。

1.超高层建筑会引起城市峡谷效应

       城市峡谷效应是指由于几何效应,高层建筑尤其摩天大楼的玻璃幕墙会吸收、反射大量阳光,导致周围的温度比其它区域更高。

2.超高层建筑会导致光污染

      大部分的超高层建筑,尤其是办公及商业类的外墙多采用玻璃幕墙,这将造成不同程度的光污染,将严重影响人们的生活。

3.影响鸟类迁徙

       超高层建筑的光污染会误导迁徙的鸟类,使它们在夜间也继续飞行而精疲力竭,或不小心撞到夜间大楼的霓虹灯上而导致死亡。

4.影响人类居住环境

       影响人类居住环境的因素包括:光照、阴影、声音以及各种自然现象。超高层建筑还会形成通道效应,也就是在大楼拐角处形成旋风,使得行人在经过大楼时受到强风的冲击,同时因为强风产生风噪影响。

       随着时代的发展,人们对超高层建筑造型要求也不断在进步。但无论造型如何变化,还需考虑其合理性。因此新式建筑造型往往给了建筑结构很大的挑战。

建筑结构需考虑主要有:

1.考虑高层建筑遇到巨大风力和地震力时所产生的水平侧向力。

2.严格控制高层建筑体型的高宽比例,以保证其稳定性。

3.建筑平面、体型、立面的质量和刚度尽量保持对称和匀称,使整体结构不出现薄弱环节。

4.妥善处理因风力、地震、温度变化和基础沉降带来的变形节点构造。

5.考虑在重量大、基础深的地质条件下如何保证安全可靠的设计技术和施工条件问题。

       超高层建筑高度较高,某些高度超过救援较大高度,同时人员疏散时间长,相比高层建筑消防救援难度增加不少。

       超高层住宅为了满足其消防及结构承重等需采取相应的措施也会导致可使用空间减小。(实用率较100米高层略低1%-2%)。

使用率下降原因主要有:

1.消防楼梯间多(避难层的消防楼梯间),防烟楼梯间送风管道井(住宅高度超过100m需设且计入公摊面积),公摊面积大,实用率降低;

2.住宅底部承重荷载增加,导致下面结构柱加大加粗,使可使用面积减小;

3.超高层住宅楼层多,电梯使用频率高,电梯数量较普通高层有所增加,公摊面积增大,实用率下降;

4.因为超高层所需增加的避难层,也计算入公摊面积内。

      由于超高层建筑高度问题,人员垂直交通主要靠电梯,当遇到上下班的人流高峰,将造成楼层拥挤,等电梯需要的时间比较长;同时,一旦电梯发生故障不能使用,将更麻烦。

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