高層建筑設計中的若干問題探討

陳云強

（廣東啟源建筑工程設計院有限公司，廣東 東莞 523011）

隨著經濟社會的快速發展和人民群眾生活水平的不斷提高，各類高層建筑拔地而起，建筑高度的不斷增加、風格的變化多樣，給高層結構設計提出了新的課題和挑戰。為切實解決好高層建筑相關問題，筆者在深入調研的基礎上，結合建筑實際，就實踐中如何改進這些問題做一探討，供大家參考。

1 由普通問題轉化而來的特殊問題

1.1 設備與設備系統設計方面的問題

從土建工程的角度出發，超高層建筑的建造在技術方面一般是沒有問題的。我國曾多次提出超高層建筑的建造，由此可見超高層建筑的建造在技術上是可行的。然而，如果從設備及設備系統的角度出發，超高成建筑的建造就沒那么簡單了，因為超高層建筑并不是將普通建筑進行拉伸和簡單地疊加。這樣一來，存在于一般建筑中簡單的問題，在超高層建筑內就變成了相對特殊的問題，要求相關人員給予特別關注并進行相應的處理。另外，高層建筑必須承受側向的風力，該問題也是人們必須予以重視的。

1.2 防排煙系統設計中的問題

1.2.1 沒有正確認識排煙方式的差別

在城市用地不斷緊張的同時，越來越多的超高層建筑拔地而起。有些開發商為節省投資，在超高層建筑設計的過程中，對于消防電梯間前室、防煙樓梯間及其前室的防煙設施的設計都是運用自然排煙的方式，并無有關機械防煙設施的設計。然而，事實上，在外界自然環境的影響下，超高層建筑內不可再使用自然排煙的方式。

1.2.2 未對不具備自然排煙條件的封閉樓梯間進行防煙設計

在超高層建筑設計中，特別是那些大型的商場，在中部設有封閉的樓梯，為了節省投資、擴大商場的使用面積，很多設計中并沒有根據規范去設正壓送風，也沒有增設前室。

1.3 電梯設計中存在的問題

電梯在超高層建筑中非常重要，被看作是“生命線”。以紐約世貿中心為例，在這個超高層建筑中共有246個電梯，在這些電梯高速運行時，若大樓發生15.24 cm以上的晃動，那么電梯鋼纜將由于一松一緊而造成受力不均而帶來損害，甚至引發危險。針對這種現象，他們設計了相應的報警系統以及電梯鋼纜隨動的跟蹤機構，從而對電梯鋼纜的長度進行及時調整，使其均勻受力。

此外，還有些現象是在普通建筑設計中不會出現的，即在冬天氣溫較低的條件下，很可能因為低層與地下室內的冷空氣進入電梯井，在煙囪效應的影響下，產生強大的氣流，使得電梯門無法關上。同時，也可能把底層的某種氣味帶入高層中，如廚房的油煙味等，如果在底層和地下室內進行電焊操作，或者有燃氣泄漏，氣流就會把火源帶進高層，造成極端危險的情況。

通過以上分析，可以看出對普通建筑來說比較簡單的事情，在高層建筑中都可能成為復雜的問題，甚至很大的麻煩。究其原因，主要在于它特別高并且結構復雜，使其在設計與維護等方面存在諸多問題。

2 消防問題

超高層建筑往往在功能上是多元的，而其中設備又較復雜，本身存在很多引起火災的潛在因素。例如，超高層建筑的電器設備很多，一旦維護、管理或使用不當，就可能引發火災；未妥善管理明火；施工以及機械故障等。

從引發火災的原因來看，與普通建筑幾乎相同，然而在超高層建筑中，如果發生火災，會比普通建筑帶來更大的危害。具體來說，高層建筑的消防問題主要表現在以下幾方面：

2.1 火災蔓延迅速

由于超高層建筑中存在許多可燃物，它們形成了許多縱向煙筒。當火災發生時，這些煙囪的拔風抽力效應可以促進火焰及煙氣的蔓延，高度越高，抽力越大，這種效應就越強烈。超高層建筑的煙筒效應是最難防范的，雖然可在管道內設置一些防火閥，然而這些防火閥可能出現控制失靈、無法嚴密閉合等情況，從而導致有火溢出直至延燒。

2.2 人員疏散困難

超高層建筑內部，往往會聚集大量的工作、生活人員，通常情況下，超過300 m的高層建筑可以容納的人數都在萬人以上。一旦發生火災，一切客貨電梯必須馬上降至底層而不可使用，只有消防專用電梯可以使用，這樣一來，大量人員必須由樓梯疏散。建筑的層數越高，人員越多，其疏散的時間就越長。

2.3 火災撲救困難

超高層建筑一旦發生火災，在滅火過程中，就會遇到建筑周圍場地小或者登高高度受限等具體問題。另外，如前文所述，超高層建筑的火勢蔓延迅速，也增加了撲救的難度。

通過以上分析，可以看出對于超高層建筑，在設計中必須充分重視消防問題。只有全面考慮超高層建筑中可能出現的消防問題，并在相關設計中消除這些問題發生的可能性，才能實現超高層建筑設計的根本目標。

3 高層建筑的抗震設計中存在的問題

在高層建筑中，豎向荷載對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩，以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比；另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。對超高層建筑的設計，關于抗震問題的研究是其關鍵所在，而在抗震設計中，短柱問題表現最為突出。

3.1 結構平面設計中的問題

對于超高層建筑的結構平面設計往往存在如下問題：在外形上不對稱、不規則，其凹凸變化的尺度較大，同時形心、質心偏心大。此外，對相同結構單元的設計，也存在著結構平面的剛度與形狀不對稱、不均勻，以及平面的長度太長等問題。不少地方都采用鋼筋混凝土內柱承重來代替磚墻承重，實際上將磚混結構演變為內框架結構，這比底框磚房還不利，因內框磚房的層數、總高度控制比底框磚房更嚴，因此存在著嚴重抗震隱患。更為嚴重的是目前這種情況并未引起大多數結構工程師的重視。

3.2 抗震構造柱的問題

在抗震設計中，抗震構造柱也存在一定的問題。例如，在外墻的轉角處、大廳的四角沒有設置構造柱，有的雖然設置了構造柱，卻不是成對的。還有一些設計用構造柱替代磚墻去承重，或者在縱墻和山墻的交接處沒有設置抗震構造柱等。

3.3 缺乏巖土工程勘察資料或資料不全

有的在擴初設計階段缺建筑場地巖土工程的勘察資料；有的在擴初設計會審之后就直接進入了施工圖設計；有的在規劃設計或方案設計會審后就直接進入了施工圖設計。無巖土工程勘察資料，設計缺少了必要的依據。

3.4 抗震設防標準掌握不當

有些項目擅自提高了設防標準，按照《建筑抗震設防分類標準（GB 50223－95）》劃分應屬六度設防的，但設計中提高了一度按七度設防，提高了建筑抗震設防標準，增加了工程投資；有的項目應嚴格按七度采取抗震措施，但設計中又按六度設防，減低了抗震設防標準，不利抗震。

3.5 結構其他問題

有的底層無橫向落地抗震墻，全部為框支或落地墻間距超長；有的僅北側縱墻落地，南側全為柱子，造成南北剛度不均；有的底層作汽車庫，設計時橫墻都落地，但縱墻不落地，變成了縱向框支；還有的底框和內框砌體住宅采用大空間靈活隔斷設計，其中很少有縱墻。

4 結束語

總之，高層建筑一旦發生災害，就可能造成人、財、物等多方面難以估量的損失。如果設計超高層建筑，就必須注意由一般到特殊以及重大火災隱患等問題。所以，在超高層建筑設計中存在的許多問題，需要人們的重視。

1 裴中良.探討現代高層建筑設計理論研究［J］.城市建設（下旬），2010（04）