綜合辦公樓設計的優化應對方案

徐嘉，符東升，鮮吉成，黃小玲，顏華

(機械工業第三設計研究院，重慶 400039)

0 引言

某綜合辦公樓是一個集車庫、游泳池、超市、辦公、酒店、網球場、餐飲、運動場所為一體的綜合性辦公樓。

1 建筑設計

該項目為雙塔設計。兩個塔樓相互獨立、互不干擾，便于功能上的獨立管理，但又能通過裙房將兩棟塔樓有機地聯系在一起。兩塔之間退讓的城市廣場將辦公樓對城市的壓迫和道路對辦公樓的噪音影響減少到最低；并且兩棟塔樓錯開垂直布置，減少了視線干擾，將每個方向的景觀面均能引入塔樓內，同時將2棟塔樓對彼此的壓迫感減至最低。

圖1 辦公大樓雙塔布置示意圖

1.1 核心筒設計

在施工圖設計中，首先要解決的就是核心筒設計。第一，樓梯能否滿足層高的要求。在該項目中，由于甲方希望盡可能減少核心筒面積，并且希望在面積不變的情況下盡量增高整體建筑的高度，以成為江北嘴的代表性建筑。所以我們將方案階段中局部的5.1m層高改為5.4m的層高。這樣即可將長的雙跑樓梯改成4跑樓梯，減少樓梯的長度，從而減少核心筒的面積，又可以提高建筑物的高度，以達到甲方的要求。

第二，核心筒中的管道井的位置。在前期設計的過程中將所有的管道井布置于核心筒內，這樣在施工圖階段時就有“管道穿剪力墻”或“風洞開口”對結構的影響與破壞，并且在首層時還有電纜的進出線和風管交叉重疊影響層高的現象。后來通過重新調整管道井的位置，盡量將開洞位置離剪力墻墻跺600遠，并且利用該項目坡地建筑的高差特點，將電纜的進出線和風管的進風口錯層布置，解決了管道“打架”的問題[1]。

1.2 外立面設計

整個建筑體采用現代簡約的建筑設計風格，建筑立面主要以石材和玻璃幕墻為主，在建筑主體量的邊角處以石材墻面為主，中間輔以大面積的玻璃幕墻，突出強調建筑體量的虛實對比以獲得強烈的視覺感受，并使不同方向的視線均能獲得豐富、完整、靈動的建筑立面，立面的豎向線條更強調出建筑物的挺拔感。建筑色彩主要以暖色石材和深灰色型鋼為主，強調色彩的對比且具有鮮明個性，同時與周邊環境相協調。

在施工圖的設計中，為了充分表現方案設計凹槽的進深感，筆者最開始考慮直接用幕墻和石材的外掛來體現，但這樣就必須做0.6m長的鋼龍骨來支撐。但通過與幕墻公司的溝通，發現這樣做一是造價很高，二是高層建筑的風荷載很大，過長的鋼龍骨對建筑幕墻本身的安全性也存在危險。所以在后面的設計中就通過圍護結構的變化來達到立面效果。

圖2 辦公大樓立面設計圖

該建筑的豎向線條是表現其立面風格的靈魂。在設計其立面構架時，為了不讓豎向線條顯得“單薄”，選用了400寬的厚度。但是如果采用一般的混凝土結構，雖然成本相對較低，但該構架的自重增加也會增加相應結構方面的造價。所以通過多方面的比較選用了中空的鋁合金構件。一是施工方便；二是中空的設計可以減少其自重；三是可以與立面的燈飾效果統一設計，達到美化建筑、點綴城市的作用。

2 結構設計

2.1 鋼梁-壓型鋼板混凝土組合樓蓋設計

根據建筑布局，在裙房中存在會議廳、宴會廳等大跨度空間，最大跨度達23.4m，結構擬采用鋼梁－壓型鋼板混凝土組合樓蓋或預應力結構，通過對兩種方案的計算分析，鋼梁－壓型鋼板混凝土組合樓蓋中鋼梁減輕了結構自重，壓型鋼板可替代模板、方便施工、避免高空支模及預應力結構進行二次張拉的復雜工序。鑒于以上優點，最后我們選擇鋼梁－壓型鋼板混凝土組合樓蓋，該組合樓蓋是由鋼梁和壓型鋼板組合樓蓋共同組成。通過計算，組合樓蓋的抗彎承載力高，但壓型鋼板和鋼梁之間的縱向抗剪承載力相對較低，為此需要在組合梁中布置抗剪連接件—栓釘，利用它來傳遞混凝土翼板和鋼梁之間的縱向水平剪力，抵抗翼板與鋼梁掀起的作用[2]。

圖3 鋼-混凝土組合

2.2 型鋼混凝土框架柱設計

在A棟塔樓二、三層，因功能的需要樓板開大洞，使得三根外圍框架柱通高三層共15m，柱計算長度太大，剛度不足，結構在底部兩層外圍剛度不均衡，產生明顯的結構扭轉效應，對結構抗震極為不利。根據SATWE計算結果，普通鋼筋混凝土柱，柱子計算配筋量大，為使配筋率控制在規范允許的范圍內，就必須大幅增加柱截面，這樣就影響建筑的使用功能。為此，將該部分柱采用勁性混凝土框架柱，勁性混凝土框架柱與普通鋼筋混凝土框架柱相比，剛度和承載力均有很大程度的提高，同時提高了延性，改善了塔樓結構在底部的抗震性能。采用勁性混凝土柱較好地解決柱長細比大，剛度分布不均勻，有效控制了結構扭轉等問題。

3 給排水設計

3.1 給水方式

由于該工程可以利用的市政水壓高達60m（相對于室內±0.000），而且生活水泵房位于地下負4層，可以利用的市政水壓更高，為了貫徹節能的方針，決定采用管網疊壓供水[3]。考慮到只有一路市政管網供水，而且B樓培訓中心應業主要求按四星級設計，為了提高該工程用水的保證率，決定采用差量補償箱式疊壓供水設備。

3.2 排水方式

建筑物內排水系統按通氣方式可劃分為:不通氣的排水系統，設有通氣管的排水系統，特殊單立管系統，真空排水系統。（1）真空排水系統:優點，不依賴重力，排水管無需重力坡度節省了排水管由于坡度占用的層高空間；排水主管管徑相對較小，一般管徑DN70左右；節水。（2）特殊單立管排水系統:是指排水管件特殊、管材特殊或管材管件都特殊的單根排水立管系統。特殊單立管系統雖然具有占地面積小，節省管材（不需設置通氣立管），降低排水噪聲的優點，但需要專門的配件，對安裝人員要求高，排水能力有限。（3）自循環通氣排水系統:排水管道不設伸頂通氣管，但設有專用通氣管，通氣立管在頂端，層間與排水立管相連，在低端與排出管相連，通過相連的通氣管道迂回補氣平衡排水管道內產生的正負壓。由于該工程具有伸頂通氣的條件和排水管道所占用的空間，而且工程排水量較大，所以采用設置專用通氣立管排水系統。

4 電氣設計

經過多次溝通交流，筆者基本了解了建設方對項目的定位和設計要求，該項目A塔樓定位為甲級寫字樓，B塔樓為出租辦公樓和培訓中心，結合此定位要求及使用功能，我們對供配電系統和弱電系統確定了相應的配置標準。

4.1 供配電設計

根據建設方的要求，在市電停電的情況下，除空調系統和出租辦公樓用電外，其他考慮不間斷供電，保證辦公區及培訓中心能正常工作。因此空調系統和出租辦公樓用電按三級負荷考慮，其他負荷均按一、二級負荷考慮。一、二級負荷容量較大，對供電可靠性要求較高，故在供配電系統形式上，對此進行了充分的考慮。該項目供電電源采用市電+柴油發電機，發電機應急母線通過雙電源切換開關分別接至B1、B2變壓器低壓母線上，實現電源熱備用，當兩臺變壓器均失電時，發電機自動啟動向一、二級負荷供電，三級負荷則失壓脫扣切除[4]。

圖4 B1、B2變壓器與發電機的接線關系示意圖

4.2 智能化設計

由于建設方對項目的建筑智能化水平有較高的要求，此項目按“5A”智能化建筑進行打造，并充分考慮業主的各種功能要求，使設計能在總體結構上盡量現代化，技術上先進實用，經濟上合理，同時考慮智能建筑各系統的可兼容性和擴展性。

5 暖通設計 （負荷特點和空調方式比較以及冷源的選擇）

因該工程是一座綜合性辦公樓，功能多樣，人員出入頻繁，空調使用時段不均勻、變化快，冷熱負荷波動大；同時根據業主出售、出租的使用要求，會出現不同業主分層購買或租賃的情況，會要求分別控制、分別計費。鑒于以上情況，該大樓的末端系統中:超市、宴會廳等大空間采用全空氣系統；辦公室、小會議室、客房等采用風機盤管加獨立的新風系統。

目前常用的冷熱源形式主要有以下4種:（1）冷水機組+燃氣熱水機組；（2）冰蓄冷+冷水機組+燃氣熱水機組系統；（3）直燃機冷熱水機組；（4）多聯機空調系統（VRV）。

下面就上述4種空調方式和冷源系統做分析比較。

首先，前三者都是通過冷凍水來傳遞熱量，要滿足整個大樓的使用和控制，都必須另外在管理系統上多加控制閥門以及變頻措施，而這樣的投入也是一筆龐大的費用，而且從控制精度上來說，整個大樓的空調系統，負荷外界干擾因素太多，室外參數，功能部分使用等任何一個條件的變化都會引起整個管路水系統流量的變化，從而整個控制系統中閥門開啟，變頻調速的調整都比較大，從而影響精度。而VRV系統從控制精度出發，可以精確到每層，每個房間，甚至每個室內空調機，都可以單獨控制，把系統的外界干擾因素分成若干個小的組成部分，減少了相互各個之間的影響，精度更高，更簡單，更有效。

其次，從運行費用來說，前三者是水作為載冷劑，VRV系統是環保冷媒R410a，且從能源利用來說，機組制冷的COP效率要高于風冷型的VRV系統，但是考慮上冷凍水泵，冷卻水泵，冷卻塔的電耗，其運行綜合費用來比較后，還是VRV系統更有優勢，由于其控制精度高，多變靈活，更能實現運行費用的低能耗，節約運行成本。

再次，根據使用業主的要求，VRV系統可以根據負荷單獨調節，也可以根據整個樓的使用情況實現分層、分房間，分別計量交費，滿足該工程分別控制的需要。

結論:VRV系統的初投資均高于前三者的水作為載冷劑的系統，比例基本上為1.5:1，但是從運行節約成本，以及管理方便來說，VRV系統更適合該工程系統。

6 結論

通過綜合辦公樓這個項目的鍛煉，為以后這類型公共建筑的設計提供了一定的設計經驗，對各個專業在設計過程中設計技術的提高、知識體系的構建都起到一定的作用。

[1]北京建筑工程學院.JGJ 100-98汽車庫建筑設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社，1998.

[2]中國建筑科學研究院JGJ138-2001型鋼混凝土組合結構技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社，2002.

[3]中華人民共和國建設部.GB50352-2005民用建筑設計通則[S].北京:中國建筑工業出版社，2005.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50052-2009供配電系統設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2009.