超高層建筑之淺見

■趙振源 ■陜西昊晨建設(shè)有限公司，陜西 西安 710065

超高層建筑是當(dāng)代建筑領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題，它在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、通風(fēng)空調(diào)、給水排水及電氣等方面，都有特殊的要求，而且均與防火有著非常密切的關(guān)系。

超高層建筑因其高度更高且沒(méi)有上限，因而面臨的消防問(wèn)題更加嚴(yán)峻。主要表現(xiàn)為：超高層建筑容納的人數(shù)很多，垂直撤離距離大，加之火災(zāi)中人員的恐慌心理，因此安全疏散成為人們首先關(guān)注的問(wèn)題。當(dāng)火沿著建筑內(nèi)空間發(fā)展時(shí)，消防人員會(huì)因煙霧的阻礙和垂直攀登距離過(guò)長(zhǎng)而延誤戰(zhàn)機(jī)，而且，當(dāng)火沿著建筑外墻向上蔓延時(shí)，速度非常快，高層建筑的樓梯間、電梯井、管道井、風(fēng)道等豎向井道，如果防火處理不好，火災(zāi)時(shí)會(huì)成為一個(gè)個(gè)煙囪，成為火災(zāi)迅速蔓延的途徑。而且高層建筑的特點(diǎn)是層數(shù)多，人員集中，多數(shù)高層建筑安全疏散主要是靠樓梯，而樓梯間內(nèi)一旦竄入煙氣，就會(huì)嚴(yán)重影響疏散。消防人員會(huì)因云梯高度不夠和供水不足而無(wú)法撲滅升騰的火焰。所以高層建筑的防火主要立足于自救，即主要靠室內(nèi)消防設(shè)施。

綜合各種因素考慮，超高層建筑防火設(shè)計(jì)應(yīng)主要體現(xiàn)五個(gè)原則：

(1)確保建筑物內(nèi)的火災(zāi)荷載與隱患降到最低點(diǎn)。(2)確保建筑物內(nèi)自動(dòng)滅火系統(tǒng)的有效性和全面覆蓋。(3)確保建筑物內(nèi)的人員具有多條高效、可靠的安全疏散途徑。(4)確保防火分區(qū)的分隔性，尤其避免出現(xiàn)火災(zāi)豎向的快速蔓延。(5)確保建筑結(jié)構(gòu)主體不發(fā)生連續(xù)倒塌。

1 避難層設(shè)置的問(wèn)題

避難層是超高層建筑中供發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員臨時(shí)避難使用的樓層。我國(guó)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定：“建筑高度超過(guò)100m的公共建筑，應(yīng)設(shè)置避難層(間)。”作為一個(gè)供人避險(xiǎn)的過(guò)渡性空間，避難層的設(shè)計(jì)必須體現(xiàn)這樣的一些特征：

(1)避難層設(shè)置的位置和大小都要根據(jù)實(shí)際需要考慮。要綜合建筑功能和人員分布情況，對(duì)整棟建筑的全過(guò)程疏散情況進(jìn)行模擬分析，以提出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。(2)避難區(qū)域的設(shè)置應(yīng)容易辨識(shí)和進(jìn)入。首層與避難層或避難層之間不宜超過(guò)15層，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，聚集在15層左右的避難人員可以通過(guò)云梯直接疏散。(3)每個(gè)避難區(qū)域應(yīng)用耐火極限不低于1.5h的防火密封構(gòu)件并與該樓層的其他部位隔開。防火門應(yīng)為常閉門或由火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)控制關(guān)閉。管道穿越處應(yīng)設(shè)防煙閥，以阻止煙氣侵入。(4)避難區(qū)域與消防控制指揮中心之間應(yīng)設(shè)兩種應(yīng)急通信系統(tǒng)，并可以進(jìn)入公共通信系統(tǒng)。在避難區(qū)域中，人們能得到應(yīng)急指令，如安全出口的方向、應(yīng)急救援方案以及如何使用應(yīng)急通信系統(tǒng)等。

2 交通核

垂直交通是超高層建筑重要的結(jié)構(gòu)組成部分。一般來(lái)說(shuō)，交通核有三種：中央核、雙核、單側(cè)核。在傳統(tǒng)的中央核心筒式空間構(gòu)成模式中，電梯樓梯、設(shè)備用房等在平面中央，功能空間占據(jù)外圍自然通風(fēng)、采光、視線良好的位置。中央核心筒利于受力和抗震，但核心筒位置房間需人工采光和機(jī)械通風(fēng)。20世紀(jì)70年代前后，“雙核”(雙側(cè)外核心筒的布局的出現(xiàn)，利于避難疏散，也使建筑外觀產(chǎn)生變化。垂直交通、服務(wù)房間和管道井分散到建筑周邊，適應(yīng)了結(jié)構(gòu)、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等專業(yè)的需要。服務(wù)核位于建筑側(cè)面，直接受到太陽(yáng)的照射，可降低建筑內(nèi)部的空調(diào)負(fù)荷。交通核設(shè)在建筑周邊，不需設(shè)防火加壓風(fēng)管，降低了設(shè)置與營(yíng)建費(fèi)用，電梯、門廳有直接對(duì)外的視野和自然通風(fēng)和采光，且易于辨認(rèn)。

3 超高層建筑體型和風(fēng)荷載效應(yīng)

有些人認(rèn)為高層建筑設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)方面應(yīng)考慮得多，而建筑方面沒(méi)有多少可以考慮創(chuàng)作的余地，結(jié)構(gòu)在建筑形式中似乎充當(dāng)了主角的地位，這種看法是不夠正確的。如果說(shuō)結(jié)構(gòu)是建筑設(shè)計(jì)的唯一準(zhǔn)則的話，那么，我們只能有正方形和圓形的高層建筑，建筑設(shè)計(jì)只不過(guò)重復(fù)使用這種單調(diào)的建筑形式罷了。但是，風(fēng)荷載不僅在建筑高度上顯示著它的作用，而且因建筑形體不同，其作用也大有差別。所以，高層建筑設(shè)計(jì)中，不能認(rèn)為結(jié)構(gòu)束縛了建筑，相反，這正好有力的說(shuō)明建筑體型和結(jié)構(gòu)選型相互配合的重要性，也說(shuō)明建筑師與結(jié)構(gòu)工程師充分配合的必要性。

超高層建筑常用的為群筒結(jié)構(gòu)或筒中筒結(jié)構(gòu)(內(nèi)筒為剪力墻核心筒，外筒采用框架，柱間距不大于4米)。當(dāng)建筑物長(zhǎng)度L/B不小于2，高寬比H/B不小于3、外圍框架柱間距較密，梁高不小于0.6米時(shí)，外圍框架的空間作用顯著，可以利用其做為外筒體。由于外框筒的柱距很密，可以利用它來(lái)作為外墻的玻璃窗框，大量節(jié)省金屬，更加經(jīng)濟(jì)。

建筑的形體與當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向的角度關(guān)系也直接影響到了建筑物所承受風(fēng)荷載的大小，眾所周知，圓形是應(yīng)對(duì)風(fēng)荷載最有利的體型，而建筑從內(nèi)部使用來(lái)說(shuō)，方形或矩形則更加適用。如果局部圓弧形體或矩形的角部朝向主導(dǎo)風(fēng)向，則會(huì)有利的減少風(fēng)荷載對(duì)建筑的影響。

4 超高層建筑光污染問(wèn)題

正常情況下，人的眼睛由于瞳孔的調(diào)節(jié)作用，對(duì)一定范圍內(nèi)的光輻射都能適應(yīng)。但光輻射增至一定量時(shí)將會(huì)對(duì)生活和生產(chǎn)環(huán)境以及人體健康產(chǎn)生不利影響，這稱之為光污染。

國(guó)際上一般將光污染分成三類，即白亮污染、人工白晝和彩光污染。本文所指的主要是室外污染，如建筑物外墻，典型的是玻璃幕墻。目前光污染已經(jīng)成為危害人類身體健康的第四大公害。20世紀(jì)80年代末，歐美一些國(guó)家已有相關(guān)法令對(duì)建筑外墻裝修裝飾材料進(jìn)行控制，如限制使用釉面磚和馬賽克裝飾外墻面的面積比例。

超高層建筑往往是一定區(qū)域的地標(biāo)性建筑，其亮化工程就備受關(guān)注，如果處理不當(dāng)，強(qiáng)光干擾問(wèn)題隨之而來(lái)。大城市的夜晚被各種照明燈、廣告燈、霓虹燈映得亮如白晝，強(qiáng)光反射可把附近的居室照的亮如白晝，使人難以入睡，打亂了正常的生物節(jié)律，致使白天工作效率低下，還時(shí)常會(huì)出現(xiàn)安全事故。

5 防治光污染主要從三方面著手

(1)加強(qiáng)城市規(guī)劃和管理，合理選擇光源和建材，減少光污染來(lái)源。對(duì)于已經(jīng)建成的采用了反光材料的建筑，可采用亞光外墻材料置換，或?qū)κ艿接绊懙牡囟芜M(jìn)行遮光和隔光處理。常見的玻璃幕墻解決光污染的方法首先是調(diào)節(jié)玻璃的透射率和反射率，可以起到明顯的作用，另外利用玻璃幕墻的朝向和太陽(yáng)角度的關(guān)系可以將反射光盡量集中在天空或綠隊(duì)等，盡量避免道路和其他建筑的室內(nèi)直接受到反射光的影響。

(2)進(jìn)行城市夜景規(guī)劃和建筑物立面照明時(shí)，應(yīng)在建筑光學(xué)和生態(tài)科學(xué)的指導(dǎo)下，整體考慮，大力推廣使用新型節(jié)能光源。我國(guó)的照明比發(fā)達(dá)國(guó)家落后近50年，別的國(guó)家早就淘汰的光源今天我們?nèi)栽谟谩Ｓ捎谌狈I(yè)的設(shè)計(jì)人員，國(guó)內(nèi)多數(shù)夜景照明不僅不節(jié)能，還十分刺眼，容易讓人疲倦，與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有一定差距。

(3)制定法律和標(biāo)準(zhǔn)，形成光環(huán)境質(zhì)量要求與光污染防范措施。從節(jié)約土地的角度看，超高層建筑能充分利用有限的土地空間，提高城市運(yùn)轉(zhuǎn)效率。城市是人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)化的產(chǎn)物，時(shí)至今日，超高層建筑已經(jīng)是現(xiàn)代城市的重要組成部分，也是城市發(fā)展的推動(dòng)力量之一。人類必須解決這個(gè)已經(jīng)出現(xiàn)的城市巨物帶來(lái)的問(wèn)題，使之與人類共同走向可持續(xù)發(fā)展。