超高层建筑标准层效率设计策略

发布时间：2016-11-26 07:26

第一章 绪论 

“关于什么是摩天大厦的起因，人们有不同的概念……可是我们的商业摩天大厦，是竞争性商业世界启动和推进的结果。”【1】菲利普·约翰逊在《摩天大厦——世界最著名与最重要摩天大厦的历史》绪言中指出了超高层建筑与经济发展和商业竞争的联系。从历史上看来，超高层建筑从初生开始，就与经济和效率密不可分。用地紧张、商业化和科学技术的进步，推动超高层建筑的发展。 本世纪开始，随着总人口的直线上升，城镇化的加速，城市人口的比例越来越大，促使建筑不得不纵向发展以寻求更多的使用空间。 

1.1 选题原因 
在工作中，作者近年参加了数项超高层建筑的设计，分别是位于天津响螺湾的云滨大厦、天津市区海河两岸的渤海银行办公楼和津湾广场 9 号楼项目。 作为建筑师，能够参与超高层建筑的设计全过程，机会难得。因此，希望在有限的设计周期内，将设计工作尽量完善，为开发者和使用者创造美观、实用、经济的建筑。作者在方案设计阶段投入大量时间阅读和研究，希望找到设计的突破口和入手点。市场的需求和开发商的关注点，要求建筑师为他们提供既满足规划要求，又具有市场竞争力的建筑产品。因此，方案设计阶段中分心的重点是标准层规模、核心筒面积、垂直交通效率等问题，而这些都与标准层的使用效率紧密相关。 国内对于超过 200 米以上的超高层建筑的研究，重点集中在超高层与城市的共生、绿色建筑、建筑表皮造型、结构选型等方面。相反，对于超高层建筑方案创作最基本的标准层效率的研究和分析，能够找到的参考文献很有限。 因此作者在选题时结合工作实践，研究超高层标准层平面效率问题，结合研究论文的撰写将设计过程中的数据研究与思考过程以及参数统计与计算分析加以记录和整理，梳理其中的规律性和可以借鉴的设计参数，汇总成文。
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1.2 研究意义
超高层建筑是区域经济的晴雨表，是城市经济前进的助推剂。金融业、高端服务、高附加值的加工业在中国的发达城市云集，高地价使得超高层建筑成为城市商务中心的唯一选择。超高层建筑作为高水准的商业服务载体，逐渐发展成为一种集约型、高密度的经济形态—楼宇经济。通过广泛招商与庞大税收，增加城市收入，带动区域发展，形成良性循环。许多城市，正在将发展楼宇经济作为城市经济建设的重要举措。以上海陆家嘴为例，据新地标网数据：金茂大厦、上海环球金融中心办公部分的日租金达 13 元/平方米，出租率高达 90%，仅一座超高层建筑入驻公司每年的税收超过 100 亿。由此可见一斑，超高层建筑对于城市区域经济发展具有重要作用。建筑师在建筑高度的和体量造型角逐中，更需要关注超高层建筑对城市和区域带来的经济策动。需要巨大经济投入的超高层建筑的建设初衷是提高土地的利用率，在有限的空间创造更大的经济价值。超高层建筑能否给人们带来宽松舒适的工作和生活环境，能否给人们带来便利高效的垂直交通，能否在大尺度的建筑规模中提高每一平方米的使用价值，这些尤为重要。超高层建筑在诞生和发展的历程中始终将功能性、安全性和经济性作为衡量建筑设计优劣的重要指标。  
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第二章 超高层建筑历史沿革

世界上，自古以来就有教堂佛塔等超过 100 米的建筑物。我们所讲的超高层建筑的历史背景是，在 19 世纪末，欧洲和美国的工业革命带来经济发展和社会繁荣，城市人口的集中导致城市用地紧张，在美国逐步建造的高度超越 100 米的建筑。从历史上第一个被公认的结构意义上的超高层建筑出现——芝加哥家庭人寿保险大楼，到迄今为止世界第一高度的建筑——迪拜塔，超高层建筑发展的源动力是社会进步、经济发展、技术进步与价值驱使。从历史演进发展的角度来讲，，超高层建筑可以分为四个主要阶段：形成衍生时期，黄金发展时期，战后发展时期，以及转变时期。 

2.1 形成衍生时期（19 世纪） 
1871 年芝加哥被大火烧去三分之一城市街区，当时这座美国首位商业城市面临如何重建的重大课题。芝加哥学派的建筑师们设计出了多层钢结构体系，利用铸铁的柱子和梁替代传统厚重的砖石结构，从而使墙壁从承重结构之中独立出来成为围护结构。内部结构更加灵活，分隔自由。这种轻量化的结构技术使得高层建筑得以实现，同时保证了建筑的使用效率。 一般认为，1885 年建成的芝加哥家庭生命保险大楼（图 2-1）是第一座采用了此种轻量结构的高层建筑。大楼建筑层数为 10 层。从此之后，高层建筑迈进了历史舞台。   
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2.2 黄金发展时期（19 世纪末-20 世纪初）
1894 年美国纽约曼哈顿人寿保险大厦，建筑层数 18 层，建筑高度 106 米，建筑的落成标志着进入超高层建筑发展的阶段。这座建筑与同时期的世界大楼，并列当时的最高建筑。 钢结构的发展，电梯技术的发展（最早引入电梯的办公楼是 1856 年在纽约建成的 5 层的豪奥特大楼）以及冷暖设备的技术发展，使得建造更高层的、更大规模的建筑成为可能【1】。从 19 世纪末到第一次世界大战时，短时期内涌现的超高层建筑，证明了其建造技术的巨大进步。帝国大厦的落成标志着世界超高层建筑在战前发展的巅峰。随后，由于经济大萧条，超高层建筑进入缓慢发展期。 帝国大厦（图 2-2）是世界上第一座超过 100 层楼的建筑。建筑高度 381 米，建筑层数 102 层【2】。从 1931 年竣工后，保持世界最高大楼记录达 40 年，直到1971 年世界贸易中心建成后，在高度上才被超越。 
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第三章  超高层建筑标准层效率影响因素 ........... 11 
3.1  标准层平面使用系数 ........... 11 
3.1.1  标准层平面使用系数分析的意义 ........ 11 
3.1.2  标准层平面使用系数的定义 ....... 11 
3.1.3  标准层平面使用系数的影响因素 ........ 11 
3.1.4  超高层建筑平面使用系数建议 ............ 16 
3.2  超高层建筑的垂直交通设计......... 18
第四章  超高层建筑标准层效率优化策略 ........... 27 
4.1  超高层建筑平面使用系数优化策略 ...... 27 
4.1.1  结构体系 ........... 27 
4.1.2  建筑布局 ........... 30 
4.1.3  机电系统 ........... 31 
4.2  超高层建筑垂直交通优化策略 ..... 36 
第五章  超高层建筑标准层效率优化工程实践 ......... 44 
5.1  平面使用系数优化措施 ....... 44
5.2  垂直交通优化措施 ...... 50 

第五章 超高层建筑标准层效率优化工程实践——以津湾广场 9 号楼为例

工程简介：津湾广场 9 号楼位于天津市和平区解放北路，总建筑规模为 21万平方米，地上 16.3 万平方米，塔楼标准层面积 2350 平方米。结构形式为框筒结构，内筒为钢筋混凝土结构，外框架柱为矩形钢管混凝土柱，外框内筒之间的跨度为 12 米，结构采用型钢梁。 方案阶段塔楼功能为办公及公寓。实施阶段仅保留办公功能。建筑层数为地上 70 层。普通办公层高 4.15 米，行政办公层高 4.5 米，避难层层高 4.8 米，建筑总高度 300 米。塔楼设置电梯 19 部，其中 6 部穿梭电梯为双子电梯。塔楼于27 层及 50 层设置两个空中大堂。 标准层使用系数的提升、垂直交通的优化作为主线贯穿设计的全过程。从2009 年方案策划阶段直至本文撰写期间，虽然项目已经施工但是设计者与开发商的探讨仍然围绕标准层平面效率的课题。 方案初期建筑师就提出了平面使用系数和垂直交通两个影响标准层设计的重要参数指标的设计标准，参考当时的国内和天津地区的实例，设计者建议建筑施工阶段能够达到以下指标：办公区室内净高达到国内甲级写字楼 2.7 米的设计标准；垂直交通效率达到甲级写字楼标准——5 分钟载客率(HC5)达到 12%，间隔发车时间  (INT)30-40 秒；标准层平面使用系数达到 70%。 结合本文重点分析的内容以及优化策略，以本工程为例分析具体的设计措施应用及其为项目带来的影响。 

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结语

作者在分别于 2009 年、2010 年、2013 年作为建筑专业和工程主持人完成了建筑高度分别为 150 米的云滨大厦、270 米的渤海银行、300 米的津湾 9 号楼的设计工作。目前云滨大厦和渤海银行结构封顶，进行机电安装、幕墙安装和室内设计过程中，结合室内设计的消防申报仍在进行中；津湾 9 号楼尚在地下室施工阶段。在设计以及施工的过程中，我逐步认识到超高层建筑对于城市、开发者和使用者的深远影响，很多遗憾留在建筑中，很多问题和经验将对于今后的工作有所裨益。 真诚的感觉到，在这个注重形式的时代，建筑师对于建筑的影响是很有限的，再越来越多的扭转曲线和标志性的建筑构成的城市景象中，建筑和人都有所迷失，作为建筑师，我认为自己应该更注重建筑本身的功能和技术措施，尽力做到牢固、经济、适用、美观。本文所论述的内容都是具体的技术问题，基于有限的眼界，提出一般性建议和优化措施。随着超高层建筑新技术日新月异的进步和发展，相信很多设计问题会有更完善的解决方法。这些就作为作者今后工作和学习的一个开端。 
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参考文献(略)

本文编号：193914