基于限额要求的超高层建筑设计策略分析

王敏郦

艾奕康设计与咨询（深圳）有限公司上海分公司

1 引言

限额设计是指依据经批准的项目设计任务书与投资估算对工程设计方案进行控制，使工程项目建设呈现出良好的经济性与实用性特征。然而，在超高层建筑设计实践中，如何在充分考量限额要求的前提下，保证工程设计质量，提高工程效益，值得广大建筑工程设计人员更为深入地探索。

2 工程概况

某超高层建筑工程位于北京市，工程项目所在区域规划条件较好，总占地面积约为8800m2，建筑规模15×104m2，建筑结构总高度228m，其中地表以上建筑面积为12×104m2，共48层，建筑功能主要为商务办公，主要采用限额设计方式对此工程进行规划设计。

3 基于限额要求的超高层建筑设计要素与策略

超高层建筑通常体量巨大、整体结构复杂、人口密集、设备集中度较高，这也导致超高层建筑兼具工程造价高和技术难度大等特征。怎样才能以限额为前提，经过方案比选，设计出更具经济性、实用性以及美观性的建筑产品，会面临较大挑战。由于超高层建筑独有的特征，在工程设计中会涉及到诸多方面的影响因素，各种因素相互联系，同时相互制约，因此具有较强的复杂程度。在工程设计中，对建筑结构选型、标准层面积、机电设计方案以及垂直交通等方面方案的选择，都会直接影响到项目整体质量与工程造价。

3.1 标准层设计

超高层建筑的塔楼空间主要由相互重叠的垂直空间及水平空间两部分所构成。其中，水平空间重叠是将多个高度不同的水平面，依据特殊方式进行组合，保证其整体轮廓的一致性，并充分满足空间需求，此种水平单元段便称为标准层。对超高层建筑中塔楼空间的设计需要由每个标准层着手，所以标准层设计属于工程设计的核心内容，在设计实践中所呈现出的矛盾大都集中反映于标准层中。对标准层设计的合理性会在很大程度上影响高层建筑整体设计质量，继而决定后续施工建设等过程的工作质量。

在工程设计前期，可以对一些以往成功的设计案例进行对比分析，标准层面积通常设置为2500m2～3000m2，而核心筒面积通常占据标准层总面积的26%～30%，办公区进深则是11m～14m。依据建筑选型与结构选型需求，其平面形式包括方形、菱形、三角形以及椭圆形等。其中，方形由于外形简洁，且具有良好的均衡性，通常会成为设计人员的首选。本工程项目受到建设用地、投资要求以及上位规划等诸多方面因素的影响，决定采取布局实用性更高的正方形平面，能够展现出良好的合理性与经济性。以此为基础，针对标准层面积与进深等进行具体比较。①方案一：平面尺寸44m×44m，共60层，高度为275m，房间进深为9m～11m；②方案二：平面尺寸48m×48m，共50 层，高度为235m，房间进深为11m～14m；③方案三：平面尺寸54m×54m，共40层，高度为195m，房间进深为14mm～16m.

工程用地规划高度需要低于260m，并将地上部分的总建筑面积控制于12×104m2之内。因此，方案一建筑高度无法满足项目规划需求，方案三房间进深较大，而方案二的标准层面积与房屋进深更为合理，建筑总高与形体比例更能符合规划要求，整体造价相对较低。因此，以方案二为基础进行深入设计。

3.2 垂直交通设计

就某种意义上来说，超高层建筑像是一个以垂直叠加方式建立起的立体城市，其特点在于建筑配置功能较多、人流量较大、人流集中，但标准层面积相对较小。所以，怎样高效而合理地对垂直交通进行组织规划，属于工程设计阶段的一个关键问题。

建筑工程层数大于25层时，需要对电梯采取分区形式，利用不同电梯群组实现对不同区域乘客及货物的运送。此种形式最为显著的特征在于运送效率较高、直达效果较好。如果建筑层数较多，采用分区形式已然无法充分满足客流输送要求，可以采取空中大堂+分区形式，先通过电梯将乘客输送到空中大堂中，经由空中大堂利用各个区间的电梯群组对乘客进行输送，使其到达目标楼层。

本工程项目依据交通组织形式需求，针对核心筒采取多种方案进行布置。①空中大堂+分区。方案一a：采用单轿厢穿梭梯，设置电梯井道22 个，整体使用率为72.8%；方案一b：采用双轿厢穿梭梯，设置电梯井道20 个，整体使用率为74.9%；②方案二。分区形式（采取双轿厢），设置电梯井道18个，整体使用率为75.7%。

方案二的整体使用率最高，但需要在每个分区设置双轿厢电梯，所需工程造价较高。方案一b的使用率及工程造价虽然介于其他两种方案之间，但因为穿梭梯到达空中大堂采用双轿厢形式，导致首层与空中大堂候梯形式较为复杂。虽然方案一a与其他方案相比使用率较低，但与相同类型的超高层建筑平面使用率相比更高。所以，就整体经济性与客户体验等方面考虑，最终选择方案一a作为具体实施方案。

3.3 结构选型

建筑结构在超高层建筑工程设计中所占比重较大，并且其主体结构体系有着较强的多样性，主要包括框架、剪力墙、框筒、束筒、筒中筒以及巨型支撑等。建筑主体结构可以由上述结构体系中的一种构成，也可由两种或者三种构成。为充分满足建筑形式与使用功能方面的需求，同时实现对外部荷载的有效抵抗，对结构体系的合理选择属于设计阶段最为关键的工作内容。结构形式的差异不仅会对建筑整体造型形成直接影响，还会决定工程项目整体造价。经过结构对比与选型，综合考量多方面因素，确定框筒结构与筒中筒结构最为适合本工程项目建设。框筒结构具备柱网间距大与布局灵活等优点，而筒中筒结构却能大幅缩减材料用量，从而实现对工程造价的合理控制，并能与建筑立面之间实现完美结合。

3.4 立面设计

对高层建筑立面设计形成影响的因素较多，比如技术因素（建筑结构、原材料、机械设备以及施工建设等）、环境特征、历史文化以及可持续发展理念等，这些因素都会在不同程度上给立面设计带来一定影响。超高层建筑中对外立面的设计需要遵循三大要素，即经济性、实用性和美观性，三者间相互平衡又相互制约。在以限额要求为基础的外立面设计中，怎样抓准三者之间的平衡点，属于制定设计方案的重点。

本工程项目依据所处地理位置、周边建筑情况等因素，确定外立面的设计定位是简约化、精致化背景建筑。以此为依托针对幕墙系统进行方案比选。①其中一种采用全玻璃幕墙系统，以质朴而细腻的外观形式进行展现，采取简洁而明快的竖线条，主要凸显建筑谦逊低调的形象；②另一种则是通过石材配合方窗构成平整的外观，以凸显建筑的体量感，关注于建筑细节位置的精细程度和美感，同时追求其实用性与工艺品质要求。其中，全玻璃幕墙系统的整体造价相对较高，同时考虑到该工程项目所处地理位置，采取石材加玻璃的形式不仅能够体现出所要达到的建设效果，还能有效实现对建筑成本的节约，更加符合限额设计要求。

4 结束语

总而言之，超高层建筑体量较大、结构复杂，工程建设所需投资量较大，采取限额设计方式对工程施工建设方案进行合理控制能够获得良好的效果，值得广大建筑工程管理与设计人员投入更多时间和精力对其设计方案进行优化，在限额要求之下促进工程整体建设效益的提升，为国家经济建设注入源源不断的活力。