高层建筑设计中的若干问题探讨

陈云强

（广东启源建筑工程设计院有限公司，广东 东莞 523011）

随着经济社会的快速发展和人民群众生活水平的不断提高，各类高层建筑拔地而起，建筑高度的不断增加、风格的变化多样，给高层结构设计提出了新的课题和挑战。为切实解决好高层建筑相关问题，笔者在深入调研的基础上，结合建筑实际，就实践中如何改进这些问题做一探讨，供大家参考。

1 由普通问题转化而来的特殊问题

1.1 设备与设备系统设计方面的问题

从土建工程的角度出发，超高层建筑的建造在技术方面一般是没有问题的。我国曾多次提出超高层建筑的建造，由此可见超高层建筑的建造在技术上是可行的。然而，如果从设备及设备系统的角度出发，超高成建筑的建造就没那么简单了，因为超高层建筑并不是将普通建筑进行拉伸和简单地叠加。这样一来，存在于一般建筑中简单的问题，在超高层建筑内就变成了相对特殊的问题，要求相关人员给予特别关注并进行相应的处理。另外，高层建筑必须承受侧向的风力，该问题也是人们必须予以重视的。

1.2 防排烟系统设计中的问题

1.2.1 没有正确认识排烟方式的差别

在城市用地不断紧张的同时，越来越多的超高层建筑拔地而起。有些开发商为节省投资，在超高层建筑设计的过程中，对于消防电梯间前室、防烟楼梯间及其前室的防烟设施的设计都是运用自然排烟的方式，并无有关机械防烟设施的设计。然而，事实上，在外界自然环境的影响下，超高层建筑内不可再使用自然排烟的方式。

1.2.2 未对不具备自然排烟条件的封闭楼梯间进行防烟设计

在超高层建筑设计中，特别是那些大型的商场，在中部设有封闭的楼梯，为了节省投资、扩大商场的使用面积，很多设计中并没有根据规范去设正压送风，也没有增设前室。

1.3 电梯设计中存在的问题

电梯在超高层建筑中非常重要，被看作是“生命线”。以纽约世贸中心为例，在这个超高层建筑中共有246个电梯，在这些电梯高速运行时，若大楼发生15.24 cm以上的晃动，那么电梯钢缆将由于一松一紧而造成受力不均而带来损害，甚至引发危险。针对这种现象，他们设计了相应的报警系统以及电梯钢缆随动的跟踪机构，从而对电梯钢缆的长度进行及时调整，使其均匀受力。

此外，还有些现象是在普通建筑设计中不会出现的，即在冬天气温较低的条件下，很可能因为低层与地下室内的冷空气进入电梯井，在烟囱效应的影响下，产生强大的气流，使得电梯门无法关上。同时，也可能把底层的某种气味带入高层中，如厨房的油烟味等，如果在底层和地下室内进行电焊操作，或者有燃气泄漏，气流就会把火源带进高层，造成极端危险的情况。

通过以上分析，可以看出对普通建筑来说比较简单的事情，在高层建筑中都可能成为复杂的问题，甚至很大的麻烦。究其原因，主要在于它特别高并且结构复杂，使其在设计与维护等方面存在诸多问题。

2 消防问题

超高层建筑往往在功能上是多元的，而其中设备又较复杂，本身存在很多引起火灾的潜在因素。例如，超高层建筑的电器设备很多，一旦维护、管理或使用不当，就可能引发火灾；未妥善管理明火；施工以及机械故障等。

从引发火灾的原因来看，与普通建筑几乎相同，然而在超高层建筑中，如果发生火灾，会比普通建筑带来更大的危害。具体来说，高层建筑的消防问题主要表现在以下几方面：

2.1 火灾蔓延迅速

由于超高层建筑中存在许多可燃物，它们形成了许多纵向烟筒。当火灾发生时，这些烟囱的拔风抽力效应可以促进火焰及烟气的蔓延，高度越高，抽力越大，这种效应就越强烈。超高层建筑的烟筒效应是最难防范的，虽然可在管道内设置一些防火阀，然而这些防火阀可能出现控制失灵、无法严密闭合等情况，从而导致有火溢出直至延烧。

2.2 人员疏散困难

超高层建筑内部，往往会聚集大量的工作、生活人员，通常情况下，超过300 m的高层建筑可以容纳的人数都在万人以上。一旦发生火灾，一切客货电梯必须马上降至底层而不可使用，只有消防专用电梯可以使用，这样一来，大量人员必须由楼梯疏散。建筑的层数越高，人员越多，其疏散的时间就越长。

2.3 火灾扑救困难

超高层建筑一旦发生火灾，在灭火过程中，就会遇到建筑周围场地小或者登高高度受限等具体问题。另外，如前文所述，超高层建筑的火势蔓延迅速，也增加了扑救的难度。

通过以上分析，可以看出对于超高层建筑，在设计中必须充分重视消防问题。只有全面考虑超高层建筑中可能出现的消防问题，并在相关设计中消除这些问题发生的可能性，才能实现超高层建筑设计的根本目标。

3 高层建筑的抗震设计中存在的问题

在高层建筑中，竖向荷载对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比；另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。对超高层建筑的设计，关于抗震问题的研究是其关键所在，而在抗震设计中，短柱问题表现最为突出。

3.1 结构平面设计中的问题

对于超高层建筑的结构平面设计往往存在如下问题：在外形上不对称、不规则，其凹凸变化的尺度较大，同时形心、质心偏心大。此外，对相同结构单元的设计，也存在着结构平面的刚度与形状不对称、不均匀，以及平面的长度太长等问题。不少地方都采用钢筋混凝土内柱承重来代替砖墙承重，实际上将砖混结构演变为内框架结构，这比底框砖房还不利，因内框砖房的层数、总高度控制比底框砖房更严，因此存在着严重抗震隐患。更为严重的是目前这种情况并未引起大多数结构工程师的重视。

3.2 抗震构造柱的问题

在抗震设计中，抗震构造柱也存在一定的问题。例如，在外墙的转角处、大厅的四角没有设置构造柱，有的虽然设置了构造柱，却不是成对的。还有一些设计用构造柱替代砖墙去承重，或者在纵墙和山墙的交接处没有设置抗震构造柱等。

3.3 缺乏岩土工程勘察资料或资料不全

有的在扩初设计阶段缺建筑场地岩土工程的勘察资料；有的在扩初设计会审之后就直接进入了施工图设计；有的在规划设计或方案设计会审后就直接进入了施工图设计。无岩土工程勘察资料，设计缺少了必要的依据。

3.4 抗震设防标准掌握不当

有些项目擅自提高了设防标准，按照《建筑抗震设防分类标准（GB 50223－95）》划分应属六度设防的，但设计中提高了一度按七度设防，提高了建筑抗震设防标准，增加了工程投资；有的项目应严格按七度采取抗震措施，但设计中又按六度设防，减低了抗震设防标准，不利抗震。

3.5 结构其他问题

有的底层无横向落地抗震墙，全部为框支或落地墙间距超长；有的仅北侧纵墙落地，南侧全为柱子，造成南北刚度不均；有的底层作汽车库，设计时横墙都落地，但纵墙不落地，变成了纵向框支；还有的底框和内框砌体住宅采用大空间灵活隔断设计，其中很少有纵墙。

4 结束语

总之，高层建筑一旦发生灾害，就可能造成人、财、物等多方面难以估量的损失。如果设计超高层建筑，就必须注意由一般到特殊以及重大火灾隐患等问题。所以，在超高层建筑设计中存在的许多问题，需要人们的重视。

1 裴中良.探讨现代高层建筑设计理论研究［J］.城市建设（下旬），2010（04）