超高层建筑之浅见

■赵振源 ■陕西昊晨建设有限公司，陕西 西安 710065

超高层建筑是当代建筑领域的一个重要研究课题，它在城市规划、建筑设计、结构设计、施工、通风空调、给水排水及电气等方面，都有特殊的要求，而且均与防火有着非常密切的关系。

超高层建筑因其高度更高且没有上限，因而面临的消防问题更加严峻。主要表现为：超高层建筑容纳的人数很多，垂直撤离距离大，加之火灾中人员的恐慌心理，因此安全疏散成为人们首先关注的问题。当火沿着建筑内空间发展时，消防人员会因烟雾的阻碍和垂直攀登距离过长而延误战机，而且，当火沿着建筑外墙向上蔓延时，速度非常快，高层建筑的楼梯间、电梯井、管道井、风道等竖向井道，如果防火处理不好，火灾时会成为一个个烟囱，成为火灾迅速蔓延的途径。而且高层建筑的特点是层数多，人员集中，多数高层建筑安全疏散主要是靠楼梯，而楼梯间内一旦窜入烟气，就会严重影响疏散。消防人员会因云梯高度不够和供水不足而无法扑灭升腾的火焰。所以高层建筑的防火主要立足于自救，即主要靠室内消防设施。

综合各种因素考虑，超高层建筑防火设计应主要体现五个原则：

(1)确保建筑物内的火灾荷载与隐患降到最低点。(2)确保建筑物内自动灭火系统的有效性和全面覆盖。(3)确保建筑物内的人员具有多条高效、可靠的安全疏散途径。(4)确保防火分区的分隔性，尤其避免出现火灾竖向的快速蔓延。(5)确保建筑结构主体不发生连续倒塌。

1 避难层设置的问题

避难层是超高层建筑中供发生火灾时人员临时避难使用的楼层。我国《高层民用建筑设计防火规范》规定：“建筑高度超过100m的公共建筑，应设置避难层(间)。”作为一个供人避险的过渡性空间，避难层的设计必须体现这样的一些特征：

(1)避难层设置的位置和大小都要根据实际需要考虑。要综合建筑功能和人员分布情况，对整栋建筑的全过程疏散情况进行模拟分析，以提出最优化的设计方案。(2)避难区域的设置应容易辨识和进入。首层与避难层或避难层之间不宜超过15层，发生火灾时，聚集在15层左右的避难人员可以通过云梯直接疏散。(3)每个避难区域应用耐火极限不低于1.5h的防火密封构件并与该楼层的其他部位隔开。防火门应为常闭门或由火灾报警系统控制关闭。管道穿越处应设防烟阀，以阻止烟气侵入。(4)避难区域与消防控制指挥中心之间应设两种应急通信系统，并可以进入公共通信系统。在避难区域中，人们能得到应急指令，如安全出口的方向、应急救援方案以及如何使用应急通信系统等。

2 交通核

垂直交通是超高层建筑重要的结构组成部分。一般来说，交通核有三种：中央核、双核、单侧核。在传统的中央核心筒式空间构成模式中，电梯楼梯、设备用房等在平面中央，功能空间占据外围自然通风、采光、视线良好的位置。中央核心筒利于受力和抗震，但核心筒位置房间需人工采光和机械通风。20世纪70年代前后，“双核”(双侧外核心筒的布局的出现，利于避难疏散，也使建筑外观产生变化。垂直交通、服务房间和管道井分散到建筑周边，适应了结构、设备、网络设施等专业的需要。服务核位于建筑侧面，直接受到太阳的照射，可降低建筑内部的空调负荷。交通核设在建筑周边，不需设防火加压风管，降低了设置与营建费用，电梯、门厅有直接对外的视野和自然通风和采光，且易于辨认。

3 超高层建筑体型和风荷载效应

有些人认为高层建筑设计主要是结构方面应考虑得多，而建筑方面没有多少可以考虑创作的余地，结构在建筑形式中似乎充当了主角的地位，这种看法是不够正确的。如果说结构是建筑设计的唯一准则的话，那么，我们只能有正方形和圆形的高层建筑，建筑设计只不过重复使用这种单调的建筑形式罢了。但是，风荷载不仅在建筑高度上显示着它的作用，而且因建筑形体不同，其作用也大有差别。所以，高层建筑设计中，不能认为结构束缚了建筑，相反，这正好有力的说明建筑体型和结构选型相互配合的重要性，也说明建筑师与结构工程师充分配合的必要性。

超高层建筑常用的为群筒结构或筒中筒结构(内筒为剪力墙核心筒，外筒采用框架，柱间距不大于4米)。当建筑物长度L/B不小于2，高宽比H/B不小于3、外围框架柱间距较密，梁高不小于0.6米时，外围框架的空间作用显著，可以利用其做为外筒体。由于外框筒的柱距很密，可以利用它来作为外墙的玻璃窗框，大量节省金属，更加经济。

建筑的形体与当地主导风向的角度关系也直接影响到了建筑物所承受风荷载的大小，众所周知，圆形是应对风荷载最有利的体型，而建筑从内部使用来说，方形或矩形则更加适用。如果局部圆弧形体或矩形的角部朝向主导风向，则会有利的减少风荷载对建筑的影响。

4 超高层建筑光污染问题

正常情况下，人的眼睛由于瞳孔的调节作用，对一定范围内的光辐射都能适应。但光辐射增至一定量时将会对生活和生产环境以及人体健康产生不利影响，这称之为光污染。

国际上一般将光污染分成三类，即白亮污染、人工白昼和彩光污染。本文所指的主要是室外污染，如建筑物外墙，典型的是玻璃幕墙。目前光污染已经成为危害人类身体健康的第四大公害。20世纪80年代末，欧美一些国家已有相关法令对建筑外墙装修装饰材料进行控制，如限制使用釉面砖和马赛克装饰外墙面的面积比例。

超高层建筑往往是一定区域的地标性建筑，其亮化工程就备受关注，如果处理不当，强光干扰问题随之而来。大城市的夜晚被各种照明灯、广告灯、霓虹灯映得亮如白昼，强光反射可把附近的居室照的亮如白昼，使人难以入睡，打乱了正常的生物节律，致使白天工作效率低下，还时常会出现安全事故。

5 防治光污染主要从三方面着手

(1)加强城市规划和管理，合理选择光源和建材，减少光污染来源。对于已经建成的采用了反光材料的建筑，可采用亚光外墙材料置换，或对受到影响的地段进行遮光和隔光处理。常见的玻璃幕墙解决光污染的方法首先是调节玻璃的透射率和反射率，可以起到明显的作用，另外利用玻璃幕墙的朝向和太阳角度的关系可以将反射光尽量集中在天空或绿队等，尽量避免道路和其他建筑的室内直接受到反射光的影响。

(2)进行城市夜景规划和建筑物立面照明时，应在建筑光学和生态科学的指导下，整体考虑，大力推广使用新型节能光源。我国的照明比发达国家落后近50年，别的国家早就淘汰的光源今天我们仍在用。由于缺乏专业的设计人员，国内多数夜景照明不仅不节能，还十分刺眼，容易让人疲倦，与国际标准有一定差距。

(3)制定法律和标准，形成光环境质量要求与光污染防范措施。从节约土地的角度看，超高层建筑能充分利用有限的土地空间，提高城市运转效率。城市是人类社会发展进化的产物，时至今日，超高层建筑已经是现代城市的重要组成部分，也是城市发展的推动力量之一。人类必须解决这个已经出现的城市巨物带来的问题，使之与人类共同走向可持续发展。