浅谈250m 超高层核心筒设计——以昆明某超高层设计为例

吴若晨

（德国GMP 国际建筑设计有限公司，上海 200030）

本项目总计容建筑面积13 万m2，结构顶板限高200m，规划限高250m，根据办公标准楼层4.2m 层高，结合避难层5.2m 底层9m 通高，整体建筑层数为45 层。

在功能分布上，应业主要求，除了主体部分为办公外，业主希望在该楼下部设置三层会议层，顶部设置会所层和Skybar，如图1 所示。

图1 昆明250m 超高层功能分区

作为一个典型的功能混合的超高层办公楼，核心筒设计是重中之重，涉及标准层效率、垂直交通设计、结构设计、机电设计等众多方面，笔者将在下面的章节中抽丝剥茧，一一道来。

1 标准层轮廓及电梯厅布置形式

从项目的一开始，13 万m2的建筑容量及200m 的结构高度便已经被锁定，结合建筑造型上部区域出现切削，产生空中露台及垂直绿化，得出每层的建筑面积接近3000m2。此面积也是建筑防火规范对高层建筑一个防火分区可允许的最大值，大于此值将增设两个疏散楼梯，降低平面效率。

项目最初阶段考虑使用方形平面设计，采用54m×54m 平面轮廓，核心筒布置采用十字式的电梯厅布置，将核心筒切为四块，由于电梯厅过长使得房率降低明显，且场地不适宜方形平面，遂改为矩形平面进行尝试。

矩形平面采用43m×68m，使从幕墙外轮廓到核心筒边界约有14m 进深，为较为舒适的办公空间尺度（常规高层塔楼办公进深控制在10～16m 范围），在此基础上电梯厅有过两稿方案，方案一为穿通式电梯厅，如图2 所示；方案二为不穿通式电梯厅，如图3 所示，不穿通式电梯厅在得房率上相较于穿通式略有优势，但是造成使用上的极为不便，未穿通部分背后的办公人群需从电梯厅出来绕核心筒半圈才能到达办公室，效率极低，且大量的设备管线集中在未穿通的一侧，容易相互交叉，对走廊净高的影响较大。

图2 穿通式电梯厅方案

综合标准层得房率、办公楼层使用便捷性、办公进深控制等因素，最后选择了穿通式的电梯厅模式配合矩形标准层轮廓，使得整栋楼的综合得房率达到79.8%，总净办公面积7.8 万m2。

表1 五区（三区直达二区转换）方案垂直交通计算数据

表2 四区（二区直达二区转换）方案垂直交通计算数据

图3 不穿通式电梯厅方案

2 垂直分区及电梯设置

垂直分区是超高层核心筒设置的核心，在项目初期我们提供了多种方案，和垂直交通顾问进行深入讨论，来来回回产生了多种方案，综合起来大致分为以下三类方案。

五区，其中三区直达，一组穿梭梯转两分区。前三区分别配置6 台 1.6t 载重电梯，梯速为 2.5～4m/s，分别服务 11、10、9 个楼层，穿梭梯采用6 台1.8t 载重电梯，梯速6m/s，直达第32 层，四五区分别配置 5 台 1.35t 载重电梯，梯速 2.5～3.5m/s，分为服务 10、11个楼层。总电梯数34 台，核心筒井道数24 个，计算结果如表1所示。

四区，其中两区直达，一组穿梭梯转两分区。前两区分为配置8 台 1.6t 载重电梯，梯速为 3～4m/s，分别服务 14、10 个楼层，穿梭梯采用8 台1.8t 载重电梯，梯速6m/s，直达第38 层，三四区分别配置 4、5 台 1.6t 载重电梯，梯速 2.5～3.5m/s，分别服务 9、14 个楼层。总电梯数33 台，核心筒井道数24 个，计算结果如表2 所示。

三区，其中两区直达，一组穿梭梯转一分区。前两区分别配置6、8 台 1.6t 载重电梯，梯速 2.5～4m/s，分别服务 14、12 个楼层，穿梭梯采用4 台1.8t 载重电梯，梯速6m/s，直达28 层，三区配置6台1.6t 载重电梯，梯速2.5m/s，服务13 个楼层。总电梯数24 台，核心筒井道数18 个，计算结果表3 所示。

表3 三区（二区直达一区转换）方案垂直交通计算数据

以上方案均为穿梭梯方案，即考虑上部分区和下部分区井道重叠，节省核心筒内井道数量。从数据上看，两个电梯计算重要指标，5min 运载率均在15%以内，平均等候时间也在30s 以内，仅五分区四五区略有超过，但均在合理范围。从电梯和井道数上看，三区加转换方案明显优于另外两个。从电梯参数来看，区间电梯均采用普通电梯，穿梭梯采用载重略大高速电梯。综合看来，三区转换方案更优。

除此之外，业主希望在屋顶层增加观光层，因此将附加2 台高速电梯直达45 层。而考虑到货运及装修等考虑，消防电梯数也变为2 台，总电梯数最终确定为28 台。

3 楼梯及消防疏散

按照最大标准层面积计算疏散宽度，办公人员密度按照经验值9.3m2/人（项目进行时防火规范并未更新超高层办公人员密度要求），根据《建筑设计防火规范（GB 50016—2014）》5.5.21.1条，该楼耐火等级为一级，疏散宽度按照1m/100 人的要求，得到总需要的疏散宽度为3.2m。按照一个防火分区两个疏散楼梯布置，每个楼梯满足1.6m。同时尽量分散在核心筒两端，使大空间办公尽端满足防火规范37.5m 的双向疏散要求。

值得一提的是，塔楼顶层设置了Skybar，从功能上属于轻餐饮性质，若按照防火规范中1.3m2/人的密度要求，3.2m 的疏散宽度远远无法满足。根据之前项目经验，同消防沟通该处按固定座位的1.1 倍计算人员数量，同时业主承诺进行人员控制，使楼梯间维持在合理范围。

另楼梯间在避难层需断开，疏散路径必须经过避难区，设计上统筹考虑了楼梯前室和避难区的相互关系，如图4 所示。

4 结构布置

业主结合施工工期和希望在昆明推行钢结构的考虑，该超高层采用了较为少见的钢结构外框架加钢结构核心筒的结构体系，核心筒由钢结构斜撑和阻尼墙（钢板内灌液体）组成。并在其中两避难层处设置环带桁架，增加结构的整体刚性。

图4 避难层设计

平面布置结合穿通式电梯厅自然形成五品工字形，工字形的中部或端部可伸出正交主梁同外框柱搭接。

5 机电布置

技术机房布置是核心筒内除垂直交通设计的另一大难点，在得房率要求极端苛刻的前提下，需充分了解各专业的详尽要求，不可有任何疏漏，只是一个条件的变动也将对核心筒布置产生巨大的变化。

暖通：该办公楼系统采用风机盘管加新风形式，每层需设置25 平新风机房，且上下对位，根据现有条件只能布置于核心筒一角，但由于紧邻的结构墙内为斜柱，且各层的位置不一，造成新风机房每层出管需变换位置。为解决避难层走道排烟，需每层布置两个排烟井，尽量布置在核心筒两端，井道大小每个1.5m2。另还需设置冷媒井。

强电：每层需设置12m2强电间，10m2电缆间，其中电缆间需上下完全对位，不可移动，每跨过一个设备层大小将大幅减小，楼梯南侧和二区电梯南侧大小合适，且上下对应，适合布置该功能。

弱电：每层设置7m2弱电间，可分两间布置，但需同水专业双墙隔开。设计中同弱电专业反复沟通，最终将其中一间弱电置于空调机房内，满足总大小需求。

给排水：每层需设置6.1m2水管井，且净宽大于1.2m，需集中布置。

在此基础之上，结合先前垂直交通、结构、消防等信息，整个核心筒设计进入一种华容道般的境地，不停融入新的信息，讨论新的可能，最终形成如图5 所示的布置。

图5 一区核心筒布置

6 不同垂直分区核心筒的变化

核心筒内另一个“大户”便是卫生间，根据《城市公共厕所设计标准（CJJ 14—2016）》得知，每层需配置男大便器5 个，小便器6 个，女大便器7 个，而这么大的面积需求无法放在核心筒外侧，将大大降低得房率。结合不同垂直分区电梯厅使用情况不同的特点，其中一个无电梯停靠的厅可利用为卫生间，3.6m 电梯厅宽度正好可容纳厕所隔间+洗手池+中间走道。另一个卫生间则贴合核心筒紧凑布置。

而在二区位置以及转换后的三区，其中一组电梯井道空间已经释放出来，卫生间即可完全利用此空间，如图6、图7 所示。

图6 二区核心筒布置

图7 三区核心筒布置

还有一个变化将影响不同楼层的核心筒布置，即为电梯冲顶高度、电梯机房和电梯基坑，某些超高层项目可将垂直分区分隔在避难层位置，用避难层高度解决电梯冲顶和基坑，但本项目考虑到各种因素后并未采用此方式，即会在使用楼层出现冲顶、机房和基坑。区间电梯为普通电梯，冲顶高度约为5.1～7.0m，机房高度2.1～3m，穿梭电梯为高速电梯，冲顶高度达到了7.5m，机房高度2.5～3.7m，另三区的基坑深度为1.5～3m。结合图8 剖面可以看到，在26～29F 高度，即二区结束，穿梭电梯到达，三区电梯开始的位置，二区冲顶和机房，穿梭梯冲顶和机房，三区基坑均在此处出现，导致这些楼层在平面上都需要特殊处理。如28F 为二区电梯机房层，需考虑卫生间留出可进入机房的通道。

图8 二区与三区交界处核心筒剖面

图9 28F 核心筒布置（出现二区电梯机房）

7 结论

昆明超高层核心筒项目展现了“螺蛳壳里做道场”的状态，每一块空间的潜力都被仔仔细细挖掘过。最终一区核心筒面积为569m2，单层得房率达到了80.6%，已经颇为高效了。

核心筒设计统筹了基地条件，功能需求、建筑容量、建筑轮廓、疏散要求、经济性、结构选型、机电设备等多种要求，任何一个前置条件的不稳定将导致核心筒方案存在不确定性，可以说，经过从方案阶段到初步设计落定，是建筑师、业主方、垂直交通顾问、结构工程师、设备工程师多方权衡妥协后的结果。

本文试图将涉及250m 高度超高层核心筒的六大影响部分进行抽离，确定优先级，结合昆明项目案例进行逐一分析，力图庖丁解牛得到相对清晰的设计思路，以供建筑师在类似超高层项目中起到参考作用。