高层建筑设计存在的问题

姚文华

提要随着科学技术的发展,尤其是钢铁、电梯的出现以及后来钢筋混凝土的应用,为高层建筑发展创造了前所未有的机遇,高层建筑也成为城市空间中一道独特的风景。本文主要就高层建筑设计存在的问题进行探讨。

关键词:高层建筑;设计;问题

中图分类号:F293.3文献标识码:A

随着科学技术的发展,尤其是钢铁、电梯的出现以及后来钢筋混凝土的应用,为高层建筑发展创造了前所未有的机遇,高层建筑也成为城市空间中一道独特的风景,其中以美国的高层建筑发展最为活跃,如1885年的芝加哥家庭保险大楼被公认为第一幢摩天建筑,而纽约的曼哈顿区更是高楼云集;近年来我国的高层建筑也发展迅速,如上海的金茂大厦88层,高420.5m。随着结构理论和技术的发展,高层建筑结构形式趋于多样化,高层建筑的表现形式也多种多样,但随之所带来的设计问题也越来越多地表现出来,在成为城市风景的同时,如何搞好高层建筑的设计成为高层建筑设计的一个重要任务,也是为使高层建筑的设计趋于完善所追求的一种理念。

一、高层建筑抗震设计常见的问题

在高层建筑的建设中,其中最主要的问题是对它的抗震问题的研究,其中又以中短柱问题为最主要的问题。现在首先介绍一下抗震设计中常见的一些问题:

1、结构的平面布置。外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大,同一结构单元内,结构平面形状和刚度不均匀、不对称,平面长度过长等。

2、底框砖房超高超层。如2006年,对在某地设计单位做的一次专题普查,发现有69幢底框砖房超高超层。新项目亦普遍存在此现象,2008年某地块住宅竣工交付使用验收中发现有三幢底框砖房超高超层,甚至有超三层的。

3、抗震构造柱布置不当。如外墙转角处,大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置;以构造柱代替砖墙承重;山墙与纵墙交接处不设抗震构造柱;过多设置抗震构造柱等。

4、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;有的底层做汽车库,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,其中几乎很少有纵墙。不少地方都采用钢筋混凝土内柱来承重以代替砖墙承重,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,这种情况并未引起目前大多数结构工程师的重视。

二、高层建筑暖通空调设计中存在的问题

1、冷冻水系统设计不合理。冷冻水系统设计存在不合理之处:①有的冷冻水系统由一条主立(干)管引进,分几个环路,分环上不设阀门,给系统运行调节、维修管理造成不便;②有的空调系统为双侧连接,两侧热负荷及空调器数量相差悬殊,而供、回水支管管径却相同,两侧水力不平衡,难以按设计流量进行分配;③空调水系统同程、异程混用,给调试、维护带来一定的困难。

2、空调系统的选择不合理。如,某工程甲方要求部分房间要保持恒温恒湿,设计师简单地考虑从系统中分离单独地成为一个支路,增加了运行维护的难度,也加大了能源的消耗。这样的系统满足不了甲方所提的要求。又如,某工程设有指挥大厅、会议厅、计算机房等,此类用房理想的空调系统应是低速风道系统,而设计却采用了风机盘管系统,显然是不合理的。

3、平面、系统图深度不够,有些应该绘制的内容遗漏。《设计深度规定》对暖通空调平面、系统图要表示的内容做了详尽的规定。然而,相当多的工程设计未完全按规定绘制,存在的主要问题是:供暖平面图,有些未标注水平干管管径及定位尺寸;有的立管未编号;通风空调平面图,有些未注明各种设备编号及定位尺寸;供暖系统图,有的立管无编号,而以建筑轴线号代替;有的管道变化处(转向处)标高漏注;有的甚至未画供暖系统图或立管图;还有的公共建筑设计,将厨房部分的供暖、通风、空调等内容留给厨房设备生产厂家去做,这是很不合适的。

三、高层建筑防排烟系统设计存在的问题

1、对自然排烟方式的限制条件不理解。由于城市用地紧张,导致建筑高度很自然地在增长,一类高层公共建筑、超高层住宅楼随处可见。为了节省投资,一些开发商及设计人员对建筑高度超过52m的一类公共建筑和建筑高度超过100m的居住建筑,其防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室和合用前室的防烟设施设计采用自然排烟方式,而未设置机械防烟设施。其实规范已明确规定建筑高度超过50m的一类公共建筑和建筑高度超过100m的居住建筑的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室和合用前室,由于受外界的自然环境影响,不应采用自然排烟方式,应按照《高规》第8.3.1条的要求设置防烟设施,才能保证建筑内部的高温烟气顺利到室外空间。

2、不具备自然排烟条件的封闭楼梯间未采取防烟设计。《高规》第6.2.2.1条规定:封闭楼梯间当不能直接天然采光和自然通风时,应按防烟楼梯间规定设置;《高规》同时规定了防烟楼梯间的设计要求,其中《高规》第6.2.1.1条规定:防烟楼梯间应在楼梯间入口处设前室、阳台或凹廊,《高规》第8.3.1.1条规定:不具备自然排烟条件的防烟楼梯间应设置机械防烟设施。而实际工程中,尤其是一些大型商场中设在中部的封闭楼梯,为节省投资,增大商场使用面积,许多未按规范设正压送风并增设前室。

3、作为自然排烟用途的排烟窗设置的形式、位置及开窗面积不准确。在有的工程中,设计人员将平时作为通风用的自然排烟窗设置为固定窗或者设置类似玻璃墙的半开窗、斜开窗,其设置的形式和位置均不利于自然排烟。应改用直接可对外开启的排烟窗。另需注意,开窗面积应满足《高规》第8.2.2条规定的可开启的外窗面积,不应包含固定窗面积和推拉窗打开时另一半的面积。

四、钢筋混凝土高层结构设计常见问题

对于高层结构而言,在工程设计的结构选型阶段,应该注意以下几点:

1、结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,新规范在这方面增添了相当多的限制条件,如平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等,而且新规范采用强制性条文明确规定:“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此,结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意,以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

2、结构的超高问题。在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制,尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外,增加了B级高度的建筑,因此必须对该项控制因素严格注意,一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中,出现过由于结构类型的变更而忽略该问题,导致施工图审查时未予通过,必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况,对工程工期、造价等整体规划的影响相当大。

3、嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置。因此,在这个问题上,结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面,如嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

(作者单位:河南省镇平县建设局)

主要参考文献:

[1]《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2001年版).

[2]《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003.