超高层塔冠施工图与施工配合设计与思考

钱文华

【摘要】本文主要通过项目案例，对250米高度以下超高层塔冠设计与施工阶段可能遇到的问题进行研究，主要从结构体系与墙体材料，设备机房与擦窗机，屋面景观与景观屋面等几个方面进行说明阐述，通过实例分析，总结归纳。

【关键词】超高层塔冠;施工;标识性

随着城市化进程日益迅速，各地超过100米超高层数量明显增多。由于超高250米超高层受限于防火要求及更优的结构要求，250米左右的超高层成为性价比较高的标志性建筑代表。无论从经济价值及标识性，高度小于等于250米的超高层都是更优选择。而作为标志性目的所设立的超高层，其塔冠所起的标志性，识别性，设立与瞩目性质都是其余部位所不能比拟的，可以说如同灯塔一般的效果，同时可以最大范围的展现整个设计方案的概念与意图。因此超高层塔冠的设计经常投入更多的设计心力，更高的技术要求，更多的对于未来使用情况的预判。本文将通过总结回顾现有部分项目的设计经验，分析归纳塔冠部分设计与施工配合中的部分问题，思考未来设计的调整与把控方向。

1、結构体系与墙体材料

由于高空位置风环境复杂，无论下层结构形式为何，塔冠部分通常都会选择钢结构，以提供更多造型、空间、强度等可能性。裸露钢结构塔冠选择围护墙体材料或以夹心板/幕墙形式更为有益，如使用砌体墙体则需在墙体位置、高度、防水构造等方面做更多考量。砌块墙因其特性，自身有更好的防水、防火及整体性能，但相较于塔冠复杂的风环境、结构形式、与形态变化需求，常见的砌体材料在此高度位置受限于拉结强度对墙体自身高度、厚度及其与钢结构拉结关系，只能用作钢砼结构体系或局部出屋面管井，对于大量顶层独立机房（设备、电梯）及楼梯间等常见需求无能为力。

出于美观效果考虑，塔冠部分一般会延续外墙的透明幕墙，内部设置造型幕墙或发光幕墙等强调设计效果。需注意，根据幕墙设计规范，虽然临空高度一般<60m但由于高空气温、气流变化复杂，塔冠部分幕墙不可使用人造板材。此限制可能对塔冠效果造成一定影响。同时由于工作流程与时间限制，风洞试验报告可能并未包含具体的塔冠设计内容，对于幕墙设计、选材、强度要求存在一定不确定因素。综合考量，无论是装饰幕墙或围护幕墙，金属幕墙的灵活性、装饰性能、防水性能使用高度，都成为最优解，需要注意的是幕墙与钢结构体系的金属电化学反应与连接方式，防火构造以及围护幕墙体系的防排水构造。

2、机房与擦窗机

由于防排烟新规要求，原有可露天摆放的部分设备均已要求设置机房独立安置。此项要求除却增加塔冠部分设备机房，增加面积控制及机房整合要求。机房及室外机器设备的位置同时对擦窗机机位及其轨道位置有所限制。在平面及高度方向上统筹安排其关系，保证效益的最大化同时满足各项设备运行的要求，考虑后续日常使用中，擦窗机在超高层建筑中同时肩负清洁、更换、维护幕墙及特殊运输需求，擦窗机日常活动轨迹需经专业厂家根据使用方要求计算获得，适当扩大擦窗机轨道范围有利于后续使用，但对塔冠美观要求与使用舒适度相背离，调高轨道位置，将轨道布置于混凝土板以上，做升降轨道/停机位，都是一些常见的设计方案。此外考虑到室外设备与机房、擦窗机运行时的噪声影响，适时采用机房隔振降噪构造、基础隔振设计、浮筑基础设计、隔声墙体等都是必要而有效的措施。兼顾塔冠所需的美学标志性要求，保证一定取景或展示空间，这一工作需要多轮的调整才能最终达到平衡。

3、屋面景观与景观屋面

由于塔冠部分高度一般不计入整体建筑高度内（通常设计中会严格控制面积及功能，不设人员聚集功能房间作为前提），塔冠屋面除却作为一个设备（不）上人屋面以外，更多被设计为景观（架空）屋面，塔冠的非核心筒区域通常作为展示面又更高的空间及美学要求，考虑绿色建筑及提升建筑品质需求，大部分会考虑设置景观屋面。虽然此部分绿化景观不会被设计计入绿地率，甚至不在绿化验收范畴内，但真实景观绿化考虑对于提升全楼品质，提供更生态、节能的设计与建造理念都息息相关。为实现高空绿化景观，在设计前期就需要考虑预留必要的荷载重量、构造厚度、空间尺寸，在景观设计时应注意高空风环境、气温变化、湿度变化等对于选取植物种类，高度，树种固定方式等做此特殊处理，注意与景观植物相应的喷灌/滴灌/雾化设备，景观灯光地面、墙面等相应设备措施管线走向与隐蔽，如深圳项目采用大面积设备夹层设计，上海项目采用架空地面形式都是常见措施，相对应的检修、后续管理也较为便捷，。同时此处的景观设计应结合考虑室内外衔接方式，外幕墙出屋面位置防水、防结露措施等，这一部分的土建主要工作内容与通常的高层建筑屋顶既有相似之处，也因其更多的影响因素及复杂的环境因素，导致更多节点控制，高度控制等需在设计中注意并解决。

4、高空作业

根据施工进度安排及现场作业顺序的不同，超高层塔冠部分的施工区间可能会持续较长一段时间，包含结构体系，外立面幕墙安装、大型设备安装运输（吊装）、景观树木尤其是大型植株、地面墙面顶面装饰材料及其他大体量、大重量施工材料或器械装备的垂直及水平运输通道、堆载位置的加固等，前期可由施工塔吊及施工组织管理解决，随着施工进程，在后续设计中补充的需求物资（如业主使用需求、设备采买变更或设计方案变更导致的物料变化）需在实施前严格考虑高空运输的可实施性：是否从货运电梯运输，是否有拆分、运输、组装的可能性，是否有满足长宽高要求的运输通道等，值得注意的是，除却设计实施的变更外，更常见且不可避免的是后续维护使用保养过程中产生的替换件、设备检修、物料更换要求，这要求设计方与使用方在前期做出预判：如上海项目中，根据景观设计需要，前期曾考虑大尺寸（3000X1500）蜂窝石材复合板材，后根据其重量、尺寸，及单块板材的特异性，判断其不利于后期维护更换，业主及设计更换材料并调整设计内容相应配合限制条件。

塔冠部分因其特异性，除了自身高度位置外，还有操作空间覆盖面广（主要为高度），空间形态多样复杂的问题。与跨层中庭设计相类似，塔冠部分灯光、机械吊钩等设施都会在>10米的高度上，与室内中庭不同的是，这些操作区域为露天环境（根据消防设计要求，塔冠部分如不计入设计高度，则不应设置为封闭空间，应按照室外屋面设计），考虑全天候环境有更密集的清洗、更换需求，要求更高效率的高空作业设备：除经专业厂家计算后全覆盖的擦窗机轨道外，部分项目因其特殊要求还可能增设蜘蛛车、双支撑/四支撑升降设备、顶部轨道+吊篮、工作马道甚至侧墙挂钩等特殊设计。

5、其他

设计过程中，常见业主对于塔冠部分的后续使用要求与法规要求的250米高度以上不应有人员密集使用功能相背离的情况。由于塔冠的装饰、展示作用，其设计精度与精力基本与空中大堂类似，业主难免会对其功能定位有一些其他的计划。在严格遵守设计规范作为底线的前提下，仍应保证塔冠部分设计提供与之相称的环境品质，仍可建议业主采取一些必要的，甚至先進的技术手段，来保证塔冠部分公共空间的品质及展示要求，而相对封闭的后勤区域，则以使用便捷保障基本防水、防火、隔振、防噪，易检修易搬运易更换为设计原则，有的放矢，针对性的控制设计投入：在塔冠保持室外环境的前提下，可取消与主体结构无关的（如只为幕墙支撑作用服务）钢结构杆件的外表面防火涂料，仅做装饰涂料，满足公共空间的美观平整度要求。

为保证全天候环境，可考虑在塔冠顶部局部设置可自动闭合的遮阳帘，考虑塔冠长时间日照影响也可增加侧向遮阳帘或变色玻璃等措施。室外架空设备间设计检修马道环通，便于后期维护管理，降低建造运维成本且灵活性较大。通过楼梯间出屋面，解决楼梯顶部设置固定窗扇紧急排烟问题。每个项目的设计施工过程中，仍会有一些意想不到的问题会发生，上海项目中，施工人员对图纸误读，取消了塔冠部分核心筒墙体外保温;深圳项目中幕墙构件受限于不均等的结构梁布置高度，塔冠部分幕墙水平分隔不均;广州项目因其规划限制条件及标准层尺寸限制只能设置有限的景观屋面空间，擦窗机轨道与景观屋面及室外设备距离接近……不一而足。

结语：

不同项目，不同的限制条件与设计施工人员，应运而生不同的问题、措施、解决办法，超高层塔冠部分的设计也会随之不断进步。通过总结已有项目的各项问题与，避免发生基础性问题及漏洞，将更多的精力投注到转而探讨新技术、新材料、新设备的应用手段，更为高效、精准的提升塔冠设计品质，提升设计效率，为少走设计弯路提供更多帮助或解题思路。

参考文献：

[1]戴复东.《高层超高层产生与发展及今后趋向预计》[J].中国工程科学，1999

[2]赵盈盈，沈劲宇.超高层空中大堂的设计思考—以南京某超高层为例[J].期刊论文，《建筑与文化》2019年12期.

[3]宋鑫.250米以下超高层公共建筑塔冠部分设计要点分析[J].期刊论文，《房地产导刊》2019年15期.