150～250 m超高层办公楼核心筒设计探讨及实践

黄伟勋

（广东省建筑设计研究院有限公司 广州510010）

0 前言

随着我国城市化进程加速发展，建设用地日益紧张。为集约用地，城市往往集中经济、科技和文化资源，建设新的城市核心区（CBD 区），具备金融、贸易、服务、展览、服务、文教等多种复合功能，配以完善的市政交通与通讯条件，开展商务活动，形成发展中枢，带动整个城市的经快速发展。

我国三大国家级CBD为北京商务中心区、上海陆家嘴金融贸易区、广州天河中央商务区，随着发展能级和区域影响力不断提升，正在逐渐向洲际级CBD演进。伴随城市化外扩，各大城市陆续新建特定功能的CBD 区，以点带面，形成新的区域性城市商务区，如广州的广州金融城（见图1）、琶洲互联网创新区（见图2）、番禺万博中心区，广州知识城等。

图1 广州金融城Fig.1 Guangzhou International Financial City

图2 琶洲互联网创新集聚区Fig.2 Pazhou Internet Innovation Zoner

在CBD 区域内，除标志性建筑外，大部分的超高层建筑高度处于150～250 m 区间，本文结合实际案例，对此类高度区间纯办公功能建筑的核心筒进行分析及设计探讨。

1 规范依据及分析

根据《建筑设计防火规范（2018 版）：GB 50016—2014》要求，一类高层建筑防火分区面积为1 500 m2，设置自动灭火系统后，防火分区面积最大可达3 000 m2。对比原《高层民用建筑设计防火规范（2005 版）：GB 50045—95》的防火分区面积最大2 000 m2，新规范更贴合办公市场的需求。目前大部分超高层办公建筑的标准层面积在2 200～2 800 m2范围，在标准层面积增加的基础上，楼梯宽度及电梯数量适当增加，办公标层的实用率明显提高。

根据《建筑高度大于250 米民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）的通知》（公安部消防局2018 年4月10日）要求，建筑高度超高250 m 的超高层建筑采取的更加严格的防火措施，如构件耐火极限增加，疏散楼梯宽度增加50%，与消防电梯同等配置要求的电梯至少增加一台，走道上的房间门为乙级防火门，高层塔楼投影下不得设置防火卷帘，建筑外墙上、下层开口之间应设置高度不小于1.5 m 的不燃性实体墙，室内消防给水系统应采用高位消防水池和地下消防水池供水，上下水池的有效容积应分别满足全部消防用水量等，且消防设计方案必须组织专家评审。

根据工程经验及案例比较，高度250 m 以上的超高层建筑往往设置穿梭电梯才能满足甲级办公楼电梯标准，结构选型及空间层加强措施对建造成本增加较大。

综上分析，250 m 以上超高层设计周期及建设的成本大大增加，且使用品质受到一定影响，近期业主在确定项目高度时，尽量不超过250 m消防高度。

2 办公建筑核心筒分析

2.1 设计目标

150～250 m 超高办公楼是城市CBD 区的基础及重要的组成部分，办公租售市场通常确定的写字楼标准，如准甲、甲级，超甲标准，对办公楼的使用品质，功能配置、装修标准，人均使用面积，净高，机电选型（特别是空调形式）等指标等等提出系统性要求，目的是为客户提供的舒适、方便，配套齐全的办公场所，并展示优美大气的建筑形象。

绿色健康的室内外环境是现代化办公楼的发展的重点和趋势。

2.2 核心筒概念及重要性

核心筒位于建筑的中央部分，是超高层建筑的中心受力构件，并提供垂直及水平交通、安全疏散，各类公共服务性功能，通常由电梯井道、楼梯、卫生间、设备间围护形成中央核心筒，与外围竖向构件共同形成整体受力结构体系。

在办公楼设计中，核心筒的面积及尺寸影响办公楼的实用率，其电梯厅及公共用房设计决定办公楼的舒适性，结构形式及布置影响结构梁高，设备管井及水平管综对办公室的净高起着决定性作用，并决定办公楼的经济性。因而，核心筒是办公楼设计的基础及核心点。

2.3 设计因素及要点

根据近期超高层项目设计经验，结合对广深地区20 余栋不同高度的超高层办公楼资料收集及分析和比较，办公楼核心筒需要重点分析电梯数量及分区，电梯厅形式，机电管井（特别是空调形式），结构形式，消防设计要求，层高及净高，实用率等专项。各类功能相辅相成，互相影响，其中电梯厅品质、标准层实用率以及净高是业主及顾客核心关注点：

2.3.1 电梯数量、分区及电梯厅模式

电梯及电梯厅约占核心筒面积的50%以上，其电梯数量及电梯厅的布置形式是核心筒设计最关键的部分，决定核心筒的便捷性、经济性及舒适性。

电梯的数量由办公建筑使用人数，电梯的载重量及运行速度等因素决定，使用人数需要根据办公标准层面积，竖向分区总面积及办公楼性质分析计算得出。

根据《办公建筑设计标准：JGJ/T 67—2019》，普通办公室每人使用面积不小于6 m2，疏散人数无法额定时，按建筑面积9 m2/人计算，核心筒的疏散楼梯宽度按照规范要求进行设计。

不同公司对电梯性能有不同的评价标准，根据以往工程经验，世邦魏理仕（CBRE），仲联量行（JLL），第一太平戴维斯（FPD）等物业管理公司，以及四大电梯公司的人均使用面积标准基本一致，略有不同，甲级出租写字楼通常按照办公区人均8～12 m2，80%出勤率计算人数。

超高层建筑避难层间距不大于50 m，电梯分区可与之一致，或略微调整，分为低、中、高区三区或者低、中、中高、高区四区等模式，以此计算竖向电梯分区及每个电梯分区办公室的服务人数。

电梯满载率80%，出租办公楼要求电梯5 min 运载能力11%～15%，总部办公或专用办公，因上班时间集中，通常要求5 min 运载能力15%～20%，电梯间隔时间30～40 s。乘客电梯通常采用的载重为1 600 kg（21 人）、1 800 kg（25 人），其中速度超过5 m/s 的电梯为高速电梯，造价比低速电梯增加2～3倍。［1］

关于以上指标的计算方法，《建筑设计资料集》第二版第1 集等资料有详细介绍，不做详述。不同的机电顾问公司及电梯公司有各自计算方式，标准基本一致，采用目标楼层电梯群控系统时电梯使用效率略有提高。

此外，也可以采用面积估算法对办公楼电梯估算（见表1）。

表1 电梯数量、主要参数Tab.1 Elevator Quantity and Main Parameters

电梯厅的布置形式是核心筒布置的关键因素，电梯厅常见的布置方式有十字厅，T字厅（含Y字厅），平行并联厅，厢型厅等几种形式。市场常见的实用率计算方式是以办公室内的净面积计算，即走道的面积与核心筒一并计入公摊面积。［2］

⑴十字厅：分区清晰，使用便捷，视线通透，空间品质高，4个出口对应办公室入口。同时，此类核心筒实用率低（60%～70%），高区缩筒存在一定限制，平面接近方形的早期超甲办公楼经采用此种模式（见图3）。［3］

图3 富力中心.低区标准层及高区标准层平面Fig.3 Guangzhou RF Centre. Low Zone and High Zone Standard Layer

⑵T（Y）字厅：分区较清晰，使用便捷，视线通透，空间品质较高，电梯厅可分可合，灵活多变，3 个出口对应办公室入口，部分T 字厅可以做到高区核心筒缩筒处理，但缩筒空间难以较难利用，实用率偏低（65%～70%），平面接近方形或三角形，多功能组合的办公楼较多采用。此外，Y 字厅常用于三角形或者圆弧性平面，各向空间相似，虽然视线比较通透，但使用过程中容易出现方向性不清晰迷路的情况（见图4）。［4］

图4 广州国际金融中心.低区标准层及高区标准层平面Fig.4 Guangzhou International Finance Centre.Low Zone and High Zone Standard Layer

⑶平行并联厅：多个一字厅并列布置，分区清晰，视线通透，空间品质较高，每个分区有2 个出口对应办公室入口。电梯高中低区分区明确，不同分区可利用其余分区电梯厅作为卫生间，办公高区通常将低区电梯厅进行缩筒处理，缩筒后的空间可以纳归入高区办公净使用面积，整体实用率高（70%及以上），平面接近方形或矩形的新建出租型办公常采用此类电梯厅。根据实际使用经验，人眼水平视角约120°，视线兼顾的电梯数量有限，物管公司通常要求一个分区电梯组单侧并排宜在3个以内，双侧对排不应大于8台（见图5）。［5］

图5 广州琶洲互联网创新区某大厦.低区、中区、高区标准层平面Fig.5 A Super High-rise Building in Guangzhou Pazhou Internet Innovation Zone, Low Zone，Middle Zone and High Zone Standard Layer

⑷厢型厅：通常由十字厅或者平行并联式演变，每个分区的电梯厅均为尽端式，形成独立开向走道的电梯厅，空间品质较低，每个分区有仅1个出口对应办公室入口，整体实用率最高（70%及以上）。

2.3.2 层高及净高

超高层办公建筑标准层层高基本在4.2～4.5 m 区间，高端办公楼层高通常在4.4～4.5 m，办公区域净高要求3.0 m，走道2.7 m 以上；中高端办公楼层高通常在4.2～4.4 m，办公区域净高要求2.8 m，走道2.6 m；部分采用多联机空调系统（VRV）的中低端办公楼层高可控制在4.2 m左右。

避难层层高通常在4.5～5.0 m 区间，部分结构加强层或转换层、机电转输层及电梯冲顶高度有要求的避难层，层高需达6.0 m。［6］

2.3.3 结构选型及柱网

结构通常采用经济性的钢筋混凝土材料，框架剪力墙模式，部分需要快速施工的项目中，可采用钢结构，造价较钢筋混凝土高。

柱网布置是标准层设计的重点，柱网开间通常在9.0～12.0 m 范围，柱网越大，室内的视线景观越好，柱跨净距满足3～4 个标准车位模数，可以提高地下室停车效率。柱网尽量与核心筒边对齐布置，可提高结构合理性，大大节约造价。现代办公楼标准层平面的角部通常不布置角柱，以创造更好的室内观景空间及角部270°景观，结合近期市场对绿色健康环境的需求，设置局部的室外阳台是目前办公楼设计的一个亮点。结构加强层通常结合避难层设计，减少对办公使用空间的影响。［7］

2.3.4 机电系统选型及条件

机电系统选型及条件是确定核心筒布置的重要因素，其中空调选型较为重要。

超高层办公楼空调形式通常如下：

⑴全空气系统（VAV 系统）：近年来高端办公楼通常采用全空气系统，其舒适性最高，满足现代化甲级、超甲级办公楼标准。标准层基本要设置2 个空调机房，管道占用空间较大，机电综合管线布置需要进行精细化设计。

⑵风机盘管+新风系统：传统的集中空调形式，空调末端布置灵活，改造方便，通常在中高端办公楼采用。每层设置1 个空调机房，也可统一布置在避难层的设备区。

⑶VRV 系统：不用设置冷却塔，每层设置室外机位，也可以在避难层统一设置，空调使用时间灵活多变，初始造价较高，运营成本较低，通常在中端或者专业性办公楼采用。

对于标准层而言，设备管井在核心筒内相对集中布置，在水平方向及竖直方向错开在走道的出线位置，在走道及办公空间水平走管时尽量避免叠管，合理利用梁窝空间布置设备末端，有利于提高走道等公共空间的整洁美观，在有限的层高尽量增加净高，提升办公空间品质。［8］

2.3.5 消防设计

150～250 m 超高层建筑的消防设计，主要解决疏散人数的计算及楼梯宽度设计，消防电梯设置、消防系统设计及避难层的设计。

消防电梯通常结合货梯厅设置，配置2部货梯时可分可合。竖向机电系统结合总建筑物高度，避难层位置及机电系统分区布置，超过150 m的超高层，往往在第三个及以上的避难层，布置转输水泵房及高压电房。［9］

2.3.6 设计案例及探讨

笔者参与设计的广州琶洲互联网创新区某大厦（见图5），高200 m，采用平行并联厅，分为低区、中区、高区，每个厅单边6部电梯，低区电梯在高区进行了缩筒设计，中高区部分视线通透。北侧为珠江，为进一步提升品质，北侧采用大宽度柱网，柱子与核心筒两侧对齐，并在150 m高避难层增加结构加强层，采用风洞试验的荷载数据进行结构计算，尽量降低结构成本。空调采用全空气系统，机械排烟，利用BIM 技术进行全专业调控，在办公层高4.4 m 的情况下确保净高3.0 m 的要求（见图6）。每层均设置合理的幕墙开启扇，方便再装修前后提供自然换气的条件，并在景观最好的转角部位设置小阳台，为封闭的办公空间提供最佳的室外环境，体现绿色健康的设计理念。

图6 广州琶洲互联网创新区某大厦.标准层BIM模型Fig.6 Super High-rise Building in Guangzhou Pazhou Internet Innovation Zone，BIM Model of Standard Layer

3 小结

超高层建筑设计是综合性体系，设计要综合水平交通，竖向交通及分区，柱网开间，层高及净高，服务用房，结构体系，机电系统，立面及幕墙设计等各方面因素，其中核心筒与所有的因素直接关联，并对项目的实用性，经济性，舒适性起着最关键的作用，起着核心的作用。

在CBD 区大量150～250 m 超高层办公楼案例分析的基础上，结合在设计实践的工作经验总结，在核心筒设计中，按照计算电梯数量及配比，电梯竖向分区，电梯厅形式，结构选型，机电选型及管井落位，消防楼电梯设计的顺序开展设计，并对层高及净高要求进行复核，是通常采用的设计思路。对于更为复杂的综合性超高层建筑，如含酒店、公寓、商业等综合功能的项目而言，也采用相类似的方式进行分析及设计。

随着社会发展，超高层设计不断创新，设计过程中会出现更多更新的挑战和设计思路，希望引起业界同仁的共同研究探讨，用设计创造更美好的城市和生活。［10］