关于超高层住宅的研究.docx
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关于超高层住宅的研究
关于超高层住宅的研究
一、有关概念
1、规X中明确的定义、概念的条文。
不同规X的定义
(1)、超高层住宅——高度超过100米的住宅。
高层住宅——≥10层的住宅。
(2)、高层、超高层建筑的划分,不同国家有不同的规划。
联合国1972年国际高层建筑会议将高层建筑按高度分为四类:
(1)9~16层(最高为50米);
(2)17~25层(最高到75米);(3)26~40层(最高到100米);40层以上(即超高层建筑)。
2、明确的定义和概念的总结
(1)根据我国《高层民用建筑设计防火规XGB50045-95》,在我国民用高层建筑分为四类:
10-18层住宅,19层-100米住宅,100米以上的住宅。
(2)《民用建筑设计通则》(GB50352—2005)将住宅建筑依层数划分为:
一层至三层为低层住宅,四层至六层为多层住宅,七层至九层为中高层住宅,十层与十层以上为高层住宅。
除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于24m者为单层和多层建筑,大于24m者为高层建筑(不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑);建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。
(注:
建筑高度指地面到檐口或屋面面层的高度,屋顶上的水箱间,电梯间,排烟机房和楼梯间出入口不计入建筑高度。
)
3、超高层住宅设计三需要应用什么特殊规X?
城市居住区规划设计规X(GB50180-93)(2002版);
高层民用建筑设计防火规X(GB50045-95)(2005版);(简称《高规》)
建筑设计防火规X(GB50016-2006);
民用建筑热工设计规X(GB50176-93);
住宅设计规X(GB50096-1999)(2003版);
住宅建筑规X(GB50368-2005);
汽车库建筑设计规X(JGJ100-98);
汽车库、修车库、停车场设计防火规X(GB50067-97);
城市道路和建筑无障碍设计规X(JGJ50-2001);
民用建筑设计通则(GB50352-2005);
地下工程防水技术规X(GB50108-2008);
当地规X(例如《XX省住宅设计标准》DGJ32-J26-2006)
二、平面布局的形式
1、核心筒形式
核心筒比较多采用”二室合一“的形式,就是消防电梯前室和剪刀梯的一个前室合并,剪刀梯的另一个前室为一个单独的前室。
各户户门通过一个走廊与前室门隔开。
其中消防梯的前室可以与电梯厅合并。
如图1-4
图1:
核心筒平面1图2:
核心筒平面2
图3:
塔楼核心筒平面3图4:
塔楼核心筒平面4
2、标准层的经济面积
根据《高层民用建筑设计防火规X》(GB50045-95)(2005版)的3.0.1条:
十九层与十九层以上的住宅属于一类建筑。
按照这个定义,建筑高度》100米的超高层住宅属于一类建筑。
而根据5.1.1条的规定,一类建筑中每个防火分区的面积不应超过1000平方米(设有自动灭火系统的防火分区,其允许最大面积可增加一倍)。
通常将高层住宅的标准层面积控制在一个防火分区之内,所需的疏散楼梯和消防电梯的个数都最少,是相对比较经济的。
所以在户内不设喷淋的情况下,超高层住宅的标准层面积应控制在1000平方米之内。
在这个前提下,根据用地的容积率,建筑限高和日照要求,根据业主提供的户型面积,户型配比和户数以与地方规X中关于70/90平方米户型的面积比例要求,决定是哪种标准层面积情况。
举例来说:
(1)案例1:
采取的户型的基本标准层面积在470平米左右,为一梯四户,一共49层,建筑高度为150米,其中三到十一层是平层,以上至49层中间户型是复式。
如图5
(2)案例2:
采取的户型的基本标准层面积在870平米左右,为一梯十户(由于“70/90”的需求,实际出售为一梯五户),一共64层,建筑高度为230米,其中31层与以上为住宅部分(其中46层和58层含避难层)。
如图6
(3)案例3:
采取的户型的基本标准层面积在760平方米左右,为一梯四户。
一共39层,建筑高度为124米,其中12层和25层包含避难层。
如图7
(注意,超高层住宅和超高层公建不同,不用设置避难层)
图5XX盛高1#楼标准层平面
图6XX双子塔A塔楼标准层平面
图7XX实心力城住宅塔楼标准层
3、最适宜的进深
综合考虑城市规划管理条例,日照情况和房型,超高层住宅的进深从20米至25米不等。
例如案例1住宅板楼的进深为19.5米,案例2塔楼进深25米,案例3塔楼进深24.6米。
4、最适宜的户型配比、户数
户型配比一般是由业主方销售方面提供的资料来确定的,通常根据既定地块进行全盘权衡,根据楼盘档次的定位,兼顾70/90的面积要求,综合考虑。
例如
(1)案例1超高层住宅户型配比与户数
楼号
户型建筑面积
小于90m2房型户数比例
户数(户)
1号楼
184.92
31%
150
71.98
12.6%
176.25
31%
132.91
24.7%
表1
(2)案例2塔楼户型配比与户数
面积段
套数比例
总户数
90以下
80%
341
90-140
20%
200以上
1套
表2
(3)案例3住宅塔楼户型配比与户数
表3
可以看出,70/90的面积需求并不一定会分担到超高层建筑当中,而是在整个住宅规划内平衡的。
而不同的超高层住宅所选取的户型大小是根据各个住宅的定位来选择的,而总户数除了决定于楼的层数,还与每层包含的户数相关。
5、通用形式(一梯四户、一梯六户)
除去跃层户型的考虑,我们可以采取一梯四户、一梯五户(为了满足70/90的需求将户型拆分成一梯十户)、一梯六户和一梯八户的形式。
三、楼梯间的消防设计
1、消防疏散要求
因为我们国家没有相应的超高层建筑的防火规X,所以我们在设计的时候只能参照《高层民用建筑防火规X》,根据《高规》第6.1.5条规定住宅户门到楼梯间疏散口的疏散距离≦20米。
(其中6.1.6条规定跃廊式住宅的安全疏散距离,应从户门算起,小楼梯的一段距离按其1.50倍水平投影计算)。
户内房间内最远一点至房门的直线距离不超过15米。
2、需征询项目当地消防局,确定建筑核心筒的要求与消防设备的要求。
例如案例1XX盛高超高层住宅这个项目经与XX消防局沟通,超高层住宅交通的楼梯间前室必须独立,消防电梯前室只可与一部楼梯间的前室合用。
而高层住宅两部防烟楼梯间的前室和消防电梯的前室可以三室合一。
XX市也遵循相同的规定。
3、通风、喷淋、报警要求(规X条文、消防要求)
1)建筑高度超过100米的居住建筑,防烟楼梯间不论有无外窗,均应设机械加压送风防烟。
2)建筑高度超过100米,消防系统需要分区,建筑高度超过120米,自动喷淋系统需要分区设置。
其中在超高层住宅的公共部分需要加设喷淋。
并且按照《高规》第7.6.1条:
建筑高度超过100米的高层建筑与其裙房,除游泳池、溜冰场、建筑面积小于5m2的卫生间、不设集中空调且户门为甲级防火门的住宅的户内用房和不宜用水扑救的部位外,均应设自动喷水灭火系统。
(注:
超高层住宅公共部分包括:
公共楼梯间、前室、公共走廊,这些地方需加设喷淋。
)
4、楼梯间布置形式案例
按照《高规》第6.1.2条规定,塔式高层建筑,两座疏散楼梯宜独立设置,当确有困难时,可设置剪刀楼梯。
所以在超高层住宅中我们有两种楼梯间形式可供选择。
(1)2座疏散楼梯间,参见图3、图4。
(2)1座剪刀梯,参见图1、图2。
四、避难层的设置
根据《高层民用建筑设计防火规X》6.1.13中规定:
建筑高度超过100米的公共建筑,应设置避难层(间),而纯的超高层住宅不需设置避难层。
(规X对纯超高层住宅没有提出设置要求,但通常实际项目中,超高层住宅大部分和酒店、办公、商业等结合在一起形成综合楼,则也应该设置避难层(间)。
)
(注:
2005年7月1日实行的《民用建筑设计通则》超高层民用建筑应设避难层。
超高层公共建筑中一个会议室中人数可能比超高层住宅中的总人数还要多,所以消防规X并未对超高层住宅设避难层做强制要求。
)
2011年11月1日施行的XX市新的《住宅设计标准》新增了超高层住宅的防火设计规X,在国内首次系统提出“避难层(区)的设置规X:
每平方米3人、间隔不宜超过15层或45米。
”(公共建筑的避难层面积标准为每平米5人)避难层的净高不得低于2.2米,避难层(区)应设消防电梯出口和独立的防烟设施。
避难层应该设在消防登高场地一侧,作为建筑的公共面积,避难层内不得设置居住用房,如果容纳人员避难的避难面积经计算后不需要占据全部楼面,其余面积可作为设备用房,但应采用耐火极限不小于2小时的不燃烧体进行分割。
可见超高层住宅避难层的设置在未来是个发展趋势。
五、垂直设计
1、超高层住宅电梯系统的布局概念
1)多区段
图8
2)多区域/空中大厅
图9
3)电梯数量的计算方法
国际通用软件:
ELEVATEOTIS电梯决策工具
电梯分区布置方式:
分区方式一般分为三种:
即传统分区方式、双层轿厢方式以与快速梯与分区梯结合式与立体电梯厅方式
电梯分区可分为单区电梯系统、多区电梯系统以与双层轿厢系统和区中区电梯系统
1、单区系统
多用于10层左右且建筑面积不大的建筑
2、多区系统
当楼层超过20层以上时,楼内竖向交通宜分区设置,各个区由不同容量与速度的电梯服务,形成运行周期短、运转效率高、电梯台数少等有利因素,分区原则:
1)高、低二区系统
一般用于由不同功能组成的综合性建筑如:
酒店与办公、办公与信宅等,分区后提供的服务即安全、方便、经济、快速。
2)高、中、低三区系统
将高楼垂直分成三区,或按楼宇功能分成三区
3)低、中低、中高、高四区系统
通常用于规模较大的高层建筑、接近40层或40层以上
4)低、中低、中、中高、高五区系统
当层数达到60F或更高时,宜采用五区电梯布局,为提高运载能力和效率,采用双层厢电梯或大容量的单层厢电梯
图10
图11
六、结构形式:
1、常用的结构形式
高层建筑的主体结构具有多样性,各类体系的典型平面、立面与其比较适合的建筑功能、高度、高宽比等详见表4(参见《实用高层建筑结构设计》(第二版)傅学怡著,第1.1.1条)
表4
2、超高层居住建筑常用结构体系形式与其经济性比较
超高层平面结构主体结构有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体稀柱结构、筒体结构。
1、纯框架结构一般适应于10-12层50m高度以下的高层商业,办公建筑。
框架结构的布置主要注意对称均匀和传力直接,常用的高层框架结构适宜的柱网尺寸宜为7.2-12m,对与地下室内停车位的经济有效布置,另一方面适合商业或是办公室内的景观视野。
但对于纯框架结构来说,整体结构抗侧、稳定主要靠框架结构自身,因此框架柱截面尺寸较大,对居住建筑室内空间影响较大(见图10)。
2
图10
3、剪力墙结构一般适应于高层住宅,此时室内无外凸角柱,便于室内家具布置和分割,有利于分户、防火、防盗、隔音。
大量工程实际经验表明,大开间分户墙作为剪力墙,其间距大约在6-8m,它既承受垂直重力荷载,又承受水平荷载,是比较切实可行的一种结构布置。
在结构设计中,通常采用切断某些长的墙体,代之以轻质填充墙实现,这是不但结构的抗震性能好,而且可降低造价,减轻自重,特别是将剪力墙布置成带翼缘的盒子或是利用楼电梯间构成小筒体,以有效提高剪力墙结构的抗侧刚度,改善剪力墙的应力集中,提高剪力墙的延性和抗震能力,充分发挥剪力墙结构的空间效应。
(见图11)
图11
4、框架剪力墙结构体系是由框架和剪力墙共同作为承重结构的受力体系。
它克服了框架结构抗侧力刚度小的缺点,弥补剪力墙结构开间过小的缺点,既可以使建筑平面灵活布置,又能对常见的30层以下的高层建筑提供充足的的抗侧刚度,在实际工程中被广泛采用。
框架剪力墙结构布置的关键是剪力墙的数量和位置。
从建筑布置角度看,减少剪力墙数量则可以建筑布置更灵活,但从结构角度看,剪力墙往往承担了大部分的侧向力,对结构抗侧刚度有明显的影响,因而剪力墙数量不能减少。
从而对于超高层居住建筑来说对于室内空间限制较大,不宜设在居室中。
5、筒体结构筒体结构由框架-剪力墙结构与全剪力墙结构综合演变和发展而来。
筒体结构是将剪力墙或密柱框架集中到房屋的内部和外围而形成的空间封闭式的筒体。
其特点是剪力墙集中而获得较大的自由分割空间,多用于写字楼建筑。
从经济角度讲,不适宜超高层居住建筑使用。
结论:
本项目超高层居住建筑在本着经济、结构合理、室内空间完整的原则,选取剪力墙结构。
通过比较超高层居住建筑常用结构体系形式与其经济性,在超高层住宅中通常采取以下结构形式:
(1)剪力墙结构。
超高层住宅,结构一般采用落地剪力墙结构形式或部分框支剪力墙。
例1:
XX盛高1#楼,建筑高度150米,参见图5。
例2:
XX实心力城住宅塔楼1#,建筑高度124米,参见图7。
(2)框筒结构。
例:
XX双子塔A塔楼,建筑高度230米,参见图6。
(住宅与办公楼都有的情况)
2、结构设计流程:
(1)高宽比要求
例如针对XX地区的剪力墙结构A级高度不大于6,B级高度不大于7。
(2)高度要求
例如针对XX地区,落地剪力墙形式高度超过140m,属于B级高度;部分框支剪力墙形式高度超过120m,属于B级高度。
注:
具体的AB级高度的限制可以查建筑抗震设计规X、高层混凝土建筑技术规程。
当采用B级高度的建筑时,建筑的尺寸限值、抗震等级和抗震措施都比A级高度要更加严格。
(3)计算特点(针对超限结构)
根据规X要求:
超A级高度建筑、或者特别不规则建筑、或者存在高位错层转换等明显薄弱部位的一般不规则、筑,均需要做超限审查。
当建筑物的高度超过B级高度时,就属于超限高层建筑。
这时要由专家进行抗震审查,采取特殊措施,经批准后才能建造的。
3、特殊的超限要求
建筑高度度超过100米,建筑结构需要超限审查。
超限高层建筑工程抗震设防专项审查申报表项目包括:
A.基本情况B.抗震设防标准C.勘察报告基本数据D.基础设计概况E.建筑结构布置和选型F.结构分析主要结果G.超限设计的抗震构造H.需要重点说明的问题(包括:
性能设计目标简述;超限工程设计的主要加强措施,有待解决的问题,试验结果等)
七、机电设计
1、暖通专业
暖通设计内容主要为消防设计,对防烟楼梯间与合用前室分别设置机械加压送风系统,并分段设计。
送风量根据国家相关规X要求计算确定。
若是剪刀楼梯间也要按照两个楼梯间分别设计送风系统。
地下室楼梯间单独设置机械防烟系统。
针对剪刀梯楼梯间送风口隔层设置,为常开风口;合用前室送风口每层设置一个,为常闭风口,发生火情时,自动打开遇难层与上、下相临层送风口。
注:
(楼梯间风口常开,是因为火灾时,楼梯间是通的,都有烟,所以都要送风。
前室不通,只有火灾层有烟,所以就送本层和相临层就行,所以合用前室风口常闭。
)
2、给排水专业
以案例1XX盛高1#超高层住宅为例:
(1)该楼消火栓系统:
分为三个区A)-1-22F为一区,设置一组泵.B)23F—33F为二区,设置一组泵。
C)超高层34F-49F为三区,在31层设转输水箱和一组泵。
在49层的屋顶层设18m3消防水箱一座和一套消火栓稳压泵。
(2)湿式喷淋系统:
地库、商业、会所,与超高层住宅的公共部位均需设置喷淋系统,竖向分3个区:
A)-1~4F为一区,B)5~33F为二区,C)34-49为三区,一二区水泵在地下车库,转输水箱和三区喷淋泵设置于34层。
在49层的屋顶层设18m3消防水箱一座和一套喷淋稳压泵。
(3)水泵房的设置:
该项目一共49层,由于是超高层,所以在31层的位置设置了水泵房,给34层以上的高区住宅提供用水,面积约57.8平米。
为什么在31层设呢?
按照高层住宅给排水设计规X的要求,高区水泵房设置高度在80米——100之间比较合适,我们最终选在了近90米的位置。
如图12
图12
3、电气专业
超高层住宅电气设计内容主要为消防设计和防雷设计。
以XX盛高1#超高层住宅为例:
该楼总高度149.4米,火灾自动报警系统保护对象为特级,按照《民用建筑电气设计规X》要求,消防设备供电干线与分支干线,应采用矿物绝缘电缆。
外墙金属门窗应与防侧击雷的均压环可靠连接,塑钢门窗应定制有与防雷系统可靠连接的连接端子。
八:
节能保温系统:
1、节能要求
以XX地区为例,根据XX城市圈低能耗居住建筑设计标准DB42/T559-2009规定在《DB42/301-2005》节能50%的基础上再节能30%,实现节能65%的目标。
保温体系一般包括自保温、外墙内保温、外墙夹心保温和外墙外保温。
相比较而言,外墙外保温的保温效果较好。
如图13
图13
2、遮阳材料
以XX盛高1#楼超高层住宅为例,我们在住宅的南立面采用金属外遮阳,在住宅的北、东和西三面都采用LOW-E中空玻璃达到节能效果。
注:
XX省已强制执行外遮阳,超高层住宅外遮阳系统在我们国内没有找到有安全保证的厂家,施工图设计参考了高层住宅的遮阳系统——外遮阳固定式系统,同时也影响到建筑立面。
经过与业主的多次协商,为保证楼盘的高品质,最终选用了外遮阳内置系统,百叶在双层玻璃窗的玻璃之间,可以较好的满足安全性能和立面美观的双重要求。
3、保温系统要求:
防火材料
从材料燃烧的角度看,目前用于外保温系统的保温材料主要包括三大类。
(1)无机类保温材料:
我国的岩棉、玻璃棉、膨胀玻化微珠保温浆料等,属不燃性材料,自身不存在防火安全问题。
但其它性能不能完全满足外保温的要求,目前尚不具备广泛应用的技术条件。
(2)有机无机复合保温材料:
以胶粉聚苯颗粒保温浆料为主,属难燃材料,且不具有火焰传播性,自身不存在防火安全问题。
(3)有机高分子保温材料:
以聚苯乙烯饱沫塑料和聚氨醋硬泡为主,属可燃材料,具有引发火灾的危险性。
综上所述:
超高层住宅建筑采用有机无机复合保温材料,即涂料外墙外保温系统较为优越,同时选择的外墙保温材料耐火等级需达到A级。
例如案例1XX盛高1#楼在08年度采用的外墙保温材料为聚氨酯泡沫塑料,防火等级达到B1级,但09年由于上述规定将外保温材料改为改性膨胀珍珠岩无机保温砂浆,使外墙保温材料的防火等级达到A级。
(注:
建筑装修材料按其燃烧性能应划分为四级:
A不燃性B1难燃性B2可燃性B3易燃性)
九:
总图、道路的消防要求
《高层民用建筑设计防火规X》中第4.3.1条规定高层建筑四周应设置环形的消防车道,当设环形消防车道确有困难时,可沿建筑的两条长边设置消防车道。
第4.3.4条规定车道的宽度不应小于4m。
在超高层住宅的总图布置中,消防通道需要在住宅周围环通。
以XX盛高1#楼为例,XX消防局要求在楼与底商的周圈设置的环形通畅的消防通道。
如图14。
图14
注:
对于这点,不同区域的消防部门的要求也不尽相同,比如XX消防局要求100米以内的高层住宅消防通道也要环通。
十:
建筑材料要求。
通常来讲包含酒店、办公、住宅等的综合性大楼,外立面材料可以采用玻璃幕和铝板,裙房可以采用石材;而对于单纯的住宅而言,裙房等近人尺度可以采用石材,上部通常采用仿石涂料,局部可采用玻璃幕墙,以确保其经济性。
例1:
XX盛高1#,裙房外立面采用石材,上部住宅外立面采用仿石涂料。
如图15
例2:
XX双子塔楼,裙房外立面采用石材和玻璃幕墙,上部综合楼采用玻璃幕和铝板。
如图16
例3:
XX实心力城住宅塔楼,住宅底部六层属于近人尺度X围,采用干挂石材;上部采用仿石涂料;重点部位,采用大面积的玻璃幕墙。
如图17
图15图16图17
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