超高層雙塔辦公樓建筑經(jīng)濟性和結(jié)構(gòu)形式初論

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摘要：文章力求通過對超高層辦公建筑多方面的對比分析，為項目如何在節(jié)約造價的同時達到高效建設(shè)的目的提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；設(shè)計理念；節(jié)約造價 目前，我國資源消耗高、浪費大、環(huán)境污染等問題非常嚴重，隨著經(jīng)濟的快速增長和人口的不斷增加，淡水、土地、能源、礦產(chǎn)等資源不足的矛盾更加突出，環(huán)境壓力日益增大。土地資源的節(jié)約集約利用和循環(huán)、高效利用成為發(fā)展的必然而現(xiàn)代辦公樓的建設(shè)由于用地緊張，所需面積又較大，多以高層和超高層建筑為主。而這些建筑又往往成為消耗能源和建設(shè)經(jīng)費的超級大戶，上海金茂大廈，北京soho，中央電視臺等項目在成為城市地標的同時往往都是以天價的投資為基礎(chǔ)的。如何在這些超高層辦公建筑項目中從設(shè)計理念階段就明確方向，盡量節(jié)約造價是今后新建超高層辦公樓的一大重點。 1新建項目應(yīng)實現(xiàn)的基本目標 1.1提高經(jīng)濟性：保證標準層面積，提高高層實用率，避免低效建設(shè) 通過對深圳現(xiàn)有相應(yīng)品質(zhì)高檔辦公樓的調(diào)查，為保障高層建筑的實用率，辦公樓標準層面積不宜過小。我們建議辦公標準層面積應(yīng)在1600~1800m2之間，且不宜超過2000m2，從而提升項目建設(shè)效率和城市對土地的利用，提高項目經(jīng)濟性。 1.2正確定位項目標志性：綠色經(jīng)典為原則 新建項目不應(yīng)盲目追求華而不實的建筑風格，而應(yīng)將項目定位成綠色高效經(jīng)典的新型現(xiàn)代辦公樓。應(yīng)該充分重視“人”在建筑中的感受，打造節(jié)能，環(huán)保，綠色的現(xiàn)代化高檔辦公樓，這既能充分發(fā)揮為數(shù)不多的剩余土地的價值，又能成為響應(yīng)國家“節(jié)能減排”政策的積極舉措，同時為內(nèi)部辦公人員提供一個健康舒適的自然辦公環(huán)境。 2項目經(jīng)濟性分析 我們以某一面積近10萬m2的超高層雙子樓辦公項目為例，通過對塔樓高度，標準層面積，避難層層數(shù)，結(jié)構(gòu)型式等方面進行對比分析，力求得出不同高度的雙塔方案其造價的變化情況。   2.1方案可能性分析   ①數(shù)據(jù)   ②面積組成   ③層高分析   通過對深圳高檔甲級寫字樓項目的調(diào)研可得出，按照深圳中高檔寫字樓標準，單位面積造價隨建筑高度變化而不同，常規(guī)情況下，建筑造價和建筑高度的關(guān)系大體   3結(jié)論   對三種方案的綜合評價采用打分方式，其基本規(guī)則如下： 評分指標分為經(jīng)濟性和標志性兩大類。在每一大類中包含有多項相關(guān)的要素，根據(jù)四個方案對每個要素的相應(yīng)情況進行評分。最高分為3分，最低分為1分，獲得3分表示該方案在本要素方面表現(xiàn)最佳，獲得1分為表現(xiàn)最差。三個方案在每個要素的總得分最多為6分，如果在某個要素上有兩個或三個方案難分高下，則平分分數(shù)。   根據(jù)綜合評價打分的結(jié)果，一高一矮方案作為得分最高的方案，在各主要要素上都有較好的表現(xiàn)，綜合來講，可以認為是最為可行方案。   根據(jù)以上分析可知，盲目追求塔樓高度的做法是極其浪費的。同樣的項目和建筑面積，盲目追求一棟塔樓的高度做法和拆成兩棟塔樓建設(shè)的做法，造價最高可相差近40%。這不論對國家建設(shè)節(jié)約型社會還是建設(shè)方本身的經(jīng)濟利益來說，都是不合時宜的。我們應(yīng)該本著適度的原則，從理性的角度分析，選用合理的建筑形式，將建筑造價控制在一個適宜的范圍內(nèi)。   4超高層辦公樓標準層進深分析 使用空間的進深指從外窗到房間最內(nèi)側(cè)墻邊的距離，房間進深的確定需綜合考慮以下的因素：   ①進深越大，分隔組合的可能性越多，靈活性越大。反之，進深較小，空間劃分的可能方也越少，靈活性降低。②進深越大，每層的辦公面積越大，建筑的使用效率越高；進深越小，建筑交通面積和公共空間面積所占的比例會相對增大，使得建筑實用效率降低。③進深越大，房間內(nèi)區(qū)的面積越大。辦公室內(nèi)區(qū)距離外窗較遠，空氣流動性差、品質(zhì)得不到保障，無法利用用自然采光。內(nèi)區(qū)的辦公環(huán)境是較差。反之，小進深能夠提高辦公空間的整體品質(zhì)。④進深越大，外柱到內(nèi)筒的跨度越大，框架梁的高度越大，在同樣層高條件下的室內(nèi)凈高越小。⑤選擇建筑進深必須要綜合考慮上述各方面因素后進行綜合判斷。   5其他影響工程造價因素分析 ①平面形狀。一般來說，建筑平面形狀越簡單，它的單位面造就越低。一般情況下建筑周長與建筑面積比越低，設(shè)計越經(jīng)濟。因些建筑物平面形狀的設(shè)計應(yīng)在滿足建筑物功能要求的前提下，降低建筑物周長與建筑面積比。   ②流通空間。建筑物的經(jīng)濟平面布置。在滿足建筑物使用要求前提下，將流通空間減少到最少。因為如門廳、過道、走廊、樓梯以及電梯井的流通空間，他們都不能為了獲利目的的加以使用，但是需要相當多的采光、清掃和裝飾的費用。但是不能為了降低工程造價，忽慮了美觀和功能質(zhì)量的要求。   ③層高。在建筑面積不變的情況下，建筑層高增加會引起各項費用的增加：墻與隔墻及其有關(guān)粉刷、裝飾費用的提高；制冷空間體積增加；衛(wèi)生設(shè)備、上下水管道長度增加；樓梯間造價和電梯設(shè)備費用的增加；另外，由于施工垂直運輸量的增加，可能增加屋面造價；如果屋高度增加而導致建筑物總高度增加很多，還可能增加基礎(chǔ)造價。   ④建筑物層數(shù)。建筑物總造價是隨著建筑手的層數(shù)增加而提高的。   ⑤柱網(wǎng)布置。常規(guī)建筑柱網(wǎng)為8.4m×8.4m，若柱網(wǎng)過大，則梁高增加，配筋加大，造價增高，且影響室內(nèi)凈高。建議塔樓結(jié)構(gòu)柱跨（進深）控制在12米以內(nèi)，結(jié)構(gòu)體系比較合理。柱外側(cè)可考慮懸挑，以保證立面的完整性，同時可以形成豐富的空間感。   ⑥建筑物的體積與面積。一般來說隨著建筑物體積和面積的增加，工程造價會提高。盡量減少結(jié)構(gòu)面積比例，增加有效面積，就是結(jié)構(gòu)面積與建筑面積比越小，設(shè)計越經(jīng)濟。   ⑦建筑結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)就是建筑工程中構(gòu)件所組成的起骨架作用的。建筑結(jié)構(gòu)材料如，砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)。建筑材料和建筑結(jié)構(gòu)選擇直接影響到工程質(zhì)量、使用壽命、耐火抗震性能，而且對施工費用、工程造價有很大的影響。   6結(jié)構(gòu)專業(yè)相關(guān)介紹   6.1高層和超高層項目可能采用的建筑結(jié)構(gòu)體系的介紹   我國已建造高度在150m以上的建筑150余棟?？晒┻x擇的結(jié)構(gòu)形式很多。較為常見的結(jié)構(gòu)形式包括：鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)、鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)等。近年來，新興的斜網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在辦公大廈中也有不少成功應(yīng)用的案例。 可供選擇的樓蓋體系包括：鋼—混凝土組合樓蓋、鋼筋混凝土梁板樓蓋、鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力樓蓋等。 從概念上講，處于地震設(shè)防地區(qū)的超高層建筑應(yīng)該遵循體型簡單、規(guī)整的原則，在建筑平面和立面上盡量規(guī)則。不過，體型規(guī)則并不等同于方盒子。優(yōu)秀的超高層建筑都能夠?qū)⒘己玫氖褂霉δ?、完美的體型和立面與合理的結(jié)構(gòu)布置很好的統(tǒng)一起來。 綜合考慮各種因素后，對結(jié)構(gòu)形式的選擇提出以下目標：   ①充分保障建筑設(shè)計的要求，滿足建筑外部形象和內(nèi)部空間的設(shè)計要求，滿足功能對結(jié)構(gòu)形式提出的要求，尤其是金融機構(gòu)對內(nèi)部空間的要求。 ②要充分考慮結(jié)構(gòu)成本，這其中不僅僅要考慮結(jié)構(gòu)建造的成本，還要考慮結(jié)構(gòu)空間占用帶來的面積損失成本，上部結(jié)構(gòu)自重帶來的地基和基礎(chǔ)成本，以及建造周期縮短或增長帶來的成本。同時，還應(yīng)當考慮建成后使用期內(nèi)的結(jié)構(gòu)維護成本。③要考慮施工建造的可行性，要考慮材料采購和招標的便利性，施工工藝的成熟性、建造工期的可控性、現(xiàn)場施工的安全性等。 6.2基礎(chǔ)及地下室設(shè)計 6.2.1基坑開挖 超高層項目用地面積一般較小，為保證足夠的地下室面積，應(yīng)盡量擴大開挖范圍。除預(yù)留必要的管線通道外，基坑開挖應(yīng)盡量貼近用地紅線。從經(jīng)濟性考慮，基坑支護可采用土釘墻+預(yù)應(yīng)力錨桿的形式，為方便基礎(chǔ)和地下室施工，建議將止水圍幕一直做至不透水層。 6.2.2基礎(chǔ)選型 參考現(xiàn)有建筑的地基條件和基礎(chǔ)選型，建議基礎(chǔ)采用大直徑人工挖孔樁。這種基礎(chǔ)形式具有以下優(yōu)點： ①單樁承載力大，能夠?qū)崿F(xiàn)一柱一樁，結(jié)構(gòu)傳力簡明。 ②對施工技術(shù)要求低，施工工藝成熟，質(zhì)量較為可靠。 ③樁身成孔和樁底吃力層檢驗直觀可靠。 ④施工速度快、成本低。 ⑤沒有噪音擾民，環(huán)境污染小。 有以下缺點： ①該施工方法屬限制工藝，需要特殊審批。 ②需要進行大面積降水，降水成本高。大面積降水有可能對周邊建筑和道路產(chǎn)生影響。 如果由于特殊原因不宜采用人工挖孔樁，建議可采用沖鉆孔灌注樁作為備選。但沖鉆孔灌注樁在結(jié)構(gòu)傳力、質(zhì)量控制、建造成本、施工工期和環(huán)境污染方面與人工挖孔樁相比劣勢較為明顯。 6.3地下室設(shè)計 為保證充足的停車位和必要的設(shè)備用房要求，超高層辦公樓至少將建造三層地下室。地下室各層的層高按照建筑室內(nèi)凈高要求進行控制，結(jié)構(gòu)根據(jù)柱網(wǎng)選擇合理的梁板截面。 6.4抗浮設(shè)計 若工程用地地下水位較高，對于塔樓覆蓋范圍以外的部分，需要考慮結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計。目前可供選擇的常用抗浮方式包括結(jié)構(gòu)樁抗浮、結(jié)構(gòu)樁+抗拔樁抗浮、錨桿抗浮、自重抗浮等。 根據(jù)常規(guī)項目的設(shè)計經(jīng)驗，建議采用抗拔樁與自重抗浮相結(jié)合的方式。要充分利用樁基側(cè)面的摩擦力，通過增加樁身配筋，提高樁身抗拔承載力。若仍然不能滿足抗浮要求，可考慮采取兩種方法。一是適當增大樁身直徑，提供更大的抗拔能力。二是可以采取增厚樓板或增加配重等方式，適當增加地下室重量，減少抗浮水頭。 6.5其他事項 如果大廈結(jié)構(gòu)高度超過150m，則可能屬超限結(jié)構(gòu)，均需要進行結(jié)構(gòu)超限審查。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要進行大震作用下的補充計算，如靜力彈塑性分析計算或動力彈塑性計算。這將增加設(shè)計時間和初步設(shè)計審批時間，須在工程建設(shè)進度安排中予以考慮。 參考文獻： ［1］石油雙塔:世界上最高的雙塔樓[J].中國工程建設(shè)通訊,2009,(5). ［2］嚴宏兵,舒志,龔政.廣西國際貿(mào)易中心大底盤雙塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].工程建設(shè)與設(shè)計,2006,(9).