超高層雙塔辦公樓建筑經(jīng)濟(jì)性和結(jié)構(gòu)形式初論

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(fèi)大、環(huán)境污染等問題非常嚴(yán)重，隨著經(jīng)濟(jì)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(fèi)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(biāo)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(biāo)

1.1提高經(jīng)濟(jì)性：保證標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)層面積不宜過小。我們建議辦公標(biāo)準(zhǔn)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(jì)性。

1.2正確定位項目標(biāo)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(fēng)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)層面積，避難層層數(shù)，結(jié)構(gòu)型式等方面進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)分為經(jīng)濟(jì)性和標(biāo)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(jìn)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?jǐn)?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(rèn)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(fèi)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)深分析

使用空間的進(jìn)深指從外窗到房間最內(nèi)側(cè)墻邊的距離，房間進(jìn)深的確定需綜合考慮以下的因素：

 

①進(jìn)深越大，分隔組合的可能性越多，靈活性越大。反之，進(jìn)深較小，空間劃分的可能方也越少，靈活性降低。②進(jìn)深越大，每層的辦公面積越大，建筑的使用效率越高；進(jìn)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(jìn)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(yuǎn)，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(jìn)深能夠提高辦公空間的整體品質(zhì)。④進(jìn)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(jìn)深必須要綜合考慮上述各方面因素后進(jìn)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(jì)。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(jì)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(dāng)多的采光、清掃和裝飾的費(fèi)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(fèi)用的增加：墻與隔墻及其有關(guān)粉刷、裝飾費(fèi)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(fèi)用的增加；另外，由于施工垂直運(yùn)輸量的增加，可能增加屋面造價；如果屋高度增加而導(dǎo)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(jìn)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(jì)。

 

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(fèi)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。可供選擇的結(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(biāo)：

 

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(jī)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(dāng)考慮建成后使用期內(nèi)的結(jié)構(gòu)維護(hù)成本。③要考慮施工建造的可行性，要考慮材料采購和招標(biāo)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(kuò)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(jì)性考慮，基坑支護(hù)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(dāng)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(jìn)行結(jié)構(gòu)超限審查。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要進(jìn)行大震作用下的補(bǔ)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(jìn)度安排中予以考慮。

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