隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑技術(shù)、建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料的革命，支持了建筑向上發(fā)展的需求，超高層建筑陸續(xù)興起，已成為展示城市形象的名片。同時(shí)，隨著建筑高度的增加，其技術(shù)合理性、適用性、經(jīng)濟(jì)性都會(huì)發(fā)生變化，需要解決安全問(wèn)題、能耗問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題、內(nèi)部交通問(wèn)題。因此，大宸設(shè)計(jì)認(rèn)為超高層建筑設(shè)計(jì)需兼顧科學(xué)性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性、舒適性等因素。
一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在目前的超高層建筑中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括基礎(chǔ)形式選擇、結(jié)構(gòu)體系類型選擇、樓蓋體系的分析等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮成本投入，不僅包括建造成本，還需要考慮到空間占用面積和成本之間的關(guān)系，比如上部結(jié)構(gòu)的重量對(duì)地基造成的影響以及如何加強(qiáng)地基，這一過(guò)程就需要增加成本。同時(shí)，由于超高層建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，建筑內(nèi)部的梁柱將會(huì)不可避免的存在，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮異型柱的使用，特別是在超高層住宅戶型設(shè)計(jì)中，充分全面考慮梁柱的影響、規(guī)避及利用是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。
對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一般分為六大類：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框-筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。
二、外立面設(shè)計(jì)
大宸設(shè)計(jì)認(rèn)為，外立面設(shè)計(jì)，除線條比例外，投射在建筑上的幾何狀陰影使空間具有層次感，同時(shí)起到遮陽(yáng)節(jié)能效果。超高層建筑外立面的清洗和保潔，特別是玻璃幕墻中的破損玻璃、泛光照明燈具和Logo廣告牌等的更換，是建筑設(shè)計(jì)必須考慮的問(wèn)題。擦窗機(jī)則是外立面維護(hù)系統(tǒng)的最常見設(shè)備，擦窗機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮因素包括擦窗機(jī)類型、樓頂空間通道、結(jié)構(gòu)承載、對(duì)建筑物美觀的影響、完全覆蓋建筑物所有區(qū)域的外墻作業(yè)等因素。
三、垂直交通設(shè)計(jì)
超高層建筑，核心筒的設(shè)計(jì)需平衡采光、節(jié)能、易于維護(hù)、減少公攤、不同業(yè)態(tài)核心筒上下統(tǒng)一等多方要求，是建筑設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。高層建筑與其它建筑之間的最大區(qū)別，就在于它有一個(gè)垂直交通和管道設(shè)備集中在一起的、在結(jié)構(gòu)體系中又起著重要作用的“核”。而這個(gè)“核”也恰恰在形態(tài)構(gòu)成上舉足輕重，決定著高層建筑的空間構(gòu)成模式。隨著高層建筑建設(shè)的發(fā)展、高度的增加和技術(shù)的進(jìn)步，在高層建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，逐漸演化出了中央核心筒式的“內(nèi)核”空間構(gòu)成模式。
對(duì)于超高層建筑來(lái)說(shuō)，必須保證垂直運(yùn)輸?shù)钠椒€(wěn)性、快速性、高效性，這也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)內(nèi)容，電梯是高層建筑使用最廣泛的垂直交通工具，需要保證設(shè)置數(shù)量的合理性，同時(shí)要對(duì)等候時(shí)間電梯載重進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，不僅關(guān)系到安全問(wèn)題，也影響到投資問(wèn)題。通過(guò)分區(qū)設(shè)計(jì)、不同梯速設(shè)計(jì)、局部設(shè)置轉(zhuǎn)換電梯等方式，既保證整體垂直運(yùn)輸效率，同時(shí)降低沖頂高度和基坑深度，降低電梯投資成本。由于超高層建筑采用多梯系統(tǒng)，應(yīng)采用微機(jī)電梯控制系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及時(shí)地處理大量信息，判斷各站臺(tái)的呼叫信息和各電梯的位置、方向、開閉狀態(tài)、轎廂內(nèi)呼叫等各種狀態(tài)，以提高運(yùn)送能力，改善服務(wù)質(zhì)量，提高超建筑的經(jīng)濟(jì)效益。
四、消防設(shè)計(jì)
超高層建筑由于其特殊的構(gòu)造和功能要求，致使其內(nèi)部火災(zāi)荷載大，火勢(shì)蔓延迅速，人員疏散困難，救援難度大，形成重大火災(zāi)的隱患大。消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)：防火-控火-耐火。防火，建筑工程中使用防火材料、防火構(gòu)件、防火配件，裝修工程中采用不燃、難燃性建筑材料，易燃易爆場(chǎng)所強(qiáng)化通風(fēng)，設(shè)置防爆電氣，使用不發(fā)火地面等。控火，一是把火災(zāi)控制在初始階段；二是把火災(zāi)控制在較小范圍。耐火，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火穩(wěn)定性，使其在火災(zāi)中不致失效。
超高層建筑內(nèi)人員也較多較密集，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)適當(dāng)增加超高層建筑安全通道數(shù)量，避免發(fā)生火災(zāi)事故后出現(xiàn)人員擁擠現(xiàn)象。因此，要合理設(shè)置避難層高度、疏散樓以及消防電梯的數(shù)量等，具體說(shuō)來(lái)：第一個(gè)避難層的樓地面至滅火救援區(qū)域地面的高度≤50m，兩個(gè)避難層之間的高度≤50m，每個(gè)防火分區(qū)消防電梯數(shù)量≥1臺(tái)、每層建筑面積≤1500 m2設(shè)置1臺(tái)電梯，每層建筑面積1500～4500 m2設(shè)置2臺(tái)電梯，每層建筑面積≥4500 m2設(shè)置3臺(tái)電梯。
五、抗風(fēng)設(shè)計(jì)
超高層結(jié)構(gòu)安全主要考慮結(jié)構(gòu)體系抗風(fēng)壓性能、外幕墻安全性等問(wèn)題。超高層建筑的風(fēng)荷載，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中位移和扭轉(zhuǎn)超限的主要控制因素，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全的重點(diǎn)和難點(diǎn)之。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的選擇及抗側(cè)力構(gòu)件的設(shè)計(jì)，主要是為了該建筑結(jié)構(gòu)可以承擔(dān)大部分風(fēng)力以及地震荷載力，使得建筑整體剛度得到保證，也需要考慮到玻璃幕墻的裝飾要求。因此，項(xiàng)目在開展設(shè)計(jì)前，應(yīng)通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，確定作用在超高層建筑表面上的平均風(fēng)荷載和脈動(dòng)風(fēng)荷載、體型系數(shù)，以及確定其重要部位的風(fēng)振位移和加速度響應(yīng)以及各層的等效風(fēng)荷載，為確定主體結(jié)構(gòu)與幕墻結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載提供設(shè)計(jì)依據(jù)，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗風(fēng)性能安全，以及位移滿足電梯運(yùn)行和外幕墻安全性等要求。
高層建筑要保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，能可靠地承受風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力；結(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度，控制高層建筑在水平荷載作用下的位移，保證良好的居住和工作條件；選擇合理的結(jié)構(gòu)體系和建筑外形；采用較大的剛度可以減少風(fēng)振的影響；圓形、正多邊形平面可以減少風(fēng)壓的數(shù)值；盡量采用對(duì)稱平面形狀和對(duì)稱結(jié)構(gòu)布置，減少風(fēng)力偏心產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響；外墻、玻璃、女兒墻及其它圍護(hù)構(gòu)件必須有足夠的強(qiáng)度并與主體結(jié)構(gòu)可靠地連接，防止局部破壞。
六、供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
作為超高層建筑，安全性必然是供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要格外注意的地方，其次是供電可靠性。配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，需考慮多回路供電及備用發(fā)電機(jī)組的配置。因超高建筑的高度，變配電房可以考慮設(shè)置在塔樓中部的樓層，以減少低壓配電的損耗。備用柴油發(fā)電機(jī)設(shè)置于地庫(kù)層，供電電壓采用10千伏輸出，再經(jīng)變壓器降壓至低壓配電，保證配電至塔樓的高層。
在超高層建筑的配電系統(tǒng)上，供電距離、電纜的長(zhǎng)度、電纜大小的適當(dāng)調(diào)整以及安裝時(shí)的施工工藝也是難題之一。由于超高層面積大、樓層多，自然會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電的問(wèn)題，因此后備電源可考慮采用高壓發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電，從而解決了這個(gè)難題。
七、給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
給水設(shè)計(jì)是超高層建筑設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，主要作用是為用戶提供水源通道，通過(guò)一定的加壓設(shè)施使水源管道中的水具有一定的壓力，滿足整個(gè)建筑的用水需求。除了生活用水外，還有一個(gè)重要的作用就是為消火栓系統(tǒng)與自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等提供水源，一旦發(fā)生意外火災(zāi)將會(huì)提供水源保障。
由于超高層建筑其建筑高度大，功能復(fù)雜，在給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中往往存在著：分區(qū)多，管路復(fù)雜，管道系統(tǒng)受壓過(guò)高，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制復(fù)雜，水泵運(yùn)行過(guò)程中管道易出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)管道破裂現(xiàn)象等一系列問(wèn)題。選擇給水方式是高層建筑給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接關(guān)系到給水系統(tǒng)的使用和工程造價(jià)，對(duì)于超高層建筑，城市給水管網(wǎng)的水壓一般滿足不了高區(qū)部分的用水壓力要求，絕大多數(shù)采用分區(qū)給水的方式，即低區(qū)部分由城市給水管網(wǎng)供水，高區(qū)部分由水泵加壓供水。
八、建筑設(shè)計(jì)與施工結(jié)合
超高層建筑施工難度大，施工工藝復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)充分考慮施工便利性和可行性。比如樓板結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)，有現(xiàn)澆板、壓型鋼板以及桁架樓承板等，不同形式，施工便利性差異較大。超高層外幕墻設(shè)計(jì)一般優(yōu)先選擇單元式幕墻，這種幕墻的單元板塊都是先在工廠車間組裝，施工周期較短還可以和土建施工一起進(jìn)行，使得整個(gè)施工周期得到有效控制，也有利于施工品質(zhì)的保證。
由于建筑高，體量大，支撐高層的地基必須達(dá)到足夠的強(qiáng)度，所以超高層多采用深基礎(chǔ)，持力層嵌入微風(fēng)化巖層。超高層地下室深度大、層數(shù)多、面積大。一是要滿足建筑功能方面的要求，比如人防面積、停車位數(shù)量等；二是要解決在施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)抗浮問(wèn)題。超高層結(jié)構(gòu)形式多為混合型，如型鋼混凝土、鋼管混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或全鋼結(jié)。它們的共同特點(diǎn)是：施工簡(jiǎn)便、工期短、結(jié)構(gòu)性能好且大大節(jié)約建筑材料，目前已成為超高層建筑群最為實(shí)用和主要的結(jié)構(gòu)形式。超高層建筑的裝飾工程的安全性設(shè)計(jì)尤其重要，抗風(fēng)壓，風(fēng)、水、氣的密閉性要求高。超高層建筑設(shè)計(jì)需與時(shí)俱進(jìn)，考慮新技術(shù)、新材料、新工藝采用。
大宸設(shè)計(jì)認(rèn)為超高層建筑的出現(xiàn)為城市發(fā)展注入了新的活力，其建筑設(shè)計(jì)需要從安全性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和美觀性的角度出發(fā)，明確超高層建筑設(shè)計(jì)管控的要點(diǎn)，制定出科學(xué)的解決措施，進(jìn)而滿足城市發(fā)展的使用要求。