編者按：本文是筆者的論文，獲今年中國(guó)建筑學(xué)會(huì)建筑電氣分會(huì)技術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)，刊登在《建筑電氣》雜志2019年8期上，供大家交流。

超高層建筑電氣豎井的研究

李炳華¹朱心月²王成 ²常昊²岳云濤²

（1. 悉地（北京）國(guó)際建筑設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司北京100013

2. 北京建筑大學(xué)北京 100044）

摘要：本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)部分超高層建筑核心筒和電氣豎井實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析研究，得出了超高層建筑的筒層比和井筒比，并給出了超高層建筑強(qiáng)電豎井的數(shù)量及面積、弱電豎井的數(shù)量及面積建議值。

關(guān)鍵詞：超高層建筑標(biāo)準(zhǔn)層核心筒電氣豎井筒層比 井筒比

Research on the electric shaft of super high-rise building

Li Binghua, Zhu Xinyue, Wang Cheng, Chang Hao, Yue Yuntao

(1.CCDI Group(Beijing),100013

2.Beijing University of Civil Engineering and Architecture,100044)

Abstract: Based on the data collection and analysis of theactual situation of the core tube and electric shaft of some super high-risebuildings in China, the tube floor ratio and the wellbore ratio of superhigh-rise buildings is obtained, and the recommended number and areas of thehigh voltage well and the low voltage well is given.

Key words: super high-rise building, standard layer, core tube,electric shaft, tube floor ratio, wellbore ratio

1 序言

近年來(lái)，隨著建筑事業(yè)的發(fā)展及建筑用地的減少，建筑物的層數(shù)也日益增多。1972年，在美國(guó)Pennsylvanian（賓夕法尼亞）州的Bethlehem（伯利恒市）的國(guó)際高層建筑會(huì)議上，將40層以上，即建筑高度在100m以上的建筑叫作超高層建筑。而我國(guó)《民用建筑設(shè)計(jì)通則》GB50352-2005也定義了建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。

超高層建筑的出現(xiàn)，在一定程度上有效地緩解了建筑用地減少以及人口日益增多的困局，不僅滿足了人們的基本物質(zhì)需求，也依靠其美化環(huán)境，技術(shù)創(chuàng)新的特點(diǎn)滿足了人們的精神需求。但是超高層建筑建設(shè)周期長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)成本高，運(yùn)行能耗高、人員管理難的特點(diǎn)也成為其不可避免的缺陷。另外，由于建筑物高度較高，極易造成采光問(wèn)題及光污染；面對(duì)諸如火災(zāi)等突發(fā)災(zāi)害時(shí)，超高層建筑的弊端也遠(yuǎn)超一般建筑。這些都是影響超高層建筑發(fā)展的重要因素。

核心筒是超高層建筑的核心部分，通常位于建筑的中心位置，它與外圍框架組成的外框內(nèi)筒的結(jié)構(gòu)能夠有效地抵抗結(jié)構(gòu)受力，并且具有很好的抗震作用，是目前采用較為普遍的建筑結(jié)構(gòu)。同時(shí)，核心筒又是垂直交通的主要場(chǎng)所，其設(shè)計(jì)技術(shù)含量高，其布置合理性及面積大小均會(huì)影響超高層建筑物的品質(zhì)。因此，討論核心筒的面積，提高標(biāo)準(zhǔn)層的使用率是研究超高層建筑不可避免的話題。

電氣豎井是超高層建筑物中另一個(gè)十分重要的部分。隨著信息化、智能化系統(tǒng)的發(fā)展，電氣系統(tǒng)的各類管路有增無(wú)減，通常采用在電氣豎井內(nèi)敷設(shè)垂直干線以及安裝樓層配電箱（柜）的方式。由此，討論電氣豎井的個(gè)數(shù)、面積對(duì)優(yōu)化超高層建筑結(jié)構(gòu)，提高建筑物使用率有重要意義。

鑒于核心筒和電氣豎井在超高層建筑中的重要程度，以下對(duì)國(guó)內(nèi)部分超高層建筑物進(jìn)行調(diào)查，通過(guò)分析筒層比和井筒比，討論核心筒和電氣豎井的平均面積和個(gè)數(shù)，提出優(yōu)化建議以達(dá)到提高超高層建筑品質(zhì)和面積使用率的目的。

為了更好的研究超高層建筑的核心筒和電氣豎井，首先引入兩個(gè)新概念。

筒層比：某層平面核心層面積與該層平面面積的比值，通常采用核心筒面積與標(biāo)準(zhǔn)層面積的比值。

井筒比：為某層平面電氣豎井面積與該層核心筒面積的比值。

2 超高層建筑主要數(shù)據(jù)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，世界各國(guó)的超高層建筑物數(shù)目越來(lái)越多，目前仍有大量超高層建筑物在建。有關(guān)超高層建筑的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范逐漸完善，此類建筑也越來(lái)越被人們所認(rèn)可，目前超高層建筑的數(shù)量和質(zhì)量已經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家各大城市之間實(shí)力比拼的一項(xiàng)重要數(shù)據(jù)。根據(jù)世界高層都市建筑學(xué)會(huì)CTBUH（Council on Tall Buildings and UrbanHabitat）全球超高層建筑物數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)顯示，截止到2018年底，超過(guò)300m的建筑有145座，超過(guò)200米的建筑有1482座，而超過(guò)150m的建筑有4676座。截至目前，迪拜的Burj Khalifa以828m的高度位居世界超高層建筑物的首位。

隨著現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)安全技術(shù)體系日漸成熟，近幾年，我國(guó)在超高層建筑領(lǐng)域也取得了一定的成績(jī)，超高層建筑已經(jīng)在全國(guó)眾多城市如雨后春筍般快速發(fā)展。截止到2018年底，中國(guó)大陸已建成的300m以上的超高層建筑共68項(xiàng)，占全球已建成的300m以上超高層建筑總數(shù)的46.90%。我國(guó)已投入使用的、高度最高的超高層建筑為上海中心，高度達(dá)632m，位居全球第二。筆者所工作的單位——悉地國(guó)際CCDI設(shè)計(jì)的深圳平安金融中心高度位居全國(guó)第二、全球第四，高度達(dá)599m。

圖1為國(guó)內(nèi)部分超高層建筑調(diào)研數(shù)據(jù)，300米以上的超高層建筑22座，其中500米以上的建筑有5座。圖1直觀地看出這些建筑之間的高度對(duì)比。

圖1 國(guó)內(nèi)部分超高層建筑高度對(duì)比

3 超高層建筑的標(biāo)準(zhǔn)層及核心筒

標(biāo)準(zhǔn)層，一般指平面布置相同的住宅樓層。在超高層建筑中，標(biāo)準(zhǔn)層的使用面積或標(biāo)準(zhǔn)層的使用率是衡量建筑品質(zhì)及使用率的重要指標(biāo)。

核心筒指在建筑的中央部分，由電梯井道、樓梯、通風(fēng)井、電纜井、公共衛(wèi)生間、部分設(shè)備間等圍護(hù)形成的中央核心部分，與外圍框架形成一個(gè)外框內(nèi)筒結(jié)構(gòu)，多以鋼筋混凝土澆筑。此種結(jié)構(gòu)有利于結(jié)構(gòu)受力和抗震，還可爭(zhēng)取盡量寬敞的使用空間。一般要求核心筒面積越小越好，布局盡量緊湊。然而，隨著現(xiàn)代建筑對(duì)舒適性和人性化要求的提高，以及考慮到日后設(shè)備升級(jí)等，核心筒面積有增大的趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)層使用率的影響也加大。

另外，考慮標(biāo)準(zhǔn)層使用率還需考慮核心筒中的電氣豎井。電氣豎井就是在建筑物中從底層到頂層留出一定截面的、供電氣各系統(tǒng)使用的井道。電氣豎井分為強(qiáng)電氣豎井和弱電氣豎井，一般分設(shè)在電梯井或樓梯間的兩側(cè)。電氣豎井的數(shù)量、面積、位置選擇會(huì)影響超高層建筑的品質(zhì)和整體使用率，隨著建筑物的功能日益增多，各類系統(tǒng)的管線也越來(lái)越多，電氣豎井對(duì)標(biāo)準(zhǔn)層使用面積的影響力也日益增大。

下面對(duì)深圳平安國(guó)際金融中心和中鋼國(guó)際廣場(chǎng)分別進(jìn)行分析。

3.1 深圳平安國(guó)際金融中心

深圳平安金融國(guó)際中心于2016年4月全面竣工，原本設(shè)計(jì)為660米，建成后總高度達(dá)到599米，共設(shè)有10個(gè)變電所，分設(shè)在地下二層、10F、25F、39F、52F、68F、81F、97F、111F。平安金融國(guó)際中心各層平面圖略有不同，圖2是其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖平面圖。

圖2 平安金融國(guó)際中心標(biāo)準(zhǔn)層平面示意圖

由圖2可以看出，對(duì)于平安金融國(guó)際中心，核心筒面積占其標(biāo)準(zhǔn)層面積將近35％，由于各層平面略有區(qū)別，各層的筒層比也略有不同；而標(biāo)準(zhǔn)層的強(qiáng)電氣豎井和弱電氣豎井均有兩個(gè)，其中強(qiáng)電井面積平均值基本接近9㎡，弱電井面積平均值接近7㎡。

3.2 中鋼國(guó)際廣場(chǎng)

中鋼國(guó)際廣場(chǎng)建筑高度358米，總建筑面積為395000㎡，共有8個(gè)變電所。1-1#變電所為1#樓酒店服務(wù)，總?cè)萘繛?×1250kVA；1-2#變電所為裙房服務(wù)，總?cè)萘繛?×1250kVA；1-3#變電所為1#樓酒店冷凍站服務(wù)，總?cè)萘繛?×1600kVA；2-1#變電所是一個(gè)分變電站，主要為建筑物B4~L33層供電，總?cè)萘繛?×1600，2×2000kVA；2-2#變電所為T(mén)2冷凍站服務(wù)，總?cè)萘繛?×1600kVA；2-3#變電所主要為2#樓L33~49層寫(xiě)字樓服務(wù)，總?cè)萘繛?×1000kVA；2-4#變電所為2#樓L49~67層服務(wù)，總?cè)萘繛?×1000kVA；2-5#變電所則為2#樓L67層及以上酒店服務(wù)，總?cè)萘繛?×1000kVA。圖3和4分別為中鋼國(guó)際大廈變電所位置示意圖及標(biāo)準(zhǔn)層平面示意圖。

圖3 中鋼國(guó)際大廈變電所位置示意圖

圖4 中鋼國(guó)際廣場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)層平面示意圖

由圖4可以看出，對(duì)于中鋼國(guó)際廣場(chǎng)建筑，核心筒面積占其標(biāo)準(zhǔn)層面積接近30％；而標(biāo)準(zhǔn)層的強(qiáng)電氣豎井有4個(gè)（其中1個(gè)為35kV電氣豎井），弱電氣豎井有2個(gè)，其中強(qiáng)電豎井面積平均值基本接近5㎡，弱電豎井面積平均值在7.5㎡左右。

3.3 其他超高層建筑

據(jù)了解，上海環(huán)球金融中心標(biāo)準(zhǔn)層如圖5所示，其核心筒面積占標(biāo)準(zhǔn)層面積不到30％；而北京的中國(guó)尊，其核心筒面積占標(biāo)準(zhǔn)層面積在34％左右，如圖6所示。

圖5 上海環(huán)球金融中心標(biāo)準(zhǔn)層平面示意圖

圖6 中國(guó)尊標(biāo)準(zhǔn)層平面示意圖

本次調(diào)查的超高層建筑相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 部分超高層建筑相關(guān)數(shù)據(jù)

（續(xù)前）

注1：琶洲眼項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)層面積西塔為1860m²、東塔為2100 m²，核心筒面積西塔356 m²、東塔495 m²；

注2：廣州星河灣集團(tuán)總部標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積從底層2132 m²至高層1640 m²不等，其核心筒面積從底層578 m²至高層453 m²不等；

注3：該建筑為59層商業(yè)辦公樓及5層商業(yè)樓各1幢；

注4：該項(xiàng)目為金融城起步區(qū)AT090902地塊項(xiàng)目。

4超高層建筑的筒層比及井筒比

4.1 筒層比

根據(jù)筒層比的定義可知，核心筒的面積直接影響到標(biāo)準(zhǔn)層的使用面積，進(jìn)而影響建筑物的經(jīng)濟(jì)性和品質(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，筒層比越大，建筑品質(zhì)越高，電梯設(shè)置數(shù)量相對(duì)多些；反之，筒層比小，建筑面積使用率高，經(jīng)濟(jì)性好。因此討論筒層比是十分必要的。圖7為國(guó)內(nèi)部分超高層建筑筒層比示意圖。

圖7 國(guó)內(nèi)部分超高層建筑筒層比示意圖

由上圖可知，筒層比最高的超高層建筑為位于北京的CBD-Z12，該建筑核心筒在標(biāo)準(zhǔn)層的占比較大，標(biāo)準(zhǔn)層使用率較低。調(diào)查表明，國(guó)內(nèi)建筑的筒層比基本均在14％到38％之間，平均為26％。

4.2 井筒比

電氣豎井作為核心筒的一部分，影響著建筑物使用面積，研究電氣豎井的數(shù)量和面積對(duì)提高超高層建筑的使用率、建筑品質(zhì)、可靠性是十分必要的。圖8為國(guó)內(nèi)部分超高層建筑井筒比示意圖。

圖8 國(guó)內(nèi)部分超高層建筑井筒比示意圖

由上圖可知，國(guó)內(nèi)超高層建筑的井筒比有高有低，最高可達(dá)到8.5％左右，最低不到2％。調(diào)查表明，我國(guó)超高層建筑物的井筒比平均值接近4.2％，多在2％到8.5％之間。

5 超高層建筑的電氣豎井?dāng)?shù)量及面積

在研究電氣豎井對(duì)超高層建筑物的影響時(shí)，對(duì)其數(shù)量和面積的調(diào)查是不可避免的。作為超高層建筑，我們希望提高建筑使用率，這就需要合理的減小包括電氣豎井在內(nèi)的所有管道豎井的占用面積。

圖9列舉了一些超高層建筑電氣豎井的數(shù)量。調(diào)查表明，在超高層建筑中，強(qiáng)電豎井多在2個(gè)及以上，高度高、功能復(fù)雜的項(xiàng)目豎井?dāng)?shù)量相應(yīng)較多，重要項(xiàng)目設(shè)置了高壓豎井和應(yīng)急豎井；弱電豎井多為1個(gè)和2個(gè)，高度較高的建筑設(shè)置不少于2個(gè)弱電豎井。

圖9 超高層建筑電氣豎井?dāng)?shù)量

圖10列舉了一些超高層建筑電氣豎井的面積。通過(guò)圖中可知，我們可以看出，在超高層建筑中，強(qiáng)電豎井平均面積為6㎡/個(gè)，最大面積超過(guò)11㎡，最小為高壓豎井0.7㎡，最小面積的豎井只能走線；弱電豎井平均面積為7㎡/個(gè)，最大為18.5㎡，最小的面積為2.5㎡，最大與最小出現(xiàn)在同一個(gè)項(xiàng)目中。

圖10 超高層建筑電氣豎井面積

6 總結(jié)

在超高層建筑設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)部分超高層建筑核心筒和電氣豎井的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究，可以得出如下結(jié)論：

• 超高層建筑的筒層比在14%到38%之間，平均值為26%；

• 井筒比平均值為4.2%，多在2%到8.5%范圍內(nèi)。建議井筒比控制在3％到6%之間；

• 強(qiáng)電豎井多在2個(gè)及以上，高度高、功能復(fù)雜的項(xiàng)目豎井?dāng)?shù)量相應(yīng)較多，重要項(xiàng)目設(shè)置了高壓豎井和應(yīng)急豎井；

• 強(qiáng)電豎井平均面積為6㎡/個(gè)，最大面積超過(guò)11㎡/個(gè)；最小為高壓豎井0.7㎡ /個(gè)。建議強(qiáng)電低壓豎井面積為5~7㎡/個(gè)，高壓豎井在2~4㎡/個(gè)；

• 弱電豎井多為1個(gè)和2個(gè)，弱電豎井平均面積為7㎡/個(gè)，最大為18.5㎡/個(gè)，最小的面積為2.5㎡/個(gè)，最大與最小出現(xiàn)在同一個(gè)項(xiàng)目中。建議弱電豎井面積為5~8 ㎡/個(gè)，高度較高的建筑設(shè)置不少于2個(gè)弱電豎井。

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