超高层办公建筑核心筒设计研究

转载自建筑论坛/南方建筑《超高层办公建筑核心筒设计研究》作者：杨欣荣摘要 针对一线城市的CBD核心区的超高层办公建筑，以广州珠江新城几个超高层办公项目的设计为例，通过其核心筒布局形式的对比研究，在经济性、舒适性、安全性、灵活性等方面进行分析比较，探讨各自不同形式的优缺点。关键词 超高层办公建筑；核心筒设计；实用率；舒适性；安全性

超高层建筑核心筒设计按结构类型，布局类型或形状的不同可以分为很多形式，低区的核心筒与高区的核心筒设计沿竖向过渡也会有较大变化。而本文只针对超高层建筑的标准层平面核心筒建筑布局形式进行讨论，以珠江新城的四个项目为例对比分析。核心筒结构形式和内部垂直交通分析，核心筒竖向变化设计将不作论述。

首先，核心筒作为超高层建筑的内部主要受力构件，其形式对建筑的安全性和经济性起着决定性的影响。但由于核心筒的结构形式较多，且非本文讨论重点，在此不多作论述。其次，超高层建筑内部主要垂直交通和设备功能房间均设计在核心筒内部，其布局直接影响项目整体流线的合理性和档次感。若布置不合理，可能会增加电梯等候时间，或者使后勤流线与客用流线混合，设备房噪声影响客户使用等，都会对项目的形象造成重大影响，直接影响经济效益。如果说超高层建筑外观设计重点在幕墙，那么内部重点则在于核心筒。然后，因超高层建筑标准层平面的面积受一个防火分区最大面积的限制（只有极少数超高建筑标准层分两个防火分区，如广州西塔），面积约在2200m2 左右，一般情况核心筒外就是办公区使用面积，因此核心筒的形状和占用面积将直接影响到标准层的实用率。同时，楼梯疏散是超高层办公建筑的唯一疏散方式，而疏散楼梯均设计在核心筒内部，其位置的合理性直接影响到整个项目的疏散效果，关系到用户的生命安全，是防火设计中的重点。综上所述，核心筒的布局设计关系到整个超高层项目的安全性，经济性，舒适性，是整个平面设计的第一步，也是最关键的一步。正因其重要性，要做好超高层建筑的整体设计，必须先掌握核心筒设计的要点，处理好其布局关系。下文将以珠江新城的4 个项目为例对核心筒的各种常见布局形式进行分析研究。

3.1 设备房间布置的影响在超高层办公建筑核心筒内部，除了电梯，疏散楼梯，主要交通过道外剩下的就是各种功能房间，以设备房为主。其中最大型的设备房是空调设备房。现在的甲级办公楼设计标准中基本已把VAV 空调系统定义为基本配置，这系统在每一个标准层内必须布置两个约26m2 的大型设备房。如此大的房间如果在设计方案之初没有预先考虑，后期增加则会相当被动，要么影响实用率，要么影响功能流线及舒适性。以下以珠江新城J1-1 地块项目（下文简称J1-1项目）为例，了解其设备房调整过程（图1）。最开始的方案是把空调机房设于核心筒外（因早期没有考虑），但这样会严重地占用办公空间。按标准层2200m2 计算，52m2 约占总面积的2%，还要考虑其运行噪声对用户的影响，这样的方案存在较大问题。后来经过整个设计团队的努力，最终实现把两个空调机房都设计于核心筒内部。这样就大大地提高了办公区的实用率了和减少了噪声影响。当然，这种后期的改动肯定要牺牲核心筒内部一些原来合理的功能流线设计，同时带来一些问题，例如使得核心筒不能南北贯通，不便于使用，对项目的舒适性有一定影响。1a J1-1项目旧方案1b J1-1项目新方案3.2 交通面积的影响交通过道面积在核心筒整体面积中所占比较虽然不算高，但其设计将对整个标准层的使用效率及其功能流线合理性产生巨大影响。下文以J1-1 项目与富力中心作对比分析。J1-1 项目的核心筒设计是最典型的紧凑型布局，除了必要的电梯厅外核心筒其他地方全部被占满（图3）。而富力中心则是贯通型布局的典型例子，核心筒内部十字形四向贯通（图2）。从实用率角度分析，富力中心的核心筒面积（含电梯厅及筒内交通面积）约占标准层面积的28%，而J1-1 项目只占约21％（具体数据见表1）。因此，J1-1 项目除核心筒外的公共走道及可售办公面积实用率比富力中心要高。从经济效益这一角度考虑，J1-1项目的核心筒布局比富力中心更有利。当然，舒适性及安全性也是重要问题，下文将另作讨论。富力中心地上54 层，J1-1 项目地上65层，内部垂直交通所占面积也较接近。因此，可以得出一初步结论：在标准层面积及总层数接近（办公总人数接近）的超高层办公楼中，使用紧凑型布局的核心筒设计会比贯通型布局要经济。

4.1 电梯厅及交通流线电梯厅及交通流线设计是体现项目设计合理性和档次的重要环节，直接影响客户使用感受。先从电梯厅开始比较分析，J1-1 项目办公标准层（办公楼层）的服务电梯为两组四台对开设置的电梯，其电梯厅宽度为3.35m。其位置位于核心筒西面角上，相对独立，私密性较好，宽度也足够，电梯厅整体舒适性较好。富力中心的电梯厅与核心筒中间的十字形走道结合使用，其电梯布置为多组对开电梯，电梯厅（走道宽度）为3.2m。从平面上看，富力中心的服务电梯比J1-1 项目多，但电梯厅宽度却窄了0.15m。而且，富力中心的电梯厅与走道合用，一方面难以形成独立高档的感觉，另一方面，由于人流的叠加，宽度的舒适性比J1-1 项目稍差。所以，从电梯厅舒适性角度分析，富力中心不如J1-1 项目。2 富力中心标准层核心筒内交通面积示意图3 J1-1项目标准层核心筒内交通面积示意图4 西塔2层平面核心筒内部交通面积示意图 换个角度从交通流线进行分析。J1-1 项目为紧凑尽端式的代表，其电梯厅和合用前室（消防电梯厅）及疏散楼梯均为尽端式，使用过程中会产生不便，例如从电梯厅到对角的房间流线过长，对安全疏散也有不利（下文将有分析）。而反观开放贯通式的代表富力中心，其核心筒内部四通八达，无论从哪一点到达电梯厅或疏散楼梯均一样方便。同时，在核心筒内（电梯厅中）能直接面对的办公区域面较多（一般面向电梯厅的一片办公区价值较高），也就是商业价值高的办公区较多，利于销售。从流线合理性考虑，富力中心要比J1-1 好。4.2 贯通式布局的优势西塔的核心筒内部交通布置原则与富力中心相近，都是以中心为圆点，向多方向发散的可与公共走道连通的贯通式交通（图4）。其核心筒内部走道呈Y 字形，既是走道同时也是各办公区的电梯厅。酒店区的四台大堂穿梭梯布置于筒的西，南两侧，其电梯厅相对独立，在核心筒以外。核心筒内的服务电梯大致分为四组。Y 字形布置在外围的是A,B,C 三组。这三组电梯为6 台两组对开式布置，其电梯厅（走道）只有3m 宽，相对较窄。其内部的另外三组穿梭厅为3 台一组的高速电梯。这三组电梯中间的公用穿梭梯大堂就显得相当宽敞，估计与其到达的楼层档次有直接关系。整体而言，核心筒内的电梯厅舒适性都较好，其主要优点与富力中心相同，从核心筒内任一点可以方便地贯穿其中到达另一对角，简单合理。由此可见，从交通流线顺畅，方便的角度考虑，应该采用贯通式或发散式核心筒设计，其舒适性也会较高，对销售较有利。同时，为了避免交通流线与电梯厅混合使用而导致宽带不足，设计之初应尽量预留足够的电梯厅宽度，这样也可以提高项目豪华感。西塔核心筒布局整体上与富力中心接近，但其使用方式却比较灵活，在标准层中很多不停站的电梯厅的位置都设为其他设备房间，核心筒就变成了尽端式了。所以，可以说西塔的做法更偏向于把贯通式和尽端式两种设计手法结合考虑。

5.1 消防安全疏散距离超高层建筑的安全疏散设计一直是项目防火设计中的重点。由图5 可以看出J1-1 项目的尽端式设计对疏散较为不利，而且其一个楼梯还是设在了核心筒正中，可以说是最不利的典型例子。根据“高规”表6.1.5 规定，两个安全出口之间的房间距楼梯最大距离是40m，而J1-1 最不利点至疏散楼梯距离已经到了38m 左右，属于不太好的设计。由图6 可见富力中心核心筒是全贯通式设计，在安全疏散方面也有较大的优势。其原理跟舒适性一样，人员无论在楼层中的任何一点到最近的安全出口距离都是一样的约25m，疏散效率最高，是最合理的设计方案。5.2 防火分区设置以上所述的富力中心和J1-1 项目标准层面积均在2200~2400m2 之间，属于普通超高层建筑，其一个标准层可以划分为一个防火分区。但也有特殊的例子，如广州西塔。西塔由于多种原因影响，其他整体核心筒面积很大，标准层面积也是超过了3000m2，所以要分为两个防火分区（图7）。西塔除了首层，二层外其他大部分楼层核心筒设计为尽端式以实现核心筒内部最大利用率。因此，其安全疏散流线也难以做到如富力中心般的流畅简洁。但由于西塔整体疏散楼梯布局较为合理，并巧妙地运用了两防火分区共用前室进入同一楼梯的做法，使其最不利点至安全出口的距离为30m 左右，较为合理。所以，其做法是经济性与安全性的结合考虑，达到较为平衡的综合方案。

对超高层建筑而言，其结构设计使用年限均为100 年，而在此期间由于核心筒的重要性，对其作大范围的调整修改基本不可行。5 J1-1项目标准层平面图6 富力中心标准层平面图但这如此长的使用周期内，使用功能和社会需求难免会发生较大改变，如果无法相应作出调整将难以跟上社会进步。所以，核心筒设计应该考虑其灵活性，即在核心筒范围内预留部分功能空间是可拆可改，可以灵活地根据市场不同要求而改变的。J1-1 项目由于核心筒布局已经非常紧凑，基本不可能预留多余的功能房间，因此其后期灵活性是非常差的，后期调整难度很高。富力中心由于采用了贯通式设计，从现方案来说，局部位置显得有些浪费。因为超高层建筑电梯肯定需要分区设计，所以除首层外大部分楼层都有近一半电梯是不停站的，这些电梯厅也将空出来变成纯走道。但如果只作为交通过道，这样的宽度又偏宽，所以不太经济。不过这样也有其好处，就是后期调整的灵活性较大，这些没用的电梯厅（走道）可以改造成其他设备或功能房间，以适应市场的不同需求。当然，这种改造是需要在不影响其疏散流线为前提的。西塔核心筒内的交通形式虽与富力中心相似，但实际应用的灵活性却要比富力中心更胜一筹。其筒内Y 字形分布的三组电梯，应该是服务于三个不同高度的办公分区。当一个分区的电梯停靠时，其他两个分区包括中间区的穿梭梯都不需要停靠。这样，在大部分楼层Y 字形走道都只有一个端头需要使用，其它地方可作它用。西塔的核心筒设计很好地把握了这一点，当走道的一个端头在使用时，其他暂时无用的交通面积可以设计成洗手间，茶水间等后勤用房，合理地利用了交通空间以免浪费（图7）。所以，西塔内的办公楼层全部设备房和后勤区都能布置于核心筒内部，可以完全释放筒外空间的商业价值。

7.1 对比总结上文提出对比的三个项目的核心筒设计都各有特点：富力中心各层均为全贯通型，内部流线便捷，安全性好，但整体而言较为浪费，经济性不好。J1-1 项目各层均为紧凑尽端式设计，舒适性、安全性略差，但由于核心筒内部利用率很高，所以其整体实用率是最高的，经济性好。而西塔首，二层全贯通，其上各层大部分为尽端型，整体比较折中合理，各方便比较平衡。当然，西塔由于其高度（431m）和结构形式的特殊性，其标准层实用率也不高，只有68% 左右；而且其核心筒的形状与抗风压有较大关系，如果用于300m以下的超高层建筑其使用效率会更低。由以上的多方面对比可得，在有限的条件内，并没有绝对好的核心筒布置方法，只有根据项目自身情况不同而选择更适合使用的设计方法。紧凑尽端式核心筒交通不便，疏散不利，但经济实用。开放贯通式核心筒交通便利，安全性更好，但显得相对浪费，不利于经济效益。所以，在条件允许下，应采用贯通式布局为基础，适当加宽电梯厅（走道）宽度，同时需结合电梯分区设计把没用的电梯厅（走道）设置为功能房间，以发挥其最大使用效率。需要在经济性，舒适性，安全性和实用性之间取得一个平衡。7.2 合理方案浅析对于高度为350m 以内（因高宽比及经济性原因，高于350m 的建筑一般标准层要分为两个防火分区），标准层面积在2400m2以内，形状为方形或矩形的较常见超高层办公项目，怎样的布局形式才算是比较成熟合理呢？下文以珠江新城F1-1 地块项目为例说明。F1-1 项目办公塔楼共45 层，建筑高度约225m，标准层接近方形，属于最常见的超高层办公建筑形式。F1-1 项目核心筒电梯按高中低区分为平行三列布置，这样也使其内部交通流线分成平行贯通式的三列（见图8 蓝色部分）。因为分区明确，所以在电梯不停站的区其电梯厅（走道）便可以用作其他功能房间，但同时也可以保证其停站电梯厅能左右贯通（见图9 蓝色为交通面积，红色为功能房间区域），能增强项目舒适性及商业价值。其标准层实用率约75%。这样的设计在保证内部流线便7 西塔第32层平面分析图8 F1-1项目首层核心筒交通流线示意图9 F1-1项目标准层核心筒交通流线示意图捷的同时也能做到实用和高效，安全性也没有受到影响。一排布置4 台电梯符合规范要求，同时其矩形筒体外的走道也可以根据楼层的不同情况加以调整利用，灵活度较高。所以，笔者认为对于普通常见超高层办公建筑而言，这种平行式布局形式应该是通用且较高效，合理的。上述各项目的主要指标对比情况请见表1。以上所述仅为笔者根据工作经验总结及分析所得，在超高层项目核心筒实际设计过程中仍可能会遇到很多其他方面的问题，以笔者的经验及知识难以一一展开分析。本文希望通过抛砖引玉的方式，引起广大同行更深层次的思考，共同努力去发现和总结更实用更准确的设计方法。

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