高层建筑设备层设置特点及设置时的考虑因素

超高层建筑结构设计要点及关键应用技术发表时间：2019-09-16T17:26:13.277Z 来源：《基层建设》2019年第18期作者：殷斯嘉[导读] 摘要：随着科技的发展，超高层建筑已不断成为一个地区的标志和一个时代的缩影。

南京理工大学土木工程系江苏南京摘要：随着科技的发展，超高层建筑已不断成为一个地区的标志和一个时代的缩影。

本文详细说明了国内外不同规定下超高层建筑的限高及结构形式分类。

并梳理出超高层建筑结构设计的要点。

本文最后，根据超高层结构设计要点与难点，选取了在超高层结构设计中较为成熟的三项关键技术进行简单剖析。

关键词：超高层建筑结构弹塑性动力时程分析复杂节点有限元 BIM前言：中国自上个世纪八十年代开始进行超高层建筑设计，迄今已有近四十年。

短短的四十年间，中国紧跟国际结构设计潮流，已基本掌握当今超高层结构设计关键技术，并已建成的超高层建筑数量位居世界前列。

一、国内外超高层建筑定义：对于超高层建筑的高度限定，国内外并没有统一的规定。

根据中国《民用建筑设计通则》GB503520-2005规定：建筑高度超过100m 时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。

在Wikipedia上，则以“skyscraper”（摩天大楼）这一概念来对应超高层建筑，即四十层以上，高度超过150m的建筑。

根据世界超高层建筑学会的新标准，超高层建筑的限定高度增加至300m。

根据我国国情，现阶段建议把高度超过200m或50层以上的高楼，称之为超高层建筑。

二、超高层建筑结构形式选取：Fazlur R.Khan 是超高层建筑领域的一代宗师，提出并完善了筒体，桁架筒体，束筒的概念。

根据汗在1969年提出的理论，超高层建筑的结构体系可分为：（巨型）框架-核心筒结构，（巨型）框筒-核心筒结构，筒中筒结构，成束筒结构，巨型支撑及混合结构。

根据安全经济，方便施工，绿色环保的设计原则，近年来结构工程师提出新的分类方法：按照内部抗侧力结构和外部抗侧力结构分类。

高层住宅的设备层是什么意思？包括哪些设备到底什么是设备层？所谓设备层，英文称mechanical floor，是指高层建筑的某一楼层，其有效面积全部或大部分用来作为空调、给水排水、电气、电梯机房等设备的布置。

设备层的具体位置应配合建筑的使用功能、结构、布置、电梯分区（高、低速竖向分区）、空调方式、给水方式等因素综合加以考虑。

设备层的布置应该考虑的因素有哪些?合理利用建筑空间高层建筑由于埋深的要求，往往都要设地下室，地下室空间不能自然采光、通风，难以满足建筑功能要求。

所以，一般情况下设备层通常设在地下室或顶层。

满足设备布置的要求在高层建筑中，一般将产生震动、发热量大的重型设备（如制冷机、水泵、蓄水池等）放在建筑最下部，即地下室，将竖向负荷分区用的设备（如中间水箱、水泵、空调器、热交换器等）放在中间层，而将利用重力差的设备或体积大、散热量大、需要对外换气的设备（如屋顶水箱、冷却塔、锅炉、送风机等）放在建筑的最上层。

与结构相结合高层建筑结构布置中的结构转换层、加强层等特殊楼层，由于结构构件较多、尺度较大，空间难以利用，往往用来布置设备层。

与避难层相结合在我国，建筑高度超过100m的超高层建筑根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—2005）要求，需设置避难层，其间距不超过15层。

避难层往往用来布置设备层。

如图为国内某高层建筑设备层的平面布置关系：中间设备层在高层建筑中，由于建筑高度大、层数多，设备所承受的负荷很大，故各设备系统（给水排水设备、空调等）往往需要按高度进行分区，从而达到有效利用与节约设备管道空间、合理降低设备系统造价的目的。

因此，高层建筑除用地下层或屋顶层作为设备层外，往往还有必要在中间层设置设备层，以使空调、给水排水等设备的布置达到经济、合理。

最早明确设置中间设备层的第一座高层建筑是1950年竣工的30层的联合国大厦。

设置中间设备层有以下特点：（1）为了支承设备重量，要求中间设备层的地板结构承载能力比标准层大，而考虑到设备系统的布置方式不同，中间设备层的层高会低于或高于标准层。

一般高层住宅楼消防设施配置要求随着城市的发展，高层住宅楼越来越多。

高层住宅楼由于其高度和人员密集的特点，一旦发生火灾，后果不堪设想。

因此，合理配置消防设施至关重要。

首先，高层住宅楼必须配备完善的火灾自动报警系统。

这一系统能够在火灾发生的初期及时探测到烟雾、温度等异常情况，并发出警报。

它通常由探测器、报警控制器和警报装置等组成。

探测器要分布在楼道、电梯厅、公共区域以及各个住户的房间内，确保没有监测死角。

报警控制器则负责接收和处理探测器传来的信号，当确认火灾发生后，会启动警报装置，如声光报警器，通知楼内的居民。

消火栓系统也是高层住宅楼不可或缺的消防设施之一。

在楼道、楼梯间等公共区域，应设置消火栓箱，箱内配备水枪、水带和消火栓阀门。

这些设备要定期检查和维护，确保其在火灾发生时能够正常使用。

同时，消火栓系统要有足够的水压和水量，以满足灭火的需要。

自动喷水灭火系统对于控制火灾的蔓延起着关键作用。

在公共区域、走廊、电梯前室等部位，应安装喷头。

当火灾发生时，温度升高达到喷头的启动温度，喷头会自动喷水灭火。

这种系统能够在火灾初期迅速扑灭火源，有效减少火灾损失。

防烟排烟系统对于保障人员的疏散安全至关重要。

在楼梯间、前室、走廊等部位，应设置机械加压送风系统，防止烟雾进入这些区域，为人员疏散提供安全的通道。

同时，在公共区域和房间内，应设置排烟系统，将火灾产生的烟雾及时排出楼外，保证人员能够看清疏散路线。

疏散设施也是消防设施配置的重要组成部分。

高层住宅楼应设置足够数量的疏散楼梯，楼梯的宽度、坡度和扶手等要符合相关标准，确保人员能够快速、安全地疏散。

疏散楼梯间要保持畅通，不得堆放杂物。

此外，还应设置疏散指示标志和应急照明设备，在火灾发生时为居民指示疏散方向。

灭火器是一种常见且易于操作的灭火器材，在高层住宅楼的各个部位都应配备。

灭火器的类型和数量要根据建筑物的面积、用途和火灾危险等级进行合理配置。

居民也要了解灭火器的使用方法，以便在火灾发生的初期能够进行自救。

1、地基基础塌陷专项稳控方案一、风险评估 1、高层建造结构特点与要求〔1〕强度地层、多层建造的结构受力主要考虑垂直的荷载，包括结构自重和活荷载、雪荷载等。

高层建造的结构受力，除了要考虑垂直荷载作用外，还要考虑由风力或者地震力引起的水平荷载。

垂直荷载使建造物受压，其压力的大小与建造物高度成正比，由墙体和柱子来共同承受。

受水平荷载作用的建造物，可以视为悬臂梁，水平力对建造物主要产生弯矩，弯矩与房屋高度的平方成正比，即垂直压力。

弯矩对结构产生拉力和压力，建造物超过肯定的高度，由水平荷载产生的拉力就会超过由垂直荷载或者地震力的作2、用而处于周期性的受啦和受压状态。

对于不对称及冗杂体型的高层建造还需要考虑结构的受扭。

因此，高层建造必需充分考虑结构的各种受力状况，保证结构有足够的强度。

〔2〕刚度高层建造要保证结构刚度和稳定性，掌握结构水平位移。

由于水平荷载产生的楼层水平位移，与建造物高度的四次方成正比。

随着高度的增加，高层建筑的水平位移增大较强度增大更快速。

过大的水平位移会使人产生不舒适感，影响生活、工作；会使电梯轨道变形；会使填充墙或者建造装修开裂、剥落；会使主体结构浮现裂缝；水平位移再进一步扩大，就会导致房屋的各个部件产生附加内力，引起整个3、房屋的严重破坏，甚至崩塌。

必需掌握水平位移，包括相邻两层的层间位移和全楼的顶点位移。

建造物层间相对位移与层高之比为 A／H，依据不同的结构类型和不同的水平荷载，应掌握在 1／400~1／1200。

〔3〕延性有抗震设防要求的高层建造还必需具有肯定的延性，使结构在强震作用下，当一部份进入屈服阶段后，还具有塑性变形的能力，通过结构的塑性吸收地震力所产生的能量，使结构可维持肯定的承载力。

〔4〕耐久性对高层建造的耐久性要求较高，从《民用建造设计通则〔JGJ37-87〕》第 1.0.4 条将建造耐久年限分为四级，一级耐久年限为 104、0 年以上，合用于重要的建造和高层建造。

高层建筑的结构特点一、高层建筑结构设计的特点高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。

其主要特点有：（一）水平力是设计主要因素在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。

而在高层建筑中，尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。

因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。

另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

（二）侧移成为控指标与低层或多层建筑不同，结构侧移已成为高层结构设计中的关键因素。

随着建筑高度的增加，水平荷载下结构的侧向变形快速增大，与建筑高度H的4次方成正比（△＝qH4/8EI）。

另外，高层建筑随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的快速增大，在设计中不仅要求结构具备足够的强度，还要求具备足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生下述情况：1.因侧移产生较大的附加内力，尤其是竖向构件，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加内力值超过一定数值时，将会导致房屋侧塌。

2.使居住人员感到不适或惊慌。

3.使填充墙或建筑装饰开裂或损坏，使机电设备管道损坏，使电梯轨道变型造成不能正常运转。

（三）抗震设计要求更高有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具备良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

（四）减轻高层建筑自重比多层建筑更为重要高层建筑减轻自重比多层建筑更有意义。

工程设计中设备布置应注意的事项在工程设计中，设备布置是一个非常重要的环节。

良好的设备布置可以提高工作效率、降低生产成本，并确保设备的正常运行。

在进行设备布置时，需要注意以下几个事项。

1.安全性：设备布置应具备良好的安全性，确保设备操作过程中不会发生意外事故。

需要考虑设备之间的安全间距，防止设备之间的干扰和冲突，同时要满足工作人员的操作空间和通道需求。

此外，对于易燃易爆的设备应将其布置在安全区域内，并设立相应防护措施。

2.通风与通道：设备布置应考虑通风与通道的设置。

通风系统的布置要确保设备运行时的正常气流流动，有助于排出设备产生的有毒有害气体。

通道的设置要考虑设备维修与保养的需求，确保操作人员可以方便地接近设备并进行日常维护。

3.环境要求：设备布置还需要考虑环境因素，如温度、湿度和噪音等。

一些设备对环境的要求较高，需要在设计中考虑到这些因素，例如将设备布置在温湿度调节设备的附近，或者通过隔音措施减少噪音对周围环境的干扰。

4.工作流程：设备布置应考虑工作流程的优化。

合理的设备布置可以缩短物料和信息流动的距离，提高生产效率。

在进行设备布置时，可以采用流线型布局，确保设备之间的物料传递简单高效，减少了不必要的运输和等待时间。

5.可维护性：设备布置应考虑设备维修与保养的便捷性。

布置时应保留足够的维修空间，并合理设置设备与设备之间的维修通道，以便工作人员可以轻松地进行设备维护。

此外，还要考虑设备易损部件的更换难度和维修工具的存放位置，以便快速维修设备。

6.扩展性与变动性：在进行设备布置时，应考虑到未来的扩展和变动。

工厂或生产线的业务往往会随着时间的推移而发生变化，因此需要预留一定的空间，以便在未来进行设备的更新、更换或扩展。

7.协调性：设备布置应协调各个设备之间的位置和功能，以实现整体的协同工作。

不同设备之间的布局要互相配合，避免冲突和干扰。

同时，还要考虑设备之间的相对位置，以便实现物料和信息的高效流动。

总而言之，设备布置在工程设计中起着至关重要的作用。

超高层建筑设计的问题及解决措施超高层建筑设计的特点超高层建筑是指40层以上并且高度达到100米的建筑物。

随着建筑高度的增加，其技术合理性、适用性、经济性都会发生变化，需要解决安全问题、能源消耗问题、环境问题、内部交通问题。

此外，也对建筑结构、幕墙、机电、垂直交通的要求越来越高，施工难度也越来越大，因此必须重视超高层建筑设计，兼顾科学性、经济性、美观性、舒适性等因素。

超高层建筑设计的要点1.建筑设计当前的超高层建筑领域，建筑设计主要包括外立面设计、节能设计、消防设计、人防设计、外维护系统设计、垂直运输设计等。

比如外立面设计，除线条比例外，投射在建筑上的几何状阴影使空间具有层次感，同时起到遮阳节能效果。

再比如超高层建筑一般把所有楼梯间、电梯、设备机房、管井、卫生间等设置在核心筒附近，进而满足交通和服务需要，故影响平面使用效率因素相对较多，核心筒结构类型、设备机房及管井的布置形式及面积、电梯布置等。

2.结构设计在目前的超高层建筑中，结构设计主要包括基础形式选择、结构体系类型选择、楼盖体系的分析等。

比如说楼盖体系设计要考虑到该结构投入的成本，不仅包括建造成本，还需要考虑到空间占用面积和成本之间的关系，比如上部结构的重量对地基造成的影响以及如何加强地基，这一过程就需要增加成本。

通过风洞实验，实际模拟风压，对于结构整体抗风性设计以及幕墙结构设计更有利。

3.超高层建筑设计与施工结合超高层建筑施工难度大，施工工艺复杂，因此在设计过程应充分考虑施工便利性和可行性。

比如说楼板结构形式设计，有现浇板、压型钢板以及桁架楼承板等，不同形式，施工便利性差异较大。

超高层外幕墙设计一般优先选择单元式幕墙，这种幕墙的单元板块都是先在工厂车间组装，施工周期较短还可以和土建施工一起进行，使得整个施工周期得到有效控制，也有利于施工品质的保证。

超高层建筑设计的问题以及解决措施1.工程概况厦航总部大厦位于仙岳路与环岛干道交叉口南侧湖里两岸金融中心，项目性质为办公楼和酒店，总用地面积21900㎡，总建筑面积17.32万㎡，其中地下部分面积为5.32万㎡。

高层建筑消防设备配置要求一、高层建筑消防设备配置概述高层建筑由于其特殊的结构和使用功能，对消防安全的要求更为严格。

合理配置消防设备是确保高层建筑在火灾等紧急情况下能够有效应对的关键。

本文将探讨高层建筑消防设备配置的基本要求，分析其重要性、挑战以及实现途径。

1.1 高层建筑消防设备配置的重要性高层建筑消防设备配置对于保障人员安全、减少财产损失具有至关重要的作用。

合理的消防设备配置能够在火灾发生时迅速发现火情、控制火势蔓延，并为人员疏散提供必要的时间和条件。

1.2 高层建筑消防设备配置的基本原则高层建筑消防设备配置应遵循以下原则：- 符合国家和地方的消防法规和标准。

- 根据建筑的使用性质、结构特点和火灾危险性进行合理规划。

- 确保消防设备的有效性和可靠性，便于操作和维护。

1.3 高层建筑消防设备配置的分类高层建筑消防设备配置主要包括以下几类：- 火灾自动报警系统：能够及时检测火情并发出警报。

- 自动喷水灭火系统：在火灾发生时自动启动，进行灭火。

- 消火栓系统：为人工灭火提供水源。

- 消防电梯：在火灾时用于快速疏散人员或运送消防设备。

- 疏散指示和应急照明：指导人员安全疏散。

- 消防通讯系统：确保火灾时信息的及时传递。

二、高层建筑消防设备配置标准高层建筑消防设备配置标准是确保设备配置合理性和有效性的基础。

本节将详细介绍高层建筑消防设备配置的具体标准和要求。

2.1 火灾自动报警系统的配置要求火灾自动报警系统是高层建筑消防的第一道防线，其配置要求包括：- 应覆盖所有区域，特别是重点防火区域。

- 应选用高灵敏度和高可靠性的探测器。

- 应具备远程监控和自动报警功能。

2.2 自动喷水灭火系统的配置要求自动喷水灭火系统是控制和扑灭初期火灾的有效手段，其配置要求包括：- 应根据建筑的用途和火灾危险性合理布置喷头。

- 应保证喷水系统的压力和流量满足灭火需求。

- 应定期检查和维护，确保系统随时可用。

2.3 消火栓系统的配置要求消火栓系统是人工灭火的重要工具，其配置要求包括：- 应在每层设置消火栓，并配备足够的水带和水枪。