高层建筑论文范文

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［论文关键词］高层建筑；结构特点；结构体系

我国改革开放以来，建筑业有了突飞猛进的发展，近十几年我国已建成高层建筑万栋，建筑面积达到2亿平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层，高325米；广州中天广场80层，高322米；上海金茂大厦88层，高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼：地王国际商会中心即地王大厦共54层，高206.3米。随着城市化进程加速发展，全国各地的高层建筑不断涌现，作为土建工作设计人员，必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系，只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。

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迅速增大，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、侧向位移的迅速增大，在设计中不仅要求结构具有足够的强度，还要求具有足够的抗推刚度，使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内，否则会产生以下情况：

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行。

4.使主体结构构件出现大裂缝，甚至损坏。

（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，还必须使结构具有良好的抗震性能，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。从地基承载力或桩基承载力考虑，如果在同样地基或桩基的情况下，减轻房屋自重意昧着不增加基础造价和处理措施，可以多建层数，这在软弱土层有突出的经济效益。

地震效应与建筑的重量成正比，减轻房屋自重是提高结构抗震能力的有效办法。高层建筑重量大了，不仅作用于结构上的地震剪力大，还由于重心高地震作用倾覆力矩大，对竖向构件产生很大的附加轴力，从而造成附加弯矩更大。

（五）轴向变形不容忽视

采用框架体系和框架——剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

（六）概念设计与理论计算同样重要

抗震设计可以分为计算设计和概念设计两部分。高层建筑结构的抗震设计计算是在一定的假想条件下进行的，尽管分析手段不断提高，分析的原则不断完善，但由于地震作用的复杂性和不确定性，地基土影响的复杂性和结构体系本身的复杂性，可能导致理论分析计算和实际情况相差数倍之多，尤其是当结构进入弹塑性阶段之后，会出现构件局部开裂甚至破坏，这时结构已很难用常规的计算原理去进行分析。实践表明，在设计中把握好高层建筑的概念设计也是很重要的。

二、高层建筑的结构体系

（一）高层建筑结构设计原则

1.钢筋混凝土高层建筑结构设计应与建筑、设备和施工密切配合，做到安全适用、技术先进、经济合理，并积极采用新技术、新工艺和新材料。

2.高层建筑结构设计应重视结构选型和构造，择优选择抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系与平、立面布置方案，并注意加强构造连接。在抗震设计中，应保证结构整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力、刚度和延性。

（二）高层建筑结构体系及适用范围

目前国内的高层建筑基本上采用钢筋混凝土结构。其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构等。

1.框架结构体系。框架结构体系是由楼板、梁、柱及基础四种承重构件组成。由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由连系梁连系起来，即形成一个空间结构体系，它是高层建筑中常用的结构形式之一。

框架结构体系优点是：建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面也容易处理，结构自重轻，计算理论也比较成熟，在一定高度范围内造价较低。

框架结构的缺点是：框架结构本身柔性较大，抗侧力能力较差，在风荷载作用下会产生较大的水平位移，在地震荷载作用下，非结构构件破坏比较严重。

框架结构的适用范围：框架结构的合理层数一般是6到15层，最经济的层数是10层左右。由于框架结构能提供较大的建筑空间，平面布置灵活，可适合多种工艺与使用的要求，已广泛应用于办公、住宅、商店、医院、旅馆、学校及多层工业厂房和仓库中。

2.剪力墙结构体系。在高层建筑中为了提高房屋结构的抗侧力刚度，在其中设置的钢筋混凝土墙体称为“剪力墙”，剪力墙的主要作用在于提高整个房屋的抗剪强度和刚度，墙体同时也作为维护及房间分格构件。

剪力墙结构中，由钢筋混凝土墙体承受全部水平和竖向荷载，剪力墙沿横向纵向正交布置或沿多轴线斜交布置，它刚度大，空间整体性好，用钢量省。历史地震中，剪力墙结构表现了良好的抗震性能，震害较少发生，而且程度也较轻微，在住宅和旅馆客房中采用剪力墙结构可以较好地适应墙体较多、房间面积不太大的特点，而且可以使房间不露梁柱，整齐美观。

剪力墙结构墙体较多，不容易布置面积较大的房间，为了满足旅馆布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求，可以将部分底层或部分层取消剪力墙代之以框架，形成框支剪力墙结构。

在框支剪力墙中，底层柱的刚度小，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，因此，在地震区不允许采用这种框支剪力墙结构。

3.框架—剪力墙结构体系。在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架—剪力墙结构，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆。

4.筒体结构体系。随着建筑层数、高度的增长和抗震设防要求的提高，以平面工作状态的框架、剪力墙来组成高层建筑结构体系，往往不能满足要求。这时可以由剪力墙构成空间薄壁筒体，成为竖向悬臂箱形梁，加密柱子，以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的框筒，由一个或多个筒体为主抵抗水平力的结构称为筒体结构。通常筒体结构有：

（1）框架—筒体结构。中央布置剪力墙薄壁筒，由它受大部分水平力，周边布置大柱距的普通框架，这种结构受力特点类似框架—剪力墙结构，目前南宁市的地王大厦也用这种结构。

（2）筒中筒结构。筒中筒结构由内、外两个筒体组合而成，内筒为剪力墙薄壁筒，外筒为密柱（通常柱距不大于3米）组成的框筒。由于外柱很密，梁刚度很大，门密洞口面积小（一般不大于墙体面积50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空间整体作用，类似一个多孔的竖向箱形梁，有很好的抗风和抗震性能。目前国内最高的钢筋混凝土结构如上海金茂大厦（88层、420.5米）、广州中天广场大厦（80层、320米）都是采用筒中筒结构。

（3）成束筒结构。在平面内设置多个剪力墙薄壁筒体，每个筒体都比较小，这种结构多用于平面形状复杂的建筑中。

（4）巨型结构体系。巨型结构是由若干个巨柱（通常由电梯井或大面积实体柱组成）以及巨梁（每隔几层或十几个楼层设一道，梁截面一般占一至二层楼高度）组成一级巨型框架，承受主要水平力和竖向荷载，其余的楼面梁、柱组成二级结构，它只是将楼面荷载传递到第一级框架结构上去。这种结构的二级结构梁柱截面较小，使建筑布置有更大的灵活性和平面空间。

除以上介绍的几种结构体系外，还有其他一些结构形式，也可应用，如薄壳、悬索、膜结构、网架等，不过目前应用最广泛的还是框架、剪力墙、框架—剪力墙和筒体等四种结构。

［参考文献］

［1］GB50011－2001建筑抗震设计规范.

［2］GB50010－2002混凝土结构设计规范.

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关键词：高层建筑；板式转换层；施工

1高层建筑转换层的应用与发展现状

中国目前的钢筋混凝土高层建筑一般在二十至五十层之间，其中尤以二十至三十五层居多。中国国内己建成的这个高度范围内的高层建筑占全部高层钢筋混凝土建筑的80%左右，可见这个高度范围内的高层建筑是与中国城市的经济发展和需求水平相适应的，因而应用最多。在建筑功能的要求上，高层建筑中很少是功能单一的住宅、写字楼或宾馆，高层钢筋混凝土建筑多是地下部分是停车场，地上1-7层左右为商场、娱乐场所等，上部小开间的使用部分可以设置住宅、宾馆、或办公室。有统计表明，高层建筑中有转换层结构的占80%左右。带转换层的高层建筑转换层部分，由于梁、柱或板的尺寸较大，所以从模板的支撑系统，钢筋的绑扎、钢析架的安装或预应力的张拉顺序，大体积混凝土的浇注等方面在施工技术要求上都有极为严格的限制。在某种程度上可以说，转换层施工是高层建筑的“瓶颈”，如果说一幢高层建筑在支撑系统选择，钢筋绑扎，混凝土浇注，预应力张拉，机械设备的选择等方面做到方案科学，现场施工组织合理，定会带来良好的经济效益和社会效益。

2高层建筑板式转换层的设计技术

转换板设置位置，是人们关心的板式转换框支剪力墙结构抗震性能的重要问题之一。随着人们对梁式转换框支剪力墙结构在转换层位置设置较高时，转换层对结构抗震性能不利的认识，从而提出了转换层位置较高的框支剪力墙的抗震设计概念，并且限制转换层下大空间结构的层数。然而，板式转换结构随着转换层位置的提高，结构是否也表现出同样的动力特性及反应，也是值得讨论的。本文结合厦门安宝大厦工程，采用三种模型来计算和分析板式转换结构转换层位置对结构抗震性能的影响。计算模型中，转换层、标准层结构布置如图1所示。图中黑色填充区域为转换层下部框支柱和落地剪力墙；实线部位为转换板上布置的剪力墙。转换板厚2200mm；落地剪力墙厚度为400mm；框支柱截面为1200mm×1200mm和1000mm×1000mm两种；标准层x向剪力墙厚为250mm，y向剪力墙厚为200mm。转换板所在的上、下楼层的层高分别为2.2m、3.6m(净高，不含转换板厚)，结构总高度为98.70m。三种模型分别为：

Hst0——无转换层结构，以原工程转换板上部结构为基础，增加结构标准层，使其高度与原结构相同；

Hst3——转换板设置在第3层顶，并将原工程x向井筒开洞，转换层上、下结构等效侧向刚度比γex=0.7046，γey=0.8971。

Hst6——转换板设置在第6层顶，将模型Hst3的第1层复制增加三层，使其高度与原结构相同，同时，其转换层上、下结构等效侧向刚度比也与模型Hst3接近。结构计算分析采用ANSYS软件。

图板式转换最大的优点是可以在转换层以上随意布置结构型式和轴网，特别适用于建筑物上下部轴网错位复杂甚至互不正交的情况。但转换板传力路径不清晰，受力状态复杂，结构分析计算繁冗。由于抗剪和抗冲切的需要，转换板厚一般在2M以上，这一方面造成转换层质量和刚度的突变，在地震作用时结构反应增大，转换层上下相邻层更成为结构薄弱层，不利于建筑物抗震；另一方面由于自重和地震作用的增加，下部竖向构件的荷载明显增大，设计难度大。研究表明，转换厚板的内力和位移分布严重不均，最大值与最小值间相差可达几十倍。从整体上看，板式转换的力学性能和经济指标均较差，在实际工程中应慎用。当上下轴网变化但仍正交时，可采用正交主次转换梁的结构型式来实现转换。3板式转换层施工方案决策问题和模型的确立

3.1板式转换层施工方案决策问题

最常用模板支撑方式有上面谈到的三种方法，①落地支撑法②叠合梁原理法③吊模法。那么对于一个含有转换层的施工项目而言，如何选用更优的施工方案，如何安全可靠、质量优良、工期准时、技术方便、简单可行、工程造价成本又比较低的情况下完成转换层结构的施工，是项目承建者的所追求的目标，所以在遇到此类问题时，经常存在如何决策方案才比较科学的问题。由于方案的优劣是一个相对的概念，并且施工方案的选择还受很多外部因素的影响。对于转换层施工来说，如果转换层所在位置较低，距离基础在四层以内的话，落地支撑法将是最为理想的选择；对于大于四层以上的情况，以上三种施工方法哪个方案最优，决策者如何进行决策。

3.2转换层施工方案决策模型的建立

层次分析法(AnalyticHierarchyProcess，简称AHP法)是美国运筹学家沙旦(T.L.Saaty)于上世纪70年代提出的，是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法。特别是将决策者的经验判断给予量化，对目标(因素)结构复杂且缺乏必要数据情况下更为实用，所以近几年来此法在我国工程实践的方案决策中得到了广泛应用。层次分析法的基本内容是：首先根据问题的性质和要求，提出一个总的目标；然后将问题按层次分解，对同一层次内的诸因素通过两两比较的方法确定出相对于上一层目标各自的权系数。这样层层分析下去，直到最后一层，即可给出所有因素(或方案)相对于总目标而言按重要性(或偏好)程度的一个排序。

4高层建筑板式转换层的施工要点

由于板式转换层结构的上述特点，在确定转换层结构施工方案时应考虑下列几个方面的问题：①转换层的自重和施工荷载往往非常大，应选择合理的模板支撑方案，并进行模板支撑体系的设计。②对大体积转换层，混凝土施工时应考虑采取减小混凝土水化热的措施，防止新浇混凝土的温度裂缝。③转换层的跨度和承受的荷载很大，其配筋较多，而且钢筋骨架的高度较高，施工时应采取措施保证钢筋骨架的稳定和便于钢筋的布置。④对预应力混凝土转换层，由于其跨度和承受的荷载都很大，预应力钢筋数量大，因此，要合理选择预应力的张拉技术以防止张拉阶段预拉区开裂或反拱过大。⑤设置模板支撑系统后，转换结构施工阶段的受力状态与使用阶段是不同的，应对转换梁(或转换厚度)及其下部楼层的楼板进行施工阶段的承载力验算。

(1)混凝土工程。在进行大跨度超高度转换梁及转换厚板的混凝土施工时，应采取措施防止新浇混凝土产生温度裂缝。目前实际工程中采取的措施有：

①根据混凝土的配合比和预计的施工气候及现场条件，采用大体积混凝土结构三维有限元温度分析程序(3DTFEP)，对大跨度超高度转换梁及转换厚板整个过程中的温度状况进行模拟计算，掌握混凝土在浇筑后一个月内的各部分温度的变化规律，为大跨度超高度转换梁及转换厚板的施工提供科学的预测分析和依据。

②大体积混凝土转换结构施工时，应采取措施控制混凝土内部与混凝土表面温度差小于15℃，实际工程中可采用下列方法：a.蓄热保温法，即常规保温方法。混凝土的养护要把握两个关键，即在升温阶段以保湿为主，在降温阶段以保温为主。b.内降外保法，即在大体积混凝土内部循环埋管通水冷却降温，使大体积混凝土水化热温升降低，减少混凝土内部与混凝土表面的温差，然后在大体积混凝土转换结构的表面及其底面采取保湿措施。c.蓄水养护法，即在混凝土初凝后先洒水养护2h，随后进行蓄水养护，蓄水高度一般为100mm。

③浇筑厚大的转换层结构混凝土时，为防止混凝土内外温差过大和提高混凝土抗拉强度，在选用水泥方面可采取下列措施：a.优先选用水化热低的矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥。b.掺用沸石粉代替部分水泥，降低水泥用量，使水化热相应降低。c.掺入减水剂，减少水泥用量，使混凝土缓凝，推迟水化热峰值的出现，使升温延长，降低水化热峰值，使混凝土的表面温度梯度减少。

④浇筑厚大的转换层结构混凝土时，为防止混凝土内外温差过大和提高混凝土抗拉强度，在施工方法上可采取下列措施：a.采取先施工转换结构周围结构或墙体，防止混凝土表面散热过快，内外温差过大。b.变冬季施工的不利因素为有利因素，减低混凝土的入模温度。在夏季高温气候施工时，采用冰水搅拌，以减低混凝土的入模温度。c.采用分层次施工，每层厚300mm～500mm，连续浇筑，并在每一层混凝土初凝之前，将后一层混凝土浇筑完毕。D.采用叠合梁原理，将转换结构按叠合构件施工，可缓解大体积混凝土水化热高，温度应力过大，对控制裂缝发展有利。

(2)钢筋工程。转换梁的含钢量大，主筋长，布置密，在梁柱节点区钢筋“相聚”。因此，正确地翻样和下料，合理安排好钢筋就位次序是钢筋施工的关键。

①钢筋翻样前必须弄清设计意图，审核、熟悉设计文件及有关说明，掌关规定。翻样时考虑好钢筋之间的穿插避让关系，确定制作尺寸和绑扎次序。

②一般转换层结构主筋接头全部采用闪光对焊或锥螺纹接头连接、冷挤压套筒连接；对于两端做弯头的钢筋，采用可调伸螺纹接头解决钢筋旋转的困难。

③当转换梁高度或转换板厚度较大时，应采取措施保证钢筋骨架的稳定和便于操作。

参考文献

[1]唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]余红生.转换层支撑系统的选型及其安全性分析[M].建筑安全.2003.

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我国的高层建筑的设计特点大部分都集中的体现在侧移、结构延性、轴向变形和水平荷载等方面。而在一些竖零件中，由于楼房的自重问题以及楼面的使用荷载，而最终产生的弯矩数值还有轴力仅仅和楼房高度的成正比，另外由于竖向荷载较水平荷载具有的不确定性而具有确定性，所以，水平荷载往往在高层建筑中起到决定性的作用。而由于在水平荷载的作用下的结构侧移变形会伴随着这个高层建筑的楼层高度的增加而渐渐增大，所以，结构侧移都是整个高层建筑设计的关键因素和控制指标。除此之外，结构延性也可以作为高层建筑设计的重要指标。为了保证真个高层建筑拥有足够的结构延性，就需要使其结构在进入塑性变形的阶段时仍然具有较强的变形能力而不会使自身出现倒塌的现象，须在其结构的处理上采取相应的措施。此外，在整个高层建筑的设计中同样不能忽视高层建筑的轴向变形因素的影响。

二、高层建筑的构体系

2.1框架与剪力墙

当施工中单医德框架体系的强度及刚度无法满足施工的实际要求时，就需要在建筑平面的某些适当位置设立相应的增加较大的剪力墙来替代一部分框架，这就形成了框架-剪力墙体系。在受到水平方向力的影响时，框架和剪力墙都需要通过有足够大的刚度的楼板以及连梁组成的协同工作的结构体系。

2.2剪力墙体系

当承受力的主体结构主体部分全部都是由平面剪力墙构件组成的时候，就形成了剪力墙体系。在这种体系当中，一堵剪力墙就能够承受全部的垂直荷载及水平力。而剪力墙体系属于刚性结构的一种，其位移的曲线一般都呈现为弯曲型。而剪力墙体系自身的强度和刚度都很高，并且具有一定的延展性，抗震、抗倒塌等性能比较优越，是一种较为优秀的结构体系，能建的高度大于框架-剪力墙的混合体系。

三、高层建筑结构的相关问题分析

3.1结构超高的问题

在国家新出台的抗震规范和新规范中，对于建筑结构的总体高度有着一定的限制，尤其是新规范当中针对建筑物超高的问题，除此之外将以前高层建筑的高度限制设定为A级高度以外还新设立了B级高度，同时相应的处理措施以及设计方案也都有极大的改变。在工程师进行实际的工程设计工作时，可能出现的由于结构类型改变的问题从而忽略此类问题出现后将导致施工图纸再进行审查工作时未能通过，需要进行重新的设计和召开相应的专家会议来进行确切论证的情况，对工程的工期、造价等等整体规划都将造成很大的影响。

3.2短肢剪力墙设置问题

在新的施工规范中可以看到，对于短肢剪力墙的定义就是墙肢截面的高厚比为5~8的墙体，而且根据相应的实验数据以及工程师自身的经验，对于短肢剪力墙在高层建筑中的应用能力较低，同时也有比较高的限制，所以，在高层建筑的设计施工中，结构工程师应当尽可能的减少采用或不用短肢剪力墙，以避免产生关于设计方面的不必要的麻烦。

3.3嵌固端设置问题

我国目前的高层建筑大部分都自带地下室和人防，正因为如此，这样就有可能会将嵌固端设置在地下室的顶板上，当然也有可能会设置在人防顶板等等特殊位置，因此，就在这个问题的处理上，结构设计工程师经常会忽视了由嵌固端的设置位置不当带来的一些需要注意的问题，比如：嵌固端楼板本身的设计、嵌固端上下层刚度比的上限等等问题，而建筑工程必须要严谨，任何一个细小的问题都有可能在未来造成严重的后果。

3.4结构规则性问题

在当前新旧规范在这方面的规则出现了极大的差异，新的规范在这方面新增加了许多的限制条件，而且，新的规范增加了强制性的条文规定“即建筑不能采用严重不符合规范的设计方案。”因此，结构设计工程师自工作室就必须要注意对待新规范当中的的某些限制条件，以防止出现在施工后期设计图纸设计阶段的工作改动。

四、总结

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建筑用电安全中，供配电系统线缆是影响用电安全与可靠性的重要因素。应当注意两个重点，一是高层建筑如果配备了备用发电机组，发电机组与市电之间应当建立备自投关系；二是消防负荷与非消防负荷，应当设置在不同的母线段以保证消防电源安全。尤其是消防与非消防负荷，在母线段上的接线必须彼此独立互不干扰，以保防消防系统在遇到安全事故时不会失电。在发生火灾时，消防控制室应当能切断非消防负荷电源，对火灾蔓延进行最大程度的限制，但安全照明、防恐慌照明、排水泵等非消防负荷电源不应切断。消防系统的备用照明应当采用氧化镁电缆，根据情况采用吊架安装或沿电缆架安装的方式，具备火灾时持续运行3h的能力。喷淋水泵应当在火灾时具备持续运行时间1h的能力，防排烟风机、加压风机、加压泵等应当具备火灾时1h持续运行能力，线缆可选择NH型耐火电缆或氧化镁电缆，用防火架敷设。非消防系统线路在火灾时将参与燃烧，因为普通聚氯乙烯绝缘电缆在燃烧时将产生滚滚浓烟和大量有毒气体，应采用元卤阻燃耐火材料电缆。

2构建用电安全防范系统

高层建筑应当设置用电安全防范系统，对建筑本体的用电安全进行监控，并防范安全事故的发生和扩大。目前通常采用构建电气火灾监控系统的方法，对配电线路剩余电流和电缆温升进行监控，从而迅速判断供配电系统是存在用电安全问题，是高层建筑防范用电安全事故的有效措施。监控系统的导线选择、线缆敷设、电源及接地等，都应与消防系统的配置要求相同。同时，还需要根据功能分区、风险系数来合理设置系统的监测点，并与火灾自动报警系统相协调，对建筑用电安全进行实时监控和防范。

3高层建筑防雷措施

3.1高层建筑的防雷接地策略

高层建筑的防雷系统包括内部防雷接地与外部防雷接地，外部防雷接地有接闪器、引下线、均压环、避雷带、接地网等，内部防雷接地有笼式避雷网、专用接地装置等。高层建筑的防雷接地网，是水平方向由钢筋绑扎或焊接形成的网格，如同一块独立的平板，在该平板上附加一定长度的竖向钢筋接地体用以改变接地网电容。接地网的埋设并不是越深越好，应当根据地质情况设计埋深。引下线起到将避雷带与自然接地体连接起来构成雷电流通路的作用，在高层建筑中通常利用柱或剪力强的主筋做为引下线，逐层串联至屋顶避雷线。避雷带由避雷线和支持卡子组成，设置于建筑物易受雷击的女儿墙等部位，起到引雷效应，通过引下线将雷电流引向接地网最终传输至大地，防止建筑体遭受雷击。除了外部防雷措施外，还需要构建内部防雷措施。

3.2侧击雷的防范措施和等电位联结

侧击雷危害主要来自于窗框架、栏杆、建筑表面装饰物等部位，侧击雷一般不需要专门设置接闪器来防范，可以将窗框架、栏杆、表面装饰物接到建筑钢构架或钢筋主体上接地，或利用均压环就近与防雷装置接地。由于高层建筑的施工往往电气预埋、门窗、幕墙等并非同一队伍施工，在交接和施工配合上需要注意，以免留下盲点，通常情况下是从圈梁主筋引出圆钢或扁钢，与接地端子搭焊连接。等电位连接，就是用连接导线或过电压保护器，将一定空间内的防雷装置、金属装置、导体物、电气电讯装置等连接起来，以使建筑物地面、墙板、金属管、线路等处于同一电位，避免在建筑物内部产生雷电反击及危险的接触电压。

3.3电子设备屏蔽措施

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1．1整体尺度原则

城市高层建筑设计的整体尺度原则是指建筑各组成主体间的有机联系及产生的视觉效果。整体尺度原则主要强调的是建筑物整体性，在高层建筑整体性设计时要充分考虑建筑的主体、裙房以及屋面三个主要因素，将三要素有机结合在一起按照统一的尺度参考体系进行设计，而不是将三者单独地按照各自的参数体系进行设计。只有这样才能使三者有机的融合在一起，打造具有整体性的优秀建筑工程设计作品。

1．2近人尺度原则

近人尺度原则在城市高层建筑设计中的内涵是建筑物的进出口以及底层部分的尺寸大小能给人带来视觉享受的同时又能方便人们使用。其中，建筑物进出口是用户每天都要使用的部分，进出口设计质量对用户的感官刺激较大。所以在高层建筑设计时要将近人尺度设计理念充分地融入到设计思路中，合理地划分建筑物入口处的柱子、檐口、大门以及墙面的尺度，细化每一部分尺度，使每一部分尺度都能在满足用户对建筑功能性需求的基础上，又能给人们带来感官享受。

1．3细部尺度原则

细部尺度是指高层建筑所采用的施工材料的质感，是更为细腻的建筑尺度划分。在高层建筑设计时应透彻地了解人们对建筑材质的标准要求及喜好程度。一般情况下，我们对事物的评价，都是通过眼观以及手摸的方式去对事物进行进一步的了解，然后从主、客观角度对该项事物做出综合性评价。所以，设计人员应遵循细部尺度原则，采用人们能够接受的喜爱的建筑材质塑造建筑工程作品，给人们带细部尺度主要是指建筑材料的质感，指高层建筑更细分的尺度大小。

2城市建设中高层建筑设计要点

2．1高层建筑采光设计

随着人们节能减排意识的不断提高，发展节能型建筑是当今建筑工程领域发展的总体态势。高层建筑内的照明能耗比较大，如何通过有效的措施降低人工照明对能源的消耗及利用日光照明是当今建筑工程领域必须要重视的课题。目前，比较先进的日光采集系统主要有以下几种:(1)提高单位面积进光区的日光量，利用太阳光为建筑提供照明需求，可有效降低人工照明对能源消耗。(2)为了能在不增加窗户周围的阳光强度且能使其到达采光更深的工作区域，可以通过阳光发射到屋顶平面来完成。(3)在不改变建筑构造的基础上，如增大建筑窗户的面积或数量来采集更多的太阳光，而能较好地满足建筑内照明需求的同时又不会在强烈的太阳光下给用户带来不适感觉，可通过阳光直射阻挡系统来解决。该系统是利用光线的折射计反射原理为设计依据的。

2．2高层建筑的抗震设计

抗震设计是高层建筑工程设计的重要内容，抗震设计质量对提升高层建筑的抗震能力有着直接的影响。基于地震频发的现实情况，加强高层建筑抗震设计工作是现行建筑工程领域必须要关注及重视的问题。在高层建筑抗震设计时候需要注意以下要点:建筑大厅的四角及建筑外墙位置应设置构造柱，并根据高层建筑要求的具体抗震等级合理确定构造柱数量。建筑框架山墙以及纵向方向的墙体是否设置构造柱用来分担砖墙荷载;在高层建筑抗震设计前设计人员应深入到施工工地进行工程地质勘探，牢固掌握高层建筑施工所在地地质情况及发生地震灾害的频率情况，以此为依据进行高层建筑抗震设计。在抗震设计中设计人员应严格按照《建筑抗震设防分类标准》划分的设防等级进行设计不得以经验随意地更改建筑的设防等级，如果提高建筑的设防等级会额外地增加工程成本投入，而降低建筑设防等级则会降低建筑的抗震能力，一旦地震灾害来临将会对建筑及人们生命财产安全带来极大危害。

2．3高层建筑的消防问题设计

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水平承重关系到整个建筑的稳定性，其结构主要平板体系、无梁楼盖和肋形楼盖等。对于平板体系，以单向或双向板来组成剪力墙结构，适宜结构较低、层高较低的高层建筑，当跨度较大时，则不适宜平板结构。无梁楼盖多应用于层高受限的公共建筑，其跨度要求为普通钢筋混凝土楼面跨度≤6m，预应力楼面≤9m。为了满足跨度较大的高层建筑，可以设置密肋楼盖方式，以现浇梁板为定型模板，如筒体结构的角区楼面可以采用密肋楼盖。

2.基础结构的选型

基础是高层建筑结构设计的重要内容，其结构选型是否合理关系到整个房屋的造价、安全和施工工期等方面。因此在基础结构选型上，需要从多个方案的对比中来选择。对于层数不高、地基土质较好时的框架结构，可以采用柱下独立基础，锚入长度≥40d。对于建筑层数不高、土质一般的框架或框架－剪力墙结构，可以采用交叉梁基础。

3．高层建筑结构的布置研究

在结构布置上，通常需要从建筑功能使用要求、消防要求、承载受力分析、地基沉降以及地震影响、施工经济性等方面来合理选择。其主要内容有平面布置、竖向布置及变形缝布置。(1)平面布置对于平面结构布置，原则上满足简约、规则、对称要求，并对平面长度或突出部分采取必要的加强措施。如对于规则平面结构进行布置时，在剪力墙面积不变情况下，要满足自振周期和侧移量较小的要求。对于不规则平面，利用计算结构特征值的方式，分析受力性能，减少结构抗扭刚度。(2)竖向布置在竖向布置上，对于高层建筑要满足强度与刚度的均匀、连续。尤其是在满足抗震要求时，要从抗侧向水平力上提高建筑的稳定性。其布置要点有:一是对于竖向结构宜规则，尽量减少外挑或内收;二是对于抗震级数要求应满足本层侧向刚度相邻上层的70%或其上相邻三层平均值的80%;三是竖向结构宜连续贯通。对于高层建筑竖向不规则结构时，要结合立面及使用功能来布置，如侧向刚度不规则，抗侧构件不连续、楼层承载力突变等，在布置时应减少转换层的厚度及数量，增加转换层上第1层的层高，增加下层剪力墙厚度，提升下层混凝土的强度等级等。(3)变形缝设置在高层建筑结构布置上，对于变形缝的设置至关重要。特别是温度变化诱发的温度伸缩缝、沉降诱发的沉降缝及其他因素导致的建筑层间刚度差异形成的变形缝。一方面在建设上加以防渗、防震、防水等处理，另一方面是从设计上来进行合理布置。如对于层数、荷载相差较大的高层建筑可以设计成主楼、裙楼，来避免不同基础沉降带来的内力和变形影响;对于不设沉降缝时，可以在裙楼一侧设置后浇带;在施工中先施工主楼，后施工裙楼。

4．结语

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关键词高层建筑供暖直连并网供暖直连并网供暖

本技术专门解决高层建筑与低层建筑直连供暖问题。高层建筑采暖系统采用本方法后，即可与任一低层建筑直连并网供暖，不再受高、低楼限制，从而大大节省工程投资和运行费。

一、技术现状

低建筑群中，突然出现了一座高层建筑，通常的供暖方法是为高层建筑设一台专用锅炉（初投资大、运行费高），或设热交换器与低区系统隔绝（有高温水热源才合理）。最为经济的方法是，利用原有低区的低温水系统直连供暖。但问题是，高、低层建筑直连后，运行时，压力低了高楼上不去水，压力高了低楼散热器超压；当建筑更高时，即使不运行，高楼的水静压就足以压破低楼系统的散热器。

为了解决这一问题，近几年也曾有人试图用减压阀方法的，但都因减压阀减得了动压减不了静压而失败。这是因为，只有水在流动时减压阀才能通过改变流通截面减压，当静止不动时，水静压就将低区散热器压破了。最近，有的厂商号称他们的减压阀既减得了动压也能减静压了。其实，也是是"减"静压，而是"关断"静压，还是采用机械弹簧类判断方式，并未跳出依靠判断阀门进行隔断的老路。

实践证明，机械类关断也好，电磁阀类关断也好，都有关闭延迟和重复动作的高可靠性问题。例如：朝阳某邮政大厦，1998年采用上海某阀门公司的新式减压阀直连供暖，结果，原低区住宅散热器爆裂不断，损失惨重。最后被迫拆除，改用了本技术。

二、核心内容

结实上可见，技术的焦点就在于"减压"。村技术的总体思路就是避开上述"减压"习惯思维方式，独壁蹊径，借鉴膜流运动理论，采用类似于流体非满管的减压方式。具体地说（如图1），就是设计一个"断流器"，利用散热后的热媒高压流体余压，造成水流高速旋转，人为促进膜流生成，从而达到减压目的。为了消除气体进入系统，根据能量方程式，利用下落的高位流体势能，再设计一个"阻旋器"，用于阻止水流旋转并分离空器，使无压流的膜流状液体再有组织的"复原"到有压流状态。这样，通过有压流无压流有压流，这样一个逆变过程，就使得高压流体平衡地"过渡"到了低压流体。据此原理，便可实现高楼与低楼直连供暖了。

图1

1断流器；2阻旋器；

3连通管；4低区回水管

图2

1断流器；2阻旋器；3连通管；4高区回水管；5高区回水管；

6低区回水管；7低区散热器；8高区散热器；9低区供水管；

10加压泵及控制机组；11排气阀；12热网回水管；13热网供水管

具体的技术方案时（如图2）：原有低区供暖热网定压大小不变。运行参数不变、运行方式等全维持不变的情况下，仅在高楼引入口增设一个微型增压泵（并在泵出口设止回阀），将低区网的供水加压，送至高层以建筑的散热器放热后，高压加水则进入断流器，促进其膜流形成，进行断流减压。然后，再进入阻旋器进行阻旋"复原"并分离空气。此时，就可以安全返回低区回水管网中去了。

系统运行时，高层建筑与低区网直接的回水管上有断流器和阻旋器"减压"，以保证运行时高层建筑与低区网隔绝；运行停止时，由于原低区网定压大小不变，系统水位一直维持在低区网水静压线上。所以，在系统停止运行的同时，回水管上的断流器至阻旋器（低区静压线以上）这段管道内的水流必然随之断开。而高、低区直连的供水管，在静止状态时，供水管上有加压泵前的止回阀，以保证供水管的水不能经泵倒流回低区（隔绝）。这样，无论系统运行时，还是静止时，均保证了高、低楼（区）系统的彻底隔绝。

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对给排水设计而言，超高层建筑具有高度高，业态多样复杂，人员密集，火灾危险性大，疏散及火灾扑救困难，建设周期长、难度大，生活及消防给水系统竖向分区多，设备运行及管道系统承压要求高以及各系统管理维护难度大等特点。超高层建筑的给排水系统应根据建筑高度、用途、卫生安全、使用要求、材料设备性能、维护管理、经济节能等因素确定。

2生活给水系统

《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）第3.1.2条对超高层建筑的定义做了明确规定：“建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。”对生活给水系统而言，100m的建筑高度并非划分系统的一个界限。高度接近100m的高层建筑与高度150m以内的超高层建筑在给排水系统设计上是类似的。而100m左右的超高层与200m或以上的超高层在给排水设计上则可能有很大不同。《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-952005年版）第1.0.5条规定：“当高层建筑的建筑高度超过250m时，建筑设计采取的特殊防火措施，应提交国家消防主管部门组织专题研究论证。超高层建筑可能是功能单一的住宅楼、办公楼，也可能是含有多种功能的带裙房的综合建筑群。根据不同的场所，我国的生活用水大致分为居民用水、行政事业用水、经营服务用水、特种行业用水等。设计应根据当地供水部门按不同的用水分类制定的收费标准，设置不同的给水系统，同时确定各个给水系统的供水方式。《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）（以下简称“建规）第3.3.6条：“建筑高度超过100m的建筑，宜采用垂直串联供水方式”。对不同功能或多功能组合的超高层建筑，应视具体情况具体分析，选择最合理的供水方式。建筑生活给水系统应按不同性质的用水区域分别设置。例一：某公寓楼共61层，8层及以下为汽车库及商业用途的裙房，建筑高度209m。生活给水分区如下：1区为－3～2层，由市政给水管网供水；2区为3～13层，由地下二层生活水箱+2区变频泵供水；3区为9～14层，由地下二层生活水箱+3区变频泵供水；4区为15～22层，由设在29层的中间水箱供水；5区为23～38层，由设在29层的中间水箱+5区变频泵供水；6区为39～51层，由设在29层的中间水箱+6区变频泵供水；7区为52～61层，由设在29层的中间水箱+7区变频泵供水。“建规”第3.3.4条规定：“卫生器具给水配件所承受的最大工作压力不得大于0.6MPa”；“建规”第3.3.5A条规定：“居住建筑入户管给水压力不应大于0.35MPa”。据此，给水压力大于0.45MPa的裙楼卫生间给水管，给水压力大于0.35MPa的塔楼入户管均设减压阀减压供水。本案所选供水方式主要考虑以下几点：⑴3～7区系统均为垂直串联供水方式；设在29层的中间水箱既作为4区的供水调节水箱，又作为5～7区水泵的取水水箱，担负了调节和转输双重功能。⑵向3～7区供水的中间水箱和变频泵则集中设置在28、29层，这样，既便于集中管理，又节省供水设备占用的空间。⑶各给水分区的管道及设备运行工作压力均小于1.6MPa，生活给水系统所选用的管材及设备的耐压等级与100m以下的高层建筑没有区别，供水可靠性高。例二：某住宅小区工程一期含4栋45层超高层纯住宅楼，层高为3.4m（1#、2#楼）及3.5m（3#、4#楼），建筑高度157m（1#、2#楼）及163m（3#、4#楼）。竖向设四个给水分区：1区负责地下二层及地上一层，2区负责二～十八层，3区负责十九～三十三层，4区负责三十四～四十五层。1区由市政管网经基地环状管供水；2～4区由生活水箱+变频供水设备联合供水。2～4每个给水分区设一组变频供水设备。各给水分区配水点水压如超出0.35MPa，则设减压阀减压供水。选择此种供水方式是考虑了以下因素：⑴变频供水较屋顶水箱的供水方式卫生条件好。⑵变频供水设备设在地下二层，对住户影响小。⑶供水泵组所负担的住宅层数受给水器具的承压能力的限制。“建规”第3.3.4条规定：“卫生器具给水配件所承受的最大工作压力不得大于0.6MPa”。⑷由于本工程无设备层，因此不具备串联给水方式实施条件。事实上超高层住宅项目，考虑设备层需占用一定建筑空间以及设备运行产生的噪音及震动对住户的影响，一般都不设。如何在没有设备层的超高层建筑中采用串联给水方式是一个尚待研究的课题。

3消防给水系统

3.1室内消火栓系统

对于不设设备层或避难层的超高层建筑而言，基于《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2005年)（以下简称“高规”）第7.4.6.5条“消火栓栓口的静水压力不应大于1.00MPa，当大于1.00MPa时，应采取分区给水系统”的规定，其消火栓系统大多采用临时高压给水系统的供水方式。超高层建筑消火栓系统，一般采用水泵、减压水箱及减压阀进行分区。用水泵分区是指每个分区分别设置消防泵，即并联系统。出于经济及减压阀产品功能质量不断提高的因素考虑，减压阀用于消火栓系统分区越来越广泛。民用专用消防泵的扬程一般都不大于2.0MPa。以61层的公寓楼为例，消火栓系统分区：-2～8层为1区，9～31层为2区，32～45层为3区，46～61层为4区。1区和2区分别由设在18层和38层的消防减压水箱供水；3区由屋顶消防水箱供水；4区由屋顶的消防水箱+固定消防水泵供水。屋顶2座342m3消防水箱由29层的中间水箱+7区变频泵供水；18层和38层的消防减压水箱由屋顶消防水箱供水。1、2、3区均属常高压给水系统，4区属临时高压给水系统。这样分区的优点在于：火灾发生时，1、2、3区由屋顶消防水箱直接或通过减压水箱供水，不需启动水泵，对控制系统要求不高；此外，消火栓泵扬程不至于过大，管道及设备的耐压等级也不会过高。它的不利因素是，需设中间设备层，设备分散，管理不便，设备运行产生的震动及噪音可能让生活和工作在建筑里的人感觉不适。以45层住宅楼为例，消火栓系统分区：地下层及1～19层为低区，由低区消火栓泵供水；20～45层为高区，由高区消火栓泵供水。其中高区的20～35层经减压阀减压供水。这样分区的优点在于管路和控制系统简单，所占管井较少，不需要占用设备层，但对减压阀的质量要求较高，减压阀需备用；此外，由于高区系统的几何高差接近170m（自地下二层底板面计），下部管道及设备的工作压力超过2.00MPa，对管材及设备的承压要求高，影响系统的可靠性。本案的消火栓系统均为临时高压给水系统供水方式。

3.2自动喷水灭火系统

“高规”第7.6.1条规定，建筑高度超过100m的建筑均应设自动喷水灭火系统。“喷规”第6.2.3.1条规定：“湿式系统及预作用系统一个报警阀组所控制的喷头数不宜超过800个，干式报警阀组所控制的喷头数不宜超过500个”，第6.2.4条规定：“每个报警阀组供水的最高与最低位置的喷头高差不大于50m”。自动喷水灭火系统的给水分区，除应考虑各系统配水管道工作压力符合《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001(2005年版)(以下简称“喷规”）第8.0.1条规定的“配水管道的工作压力不应大于1.20MPa”外，还要考虑在满足喷头需要工作压力的前提下，配水管入口的工作压力又不宜超过0.40MPa，以及每个报警阀所负担的楼层，并考虑使分区与生活给水系统及消火栓给水系统相适应，以避免横管过于分散。对于超高层建筑，按上述条件所确定的竖向分区最少也需要3个。由于报警阀的工作压力一般都不大于1.60MPa，且每个报警阀后都需要单独的立管，这就会在设计上给管路的排列及报警阀的设置带来限制。在无设备层的超高层居住建筑中应考虑报警阀的位置。以61层的公寓楼为例，自动喷水灭火系统分区如下：-3～8层为1区，9～21层为2区，22～41层为3区，42～61层为4区。由1区和2区分别由设在18层和38层的消防减压水箱供水；3区由屋顶消防水箱供水；4区由屋顶的消防水箱+固定消防水泵供水。18层和38层的消防减压水箱及屋顶消防水箱，与消火栓系统合用。这样分区的优点在于：火灾发生时，1、2、3区由屋顶消防水箱直接或通过减压水箱供水，不须启动水泵，控制系统简单。在以上4个分区系统中，对工作压力大于1.20MPa的配水管道及工作压力超过0.40MPa的配水管，采用用减压阀减压。以45层住宅楼为例，自动喷水灭火系统分区如下：-2～10层为1区，11～22层为2区，23～34层为3区，35～45层为4区。1、2区及3、4区分别合用一组固定式消防水泵，1、3区系统经水泵加压供水并经减压阀减压后供水。在大于0.40MPa的各区配水管入口均设减压孔板减压。这样分区的主要优点是，不需要在上部楼层中设设备层；缺点是3、4区系统对管道及设备的承压要求高，影响系统的可靠性。

4污废水系统

“建规”第4.4.11条：表4.4.11注：排水层数在15层以上时，排水能力宜乘以0.9；“建规”第4.6.2条：建筑标准要求高的公共建筑、10层及10层以上高层建筑应设置通气立管，或设置特殊配件单立管排水系统。基于改善排水条件，提高排水能力方面考虑，应采用双立管排水系统，或采用设置特殊配件的单立管排水系统，对标准高的或环境要求安静的建筑及部位，宜设置环形通气管或器具通气管。

5屋面雨水系统

建规”第4.5.5条：重要公共建筑屋面雨水排水设计重现期不宜小于10年；“建规”4.9.9条：重要公共建筑、高层建筑的屋面雨水排水工程与溢流设施的总排水能力不应小于50年重现期的雨水量。设计重现期：雨水系统如果设计不当，会留下安全隐患。因此，超高层建筑屋面雨水设计重现期的取值应慎重。屋面溢流设施：基于安全及美观要求考虑，超高层建筑不宜设置溢流口。如屋面雨水的设计重现期取50年，则屋面无需设置溢流设施。雨篷：雨篷是建筑专业的门面，雨篷面积虽然不大，但其所截留的雨水还包括上方侧墙的面积，虽然侧墙面积按一半计算，但仍远大于雨篷自身的面积，也可能大于屋面的面积。因此，雨篷的雨水排水量可能比屋面的排水量大。雨篷如果设置过多的雨水斗及立管，会受到建筑专业的诸多限制，而雨篷下方往往是人员的出入口，安全性十分重要，因此，在设计时一定要妥善处理。首先要做到安全可靠，其次考虑美观因素。雨水立管排出管：室内雨水立管排出管管径宜放大1～2号，第一个检查井宜选用消能井，以防止由于排出管压力过高引起喷溅事故。

6中间转输水箱

6.1生活中间转输水箱容积计算

《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》(2009年)（以下简称“技术措施”）要求，生活给水系统采用串联供水方式时，如中间转输水箱除供本区用水外，还供上区提升泵抽水用时，该水箱的有效容积为本区最大小时用水量的50%加上上区提升泵3~5min设计流量。若为中途转输专用时，“建规”第3.7.8条规定，生活用水中途转输水箱的转输调节容积宜取转输水泵5～10min的流量。

6.2消防中间转输水箱

“技术措施”规定，当采用水泵转输串联时，中间转输水箱同时起着上区输水泵的吸水池和本区屋顶消防水箱的作用，其储水有效容积按15~30min消防水量计算，并不宜小于60m3。计算举例：消火栓用水量40L/s，自动喷水用水量30L/s，则中间转输水箱的容积=(40+30)1060+(40+30)560=63000(L)，其中10min水量为本区屋顶消防水箱的水量，5min为上区水泵吸水池的水量。如还有其他水消防系统，则应将火灾发生时时同时启动的消防系统的水量叠加计算，作为中间转输水箱容积。上海市地方标准《民用建筑水灭火系统设计规程》规定：当建筑高度大于120m时，消防给水竖向分区宜采用多台消防泵直接串联或设中间水箱转输的串联消防泵给水系统。采用中间水箱转输的串联消防泵给水系统，其消防转输泵应独立设置，且不应少于2台；室内消火栓给水系统和自动喷水灭火系统的消防转输泵应分别设置，但备用泵可以兼用；消防转输泵的供电应符合消防泵的供电要求。。转输给水管不应小于2条。上海市地方标准《民用建筑水灭火系统设计规程》规定：各区重力消防水箱的数量不应少于2个，且每个水箱的有效容积不应小于100m3。

7给排水系统噪声控制

各类建筑物或场所的允许噪声级，在《民用建筑隔声设计规范》（GB50118-2010）中有详细的规定。由于超高层建筑多为高级写字楼及高标准的旅店和住宅，因此，其对允许噪声级的要求更高。超高层建筑给排水系统主要包括生活、消防的给水系统、热水系统、污水系统、雨水系统、水景等。这些系统产生的噪声来源主要有：水泵机械性等综合噪声、管道及器具噪声、水锤噪声及气蚀噪声。超高层建筑给排水系统产生的噪声控制，在设计上，应做到科学合理布局，措施到位，注重细节。以下是降低或减少建筑给排水系统噪声的主要措施。

7.1水泵房：

①泵房选址应尽量远离要求环境安静的场所。

②选择低噪音、低转速的水泵；每台水泵均设置独立的基础，水泵与基础连接采用弹簧隔振器。

③水泵进出水管设可曲绕接头，可隔绝泵组通过管道传递震动转速。

④管道采用弹性支吊架；管道穿楼板、墙处用柔性材料填充孔洞与管道间空隙，可有效降低固体传声。

⑤泵房内墙体及天花采取隔音吸音处理。

⑥采用隔音效果好的门、窗，消除声音传播的途径。

7.2管道及器具：

①流速过快会引起金属管道震动产生噪声，尤其是管道转弯处因弯曲震动产生的噪声非常明显，故在管道转弯处设置有效的固定支架和减震支架是十分重要的，同时适当放大管道管径，以控制管道流速不致过大。

②排水管采用隔声效果好的柔性接口铸铁排水管，并采用双立管排水系统，在有条件的情况下，设置环形通气管或器具通气管，这样可稳定排水管内气压，从而改善排水条件，降低排水噪声。排水立管不宜布置在与卧室或要求安静的房间相邻的内墙。

③器具及阀门宜采用节水消音型产品，不宜采用快速启闭的阀门、水嘴。

④高扬程水泵宜采用缓闭式消音止回阀、水锤消除器或安全泄压阀，防止停泵产生水锤和噪声。

⑤较大口径的水箱水力液位控制阀，其随水箱水位升降，时而开启向水箱注水，时而关闭。在向水箱放水时，如压力、流速过大，会产生较大的噪声，设计可采取降水压、减流速的措施，并对水箱进水管牢固固定，必要时水箱进水管采用淹没出流进水。

7.3气蚀噪声的控制

管网中的液体与气体，在一定压力和温度作用下形成气蚀。气蚀会对管道和设备造成水力冲击，从而产生噪声甚至损坏管道和设备。由于气体积聚在管道或设备中的相对高点及管网末端，故应在这些部位设置自动排气阀，水泵进水管异径管采用偏心异径管，以避免气蚀发生。此外，可调式减压阀的前后压差过大时，也会发生气蚀，并产生噪声，损坏阀件。“建规”规定，可调式减压阀的阀前与阀后的最大压差不宜大于0.40MPa，要求安静的场所不应大于0.30MPa。对于超高层建筑，无论是可调式还是比例式减压阀，其前后压差均应按不大于0.30MPa设计。

8管材及设备选择

因超高层建筑管路系统所承受压力及运行可靠性要求较高，要求的建筑使用寿命更长，故对管材及设备的选择要求更高。设计人员如果不重视，可能留下事故隐患。

8.1管材

①给水管给水管应优先使用具有足够强度的金属管，如厚壁镀锌钢管、无缝钢管、不锈钢管、铜管等，还可选用衬塑或涂塑金属管。塑料管因其强度不如金属管，且线性膨胀系数比金属的大很多，热胀冷缩使其在轴向方向上的变形量大。此外，其接口的耐压强度一般要比管材自身的强度低，因此，不建议使用塑料管，尤其在高压管道系统中应避免使用。管材的连接方式：焊接、法兰、沟槽等连接方式可以达到或超过管材本身的抗压强度，是高压管道连接优先考虑的方式。螺纹连接一般用于口径100以下较小的管道，其承压能力略低。

②排水管超高层建筑的排水管有多种选择。使用较多的有机制铸铁排水管及HDPE排水管等。PVC-U排水管因其本身强度稍差，如接口为粘接剂粘接，则易脱落，不建议采用。《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002第5.3.1条规定：管道在做灌水试验时，灌水高度必须到每根立管上部的雨水斗。因此，在选用雨水系统管材时应考虑雨水管道由于建筑高度引起的静压力。雨水立管一般选择镀锌钢管、承压HDPE管，有条件或者明装时可选用不锈钢采用承压管。承压比较高的部分采用无缝钢管。

8.2给水设备

超高层建筑，给水系统如采用水泵分区的并联供水方式，上部给水系统的给水设备工作压力，通常都大于1.60MPa，而国内厂家生产的给水设备工作压力一般都不超过1.60MPa，因此，应在设计阶段确定若干家合适的设备厂家，供业主选择。如果系统没有设安全泄流装置，应采取防水锤措施。工作压力大于1.60MPa的给水设备，其对产品品质，如设备材质及生产工艺，要比常压给水设备要求更高。对此，应引起设计者的重视。

8.3阀门

超高层建筑给水系统采用的阀门，其材质，阀芯宜用全铜或不锈钢，阀体宜用球墨铸铁、全铜、不锈钢或铸钢，确保产品具有更高的可靠性。需要设计人员注意的是，有些种类的阀门，不是你想要的压力等级，厂家都能提供的。以上述某住宅小区为例，自动喷水灭火系统的3区和4区的湿式报警阀原设计设在地下室，报警阀设计公称压力2.10MPa。在施工阶段，施工单位反映，2.10MPa或更高压力等级的湿式报警阀在市场上买不到。经了解，市场上只有公称压力1.20MPa及1.60MPa的产品，更高压力等级的产品市场上无货，也没有一家厂家愿意接受定制。最终只得变更设计，将3区、4区的报警阀分别改设在23层和36层管井内，湿式报警阀改为采用1.20MPa压力等级的。

8.4消防水泵接合器

室内消火栓系统及自动喷水灭火系统应设消防水泵接合器，消防给水系统竖向有分区的，在消防车供水压力范围内，应分别设消防水泵接合器。这是“高规”第7.4.5条的规定。其条文说明提出：只有采用串联给水方式时，上区用水由下区水箱抽水供给，可仅在下区设水泵接合器，供全楼使用。无论是消火栓系统还是自动喷水灭火系统，“高规”均没有要求在消防车供水范围之外的消防分区设置消防水泵接合器。但“喷规”第10.4.2条规定：当水泵接合器的供水能力不能满足最不利点处作用面积的流量和压力要求时，应采取增压措施。该规定无异于，对于自动喷水灭火系统，无论是否在消防车供水范围的分区，都应设置消防水泵接合器。对于并联消防给水系统，地方消防部门可能会要求在消防车供水范围之外的分区也设消防水泵接合器，并设接力设施。南宁华润中心幸福里一期工程，当地消防部门就要求，消防车供水范围之外的消火栓系统及自动喷水灭火系统的消防分区，也应设置消防水泵接合器，在其后设消防接力泵。设计应注意，由于市场上一般只能提供公称压力1.60MPa的消防水泵接合器，如果消防给水系统工作压力大于1.60MPa，而又在消防车供水压力范围内，则消防水泵接合器应当专门定制。

9系统减压措施

9.1给水系统

给水系统上的减压措施主要有减压水箱、减压阀、减压孔板、节流管、减压稳压消火栓、安全阀、泄压阀等。后三种主要起防超压的作用。因减压水箱需占用一定空间，一般较少采用，故采用减压阀分区的给水系统最多。减压阀有比例式和可调式的。可调式减压阀的压力调整范围一般不大于0.70MPa。对生活给水系统而言，管径大于DN50的管段一般采用先导式可调减压阀或比例式减压阀，小于等于DN50的管段一般采用直接式可调减压阀。消防给水系统宜采用比例式减压阀，并设置备用阀组（单个报警阀除外）。生活给水系统减压阀可不设备用阀组。如果不设备用减压阀，应保证减压阀失效时管道的压力不超过卫生器具的最大可承受压力。“建规”规定卫生器具的最大可承受压力不得大于0.60MPa。消火栓给水系统通常在动压大于0.50MPa的部位采用减压稳压消火栓。

9.2排水系统

在以往的实际工程中，有不少超高层乃至高层建筑在排水立管上设置了消能装置，即由下至上，从第6层起，每6层安装一组由配件或成品组成的消能装置，以达到消除排水立管中所谓由水流形成的过高的势能的作用。实际效果如何呢，我们先来分析一下排水立管中水流的流态情况。实验表明：排水立管中水流的流态大致分为以下几种：

①流量较小时，水流沿着管壁做螺旋运动，随着水量的增加，螺旋运动被破坏，当水量足够覆盖管壁时，螺旋流停止。水流附着管壁而作片状下落的附壁流。

②当流量继续增加到足够大时，由于空气的阻力和管壁的摩擦作用而形成水的隔膜运动，水膜运动开始后便以加速度下降，下降到一定的距离，当水流所受管壁摩擦力与其重力平衡时，便做匀速运动，水膜厚度不再变化。此时的速度即为水膜流的“终限流速”，自水流入口处至形成终限流速的距离称为“终限长度”。对于一定的管径,如果流量越大，其终限流速及终限长度也越大。

③当水量更大时,即水流充满立管断面的1/3以上时,水膜的形成更加频繁，以至容易变为较稳定的水塞运动。水塞的形成会引起立管内气压激烈的波动,容易破坏排水水封。在水膜流终限流速状态下计算出的流量为临界流量。而我国规范规定的临界流量值约为理论临界流量值的一半,已考虑了实际污水中带有大块杂质、出流实际不稳定及立管负压段对横管出流的强烈抽吸而造成的短时高峰流量等因素。有资料表明，对应于流量9L/s其流速4m/s时的终限长度值约为3m，即水流从支管出口流入立管后，大约经过一层楼的高度,便保持水膜层厚度和流速不变。因此，在规范规定的立管排水能力范围内设计时，立管水流在流经3m左右的距离处已达到终限流速状态，流速不再增加，故排水立管没有必要设置消能设施。但基于改善水力条件，提高立管排水能力，保护卫生器具的水封，同时保证立管内的空气流通，排除管道中的有害气体考虑，超高层建筑排水立管应设专用通气立管。

10结语

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水泥和地基土的搅拌结合体是水泥土搅拌桩的主要工作原料，每当我们把水泥混入到软性土质中的时候，水泥遇到土中的水就会在水泥颗粒间发生一系列的水化和水解反应，形成水泥水化物并生成凝胶体，这个是水泥土搅拌桩软性土质地基加固过程的核心原理，之后将小土团或土颗粒凝结在一起就会形成一种稳定的结构整体，而且这些水化物自身将继续硬化，最终形成水泥石骨架。与此同时，有些则会与其周围其他具有一定活性的粘土颗粒发生团粒化作用并进行离子交换，通过硬凝反应、碳酸反应最终形成不溶于水的稳定的结晶化合物，进而形成了具有整体性、稳定性的水泥土加固体。

2通过举例说明在高层建筑地基处理过程中水泥搅拌桩技术的具体运用

2.1简述北京某大型写字楼的工程概况。北京某“工”字型的大型写字楼平面布局图，它的主要走向为由南北方向展开，其写字楼东部长约24m，宽约9.1m，西部长约9.1m，40.4m，宽约为15m，该写字楼总高16层，它的总面积大约为871m2。

2.2现场勘查资料。在地基加固工程具体施工之前，根据现场相关资料勘查显示：该写字楼处于第四系冲积层的上部，它的主要岩性主要分为粉土、粉砂、细砂、粉质粘土四大类型，具体可以分为12层，它的最大揭穿深度为51.4m，如果采用水泥搅拌地基加固法，则它的桩身高度应该位于第2到第9层。与此同时，它的水位埋深为7.1m，第2到第8层地基承载力约为110~140kPa，第8到第9层天然地基承载力可达到160~250kPa，同时水泥土搅拌桩的设计置换率m取19.0%，并采用三角形布置，桩中心间距为1.2m，桩数总量n为1421根，通过加固后的复合地基承载力约为为300kPa，对于附加应力较大的电梯井处，水泥土搅拌桩的桩径采用600mm，以保障局部应力集中和沉降过大。

2.3施工过程中的质量检测。在水泥搅拌桩工程的具体实施过程中，我们需要进行严格的质量监督及检测，以确保整个工程的顺利进行，并提高工作效率，节省施工资金。具体的监督、检测如下：1）做好水泥搅拌桩的中心桩位定位工作，使其桩位差严格控制在2cm以下；2）施工前，要严格对整个系统进行检测工作；3）注重水泥的质量及泥浆调配比例；4）采取行和列跳打法，防止桩变形；5）做好已打好桩的标记工作，避免发生漏错；6）四个工作日后，相关部门的工作人员需对打好的水泥桩进行质量复测。

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随着城市人口的不断增长、城市面积的不断扩大，高层建筑就要充分利用城市土地，在投资和规划时要兼顾，考虑高层容积率。随着社会经济发达，城市规划及建筑师在环境规划、城市布局中，除考虑建筑形式外，还要注意城市与环境协调统一、建筑功能与人民生活关联、足够绿化面积、休闲停车散步空间等问题。城市中有许多单体建筑工程，在很小的面积内如何吸引眼球，是设计者们思考的重点问题，这就造成了高层建筑立面更为复杂、新奇。城市在发展，历史要保护，如何使二者协调统一起来，这也是设计师们需要考虑的问题。城市的发展中还会遇到旅游用房、高级旅馆、办公建筑、经济适用房、商品住宅等形态的建筑，不同的建筑要有不同的设计理念，保证价格合理的前提下，功能要完备，设计时都需要考虑进去，只有这样，才能设计好高层建筑，满足人们生产生活需要。

2高层建筑设计中存在的问题

按照建筑设计防火规范，高层商业建筑须采用封闭楼梯间或防烟楼梯间，但在开发过程中，为满足大客流量及开阔的视野，在高层商业建筑中往往设计出宽大的敞开楼梯，用于客流通道。一般的开发商采用防火卷帘封闭对大型敞开楼梯间进行设计，同时又设计了符合规范要求的数量和形式的疏散楼梯。此种设计方式是不太可取的，因为它明显的违背了人们在火灾情况下的实际疏散的一个趋向。按防火规范要求，地上层与地下层不宜共用楼梯间，容易在人员疏散时进入地下层，造成不必要的伤害。通过实践观察，以上问题往往在设计及防火审核中被相关负责设计和审核人员所忽视，这些问题虽然细微，但一定要注意，因为高层建筑设计是为人们更好的居住建设的，一定要具备更高的安全性，保障人们生命财产安全。

3高层建筑设计的要点

3.1高层建筑的主体设计要点

有特点的高层设计，能展现一个城市的容貌和发展状况，外地客人通过高层建筑的建筑风格感受城市人文风貌，所以设计师为高层建筑选择合理的造型和设计风格显的尤为重要。高层建筑不论怎么变化，都离不开一个建筑结构，只有合理的结构才能保证建筑稳固性，受结构的限制、使用功能的约束、符合人们的居住要求，一般的高层建筑风格都是比较规则的，很少太多变化的。一般城市中很多这样的结构式高层建筑，尽管是通过一些外部装修，给人明快的感受，但却失去了一些设计师、建筑师的创造性和风格化。高层建筑的塔楼是主体部分，它的样式起着决定性的作用。

3.2高层建筑外部尺度设计的原则

城市轮廓线是一个城市的形态，那么在城市防火规范组织中，起最大影响力的就是高层建筑，高层建筑与城市环境要在尺度上进行统一协调，在设计时充分考虑高层建筑布置对城市轮廓线的影响。在对高层建筑设计时，一定要实地考察调研，不能光凭想象画图纸，应充分考虑建筑的整体尺度、街道尺度、近人尺度、细部尺度等问题，在以上尺度设计中都要遵守尺度的统一性，只有这样才能保证高层建筑物与城市之间、整体与局部之间、局部与局部之间及与人之间保持良好的有机协调。高层建筑物上要有一些局部形象尺度，能使人把握其整体大小，除此之外，也可用一些屋檐、台阶、柱子、楼梯等来调整建筑物的体量，保持高层建筑自身特征，人们通过尺度把握使高层建筑融合到人们生活中。

3.3充分发挥空间作用

高层建筑占地面积一般都较广、体量巨大，有的建筑给人不好的感受，让人一下进入不和谐的空间里，这是由于高层建筑的体量对比所造成的街道空间一种突然的压迫感。所以，高层建筑在设计时应该在对其进行后退处理，在其退出的用地上设计一个起到空间缓冲的空间，比如广场、公园、道路等。通过巧妙的设计，排除人们的压迫感，这样的设计增加了人们对建筑的亲切感，人们心理不那么压迫的同时，还可以在进出建筑物时，感受时代元素、休闲乐趣，增加了城市环境重要节点。

3.4其他处理方式