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超高层建筑给排水的挑战和对策华东建筑设计研究院·冯旭东一.“超高层建筑”的定义二.兴建超高层建筑的意义三.超高层建筑对建筑给排水技术的挑战四.超高层建筑给排水工程案例一.“超高层建筑”的定义1.国外定义1972年国际高层建筑会议划分是：第一类9~16层（50m以下）；第二类17~25层（75m以下）；第三类26~40层（100m以下）；第四类40层以上（超过100m）。但对此国外持上升趋势，目前大致认为：High-rise高层Skyscraper摩天大楼Supertall超级高层Meqatall巨型高层35～150m(500ft)152～300m(1000ft)≥600m(2000ft)300～600m(2000ft)2.国内定义国家标准《高层民用建筑设计防火规范》GBJ45—821.0.3本规范适用于下列新建、扩建和改建的高层建筑及与其相连的附属建筑：一.十层及十层以上的住宅建筑（包括底层设置商业服务网点的住宅）；二.建筑高度超过24m的其他民用建筑。本规范不适用于建筑高度超过100米的民用建筑和单层主体建筑高度超过24m的体育馆、会堂、剧院等公共建筑以及高层民用建筑中的人民防空地下室。95版《高规》中删除了“不适用于建筑高度超过100m”的规定，原因：①国内已经建成或施工的建筑高度超过100m的高层建筑，在防火设计上，除了符合修订的《高规》要求外，没有更高的措施。②总结了国内高层建筑实际防火设计经验，对23幢建筑高度超过100m的高层建筑都作了较深入的了解，将其合理部分、行之有效的内容吸收到本规范中来。③日本、美国、英国、新加坡和香港等国家和地区的防火规范没有封顶，我们认为是符合实际需要，是合理的。④吸收了国外有关建筑高度超过100m的高层建筑防火设计的合理内容。但是《高规》一些条文的技术措施仍以建筑高度是否大于100m为依据，例如：5.3.3楼板防火分隔6.1.13避难层6.1.14直升机停机坪7.2.4消防卷盘7.4.6充实水柱7.4.7最不利点消火栓静压7.6.1喷淋全保护9.4.1火灾自动报警系统5.3.3高层建筑的竖向管道井和电缆井，都是拔烟的通道。若防火分隔不当或未作恰当防火处理，当建筑物某层起火时竖井不仅会助长火势，而且还成为火与烟气迅速传播的途径，造成扑救困难。建筑高度超过100m的高层建筑，考虑到火灾扑救难度更大，垂直蔓延速度更快等不利因素，因此要求应在每层楼板处用相当于楼板耐火极限的不燃烧体作为防火分隔。6.1.13超高层建筑具有楼层数多、人员众多的特点，一旦遇到火灾，要将建筑物内的人员完全疏散到室外比较困难。故要求建筑高度超过100m的公共建筑应设置避难层或避难间，作为人员逃避火灾威胁的安全场所。避难层6.1.14根据国外情况，高层建筑设置直升机停机坪，发生火灾时对人员疏散有积极作用，是一种可行的安全技术措施。考虑到我国的国情于经济承受能力、消防装备等方面的具体问题，要求建筑高度超过100m、且标准层建筑面积超过1000m2的公共建筑，宜设置屋顶直升机停机坪或供直升机救助的设施，并对其设置的技术要求作了具体规定（含“在停机坪的适当位置应设置消火栓”）。7.2.4消防卷盘适用于扑救碳水化合物引起的初期火灾。它构造简单、价格便宜、操作方便，未经专门训练的非专业消防人员也能使用。在建筑高度超过100m的高层建筑中设置，可供楼内的职工使用。7.4.6由于火场烟雾大，辐射热高，扑救火灾有一定的困难。为使消防水枪射出的水流能射及火源和防止火焰热辐射烤伤消防人员，故充实水柱应保证一定的长度。建筑高度超过100m的高层建筑的充实水柱不应小于13m。7.4.7消防水箱的主要作用是供给建筑物初期火灾时的消防用水水量，并保证相应的水压要求。水箱设置的高低对于扑救建筑物顶层或附近几层的火灾关系较大，压力低了影响灭火效率。建筑高度超过100m的高层建筑的高位消防水箱的设置高度，应保证最不利点消火栓静水压力不低于0.15MPa。7.6.1国内外经验证明,自动喷水灭火设备有良好的灭火效果,应积极推广采用,以保证高层建筑的消防安全。由于超高层建筑火灾蔓延速度快，疏散困难，扑救难度大，因此要求建筑高度超过100m的高层建筑及其裙房，除游泳池、溜冰场、建筑面积小于5.0m2的卫生间外、不设集中空调且户门为甲级防火门的住宅的户内用房和不宜用水扑救的部位外，均应设置自动喷水灭火系统9.4.1许多火灾、火警实例说明，火灾自动报警系统有着良好的作用，能国早期报告火灾，及时进行扑救，减少和避免重大火灾的发生。因此要求建筑高度超过100m的高层建筑，除游泳池、溜冰场、卫生间外，均应设置火灾自动报警系统。国家标准《民用建筑设计通则》GB50352-20053.1.2民用建筑按地上层数或高度分类划分应符合下列规定：3建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。上海市工程建设规范《民用建筑水灭火系统设计规程》DGJ08-94-20012.1.3超高层建筑skyscraper建筑高度超过100m的高层建筑。《高规》GB50045—95版增加了1.0.5条。1.0.5当高层建筑的建筑高度超过250m时，建筑设计采取的特殊的防火措施，应提交国家消防主管部门组织专题研究、论证。条文说明：……对于建筑高度超过250m的民用建筑，需要对消防给水、安全疏散和消防的装备水平等进行专题研究，提出适当的防火措施，因此，为了保证高层建筑设计的防火安全，加强宏观控制，本条规定，凡是建筑高度超过250m的民用建筑，在建筑设计中采取的特殊的防火措施，要提交国家消防主管部门组织专题研究、论证。二.兴建高层建筑的意义从19世纪90年代在芝加哥出现第一幢摩天楼以来至21世纪，超高层建筑已经成为了世界大都会的形象标志。而中国城市伴随着改革开放以来经济的快速发展，城市人口的急剧增加，土地供应的紧张，建筑垂直发展成为了必然的趋势。而技术手段的不断成熟，以及表达城市形象的愿望，更使得越来越多的超高层建筑在城市中出现。区域人口与超高层建筑数量的关系以上海为例，到2008年为止，上海的高层建筑有8700多幢，超过100米的超高层建筑有400多幢，数量已居全球第一。截至2011年9月8日的统计数据，我院设计的超高层建筑项目：200m+、104幢；300m+、32幢；400m+、16幢。帝国大厦美国国际大厦三普大楼（大通曼哈顿银行大厦）纽约纽约纽约381m290.17m282.55m102F/1B67F71F办公办公办公1930~19311930~19321929~1932日本六本木森大厦迪拜塔马来西亚石油双塔东京迪拜吉隆坡238m（38万m2）828m451.9m52F163F/1B88F/5B住宅、办公、酒店、商业办公、酒店办公、酒店20032002~20101994~1997《2011中国摩天城市排行榜》第一份以摩天大楼数量来衡量城市竞争力的研究报告。我国已建成摩天楼300多座，排行前十位的城市：排名城市名称已建成摩天楼数量（座）1香港582上海513深圳464广州445南京236重庆187天津158武汉139北京1310大连11全球10大高楼，中国已占5座（已建成）。台北101大厦上海环球金融中心香港环球贸易广场508m（28.95万m2）492m484m101F/5B101F/3B108F/4B办公、商业办公、酒店办公、酒店20042003~2008200~2010（2）（3）（4）南京紫峰大厦广州国际金融中心（西塔）450m（26.1万m2）440m（44.8万m2）66F/4B103F/4B办公、酒店、商业办公、酒店、公寓、商业2005~20092007~2009（7）（9）2011我国在建摩天楼超过200座，排行前十位的城市：排名城市名称已建成摩天楼数量（座）1广州212上海133成都124天津165深圳126大连107沈阳168重庆129无锡1010杭州9未来3年，我国平均每5天有一座摩天楼封顶；并还在规划超过300座摩天楼，5年后我国将超过800座，达到现今美国总数的4倍。北京国贸大厦三期中央电视台新台址北京北京330m（29.7万m2）234m76F/4B52F/3B办公、酒店办公2005~20102003~上海中心632m128F环球金融中心492m101m金茂大厦420.5m93F世茂国际广场333.3~246.5m60F白玉兰广场319.5m67F会德丰国际广场274~298m59F恒隆广场288.2m66F香港新世界大厦242~278.3m61F明天广场238~284.6m58F117大厦597m117F周大福滨海中心530m96F富力摩根大厦439m93F联合钢铁大厦358m80F环球金融中心336.9m76F国际贸易中心300m80F信达广场238m51F金皇大厦118~208m47F/3B滨江万丽酒店203m48F邮电通讯中心183m26F武汉中心亚洲国际金融中心龙希国际大酒店武汉广西省防城港市江苏省华西村438m528m328m88F/4B109F74F办公、酒店、公寓、商业酒店2010~2010.3开工2010城市高度=城市竞争力？整座城市的竞争力是由经济、教育、文化、生态等多方面决定的。美国高度排名前50的摩天大楼的投资方，只有16座来自房地产或者物业公司，其余34座主要来自零售、石化、汽车、航空、港口等实体企业。我国高度排名前50的摩天大楼（已建成）的投资方，房地产企业占25座。三.超高层建筑建筑给排水技术的挑战1建筑高度：超高2345建筑面积：超大业态功能：复杂建设周期：较长建设难度：较大1.建筑高度建筑高度的不断上升，不仅是量的增加，更重要的是质的变化。单位面积造价随楼层数与高度而增加（给排水系统造价也相应增加）。00.20.40.60.811.21.41.621~30F31~42F＞42F1.311.01.482.建筑面积为了保证超高层建筑良好的经济性，建筑规模不能太小，每层建筑面积不宜小于1200m2，以保持合理的有效面积率（指使用面积在建筑面积中所占比例，一般不应低于65%）。有效面积率偏低的原因：办公建筑——国外办公楼使用部分进深约10~14m；客房数量——每层不少于27间。核心筒功能：①垂直交通系统（客梯、货梯）；②疏散系统；③结构系统及构件；④机电辅助系统（管道井3~5%）；⑤辅助系统（卫生间、茶水间、清洁间等）；⑥公共空间。第一代：以办公业态为主项目，部分项目含观光、餐饮功能。第二代：以办公+酒店+商业业态为主项目，部分含观光功能。第三代A：以办公+酒店+公寓（或住宅）+商业业态为主项目。第三代B：以酒店+公寓（或住宅）为主项目。第三代C：以公寓（或住宅）+商业配套为主项目。3.业态功能超高层建筑综合体超高层建筑使用功能较多，不仅由多业态（如办公、酒店、公寓、商业、健身等）组成，有时还因集资建造而为不同单位所拥有。因市中心用地范围有限，平面无法展开，故重在叠合，要在剖面上为各部分安排合理位置，使各得其所。酒店——进出人流车辆多，公共活动及饮食等部分要求有高大空间，设备及其他附属部分有噪声及震动；公寓——要求居住舒适、环境美观，垂直交通能便捷到达进出口及大堂；办公——要求环境清静、干扰少，进出交通量在时间上较集中。4.建设周期项目建设资金投入大，经济形式与政策调控对项目的建设影响大。目前在国内超高层建筑项目建设周期都超过5~6年，在这个过程至少经历过一次经济危机以及政策调控。5.建设难度⑴相关单位多，综合整理和管理难度大。（仅设计单位除常规的建筑、结构、机电专业外，还有大量的专业设计如幕墙设计、灯光设计、电梯流量、声学设计、钢结构深化等十几家到几十家，再加上施工和分包，相关单位要超过上百家）⑵设计与施工难度大，涉及众多技术难题与专项审批以及施工难题。（抗震和消防需经过专题论证）⑶政治影响大，受到关注多。（往往都是省市的重点项目，受到省长、市长等相关领导的关注，所以对建设运营管理能力的要求非常高）建筑给排水应关注的技术问题：⑴分质供水技术；⑵供水方式的选择；⑶排水立管最大通水能力的确定；⑷排水立管的消能；⑸屋面雨水的排除；⑹相关