超高层建筑电气竖井的研究

编者按：本文是笔者的论文，获今年中国建筑学会建筑电气分会技术年会优秀论文一等奖，刊登在《建筑电气》杂志2019年8期上，供大家交流。

超高层建筑电气竖井的研究

李炳华¹朱心月²王成 ²常昊²岳云涛²

（1. 悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司北京100013

2. 北京建筑大学北京 100044）

摘要：本文通过对国内部分超高层建筑核心筒和电气竖井实际情况进行数据采集和分析研究，得出了超高层建筑的筒层比和井筒比，并给出了超高层建筑强电竖井的数量及面积、弱电竖井的数量及面积建议值。

关键词：超高层建筑标准层核心筒电气竖井筒层比 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

近年来，随着建筑事业的发展及建筑用地的减少，建筑物的层数也日益增多。1972年，在美国Pennsylvanian（宾夕法尼亚）州的Bethlehem（伯利恒市）的国际高层建筑会议上，将40层以上，即建筑高度在100m以上的建筑叫作超高层建筑。而我国《民用建筑设计通则》GB50352-2005也定义了建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。

超高层建筑的出现，在一定程度上有效地缓解了建筑用地减少以及人口日益增多的困局，不仅满足了人们的基本物质需求，也依靠其美化环境，技术创新的特点满足了人们的精神需求。但是超高层建筑建设周期长，运营成本高，运行能耗高、人员管理难的特点也成为其不可避免的缺陷。另外，由于建筑物高度较高，极易造成采光问题及光污染；面对诸如火灾等突发灾害时，超高层建筑的弊端也远超一般建筑。这些都是影响超高层建筑发展的重要因素。

核心筒是超高层建筑的核心部分，通常位于建筑的中心位置，它与外围框架组成的外框内筒的结构能够有效地抵抗结构受力，并且具有很好的抗震作用，是目前采用较为普遍的建筑结构。同时，核心筒又是垂直交通的主要场所，其设计技术含量高，其布置合理性及面积大小均会影响超高层建筑物的品质。因此，讨论核心筒的面积，提高标准层的使用率是研究超高层建筑不可避免的话题。

电气竖井是超高层建筑物中另一个十分重要的部分。随着信息化、智能化系统的发展，电气系统的各类管路有增无减，通常采用在电气竖井内敷设垂直干线以及安装楼层配电箱（柜）的方式。由此，讨论电气竖井的个数、面积对优化超高层建筑结构，提高建筑物使用率有重要意义。

鉴于核心筒和电气竖井在超高层建筑中的重要程度，以下对国内部分超高层建筑物进行调查，通过分析筒层比和井筒比，讨论核心筒和电气竖井的平均面积和个数，提出优化建议以达到提高超高层建筑品质和面积使用率的目的。

为了更好的研究超高层建筑的核心筒和电气竖井，首先引入两个新概念。

筒层比：某层平面核心层面积与该层平面面积的比值，通常采用核心筒面积与标准层面积的比值。

井筒比：为某层平面电气竖井面积与该层核心筒面积的比值。

2 超高层建筑主要数据

进入21世纪以来，世界各国的超高层建筑物数目越来越多，目前仍有大量超高层建筑物在建。有关超高层建筑的标准和规范逐渐完善，此类建筑也越来越被人们所认可，目前超高层建筑的数量和质量已经成为各个国家各大城市之间实力比拼的一项重要数据。根据世界高层都市建筑学会CTBUH（Council on Tall Buildings and UrbanHabitat）全球超高层建筑物数据库中的数据显示，截止到2018年底，超过300m的建筑有145座，超过200米的建筑有1482座，而超过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层建筑物的首位。

随着现代建筑结构安全技术体系日渐成熟，近几年，我国在超高层建筑领域也取得了一定的成绩，超高层建筑已经在全国众多城市如雨后春笋般快速发展。截止到2018年底，中国大陆已建成的300m以上的超高层建筑共68项，占全球已建成的300m以上超高层建筑总数的46.90%。我国已投入使用的、高度最高的超高层建筑为上海中心，高度达632m，位居全球第二。笔者所工作的单位——悉地国际CCDI设计的深圳平安金融中心高度位居全国第二、全球第四，高度达599m。

图1为国内部分超高层建筑调研数据，300米以上的超高层建筑22座，其中500米以上的建筑有5座。图1直观地看出这些建筑之间的高度对比。

图1 国内部分超高层建筑高度对比

3 超高层建筑的标准层及核心筒

标准层，一般指平面布置相同的住宅楼层。在超高层建筑中，标准层的使用面积或标准层的使用率是衡量建筑品质及使用率的重要指标。

核心筒指在建筑的中央部分，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、公共卫生间、部分设备间等围护形成的中央核心部分，与外围框架形成一个外框内筒结构，多以钢筋混凝土浇筑。此种结构有利于结构受力和抗震，还可争取尽量宽敞的使用空间。一般要求核心筒面积越小越好，布局尽量紧凑。然而，随着现代建筑对舒适性和人性化要求的提高，以及考虑到日后设备升级等，核心筒面积有增大的趋势，同时对标准层使用率的影响也加大。

另外，考虑标准层使用率还需考虑核心筒中的电气竖井。电气竖井就是在建筑物中从底层到顶层留出一定截面的、供电气各系统使用的井道。电气竖井分为强电气竖井和弱电气竖井，一般分设在电梯井或楼梯间的两侧。电气竖井的数量、面积、位置选择会影响超高层建筑的品质和整体使用率，随着建筑物的功能日益增多，各类系统的管线也越来越多，电气竖井对标准层使用面积的影响力也日益增大。

下面对深圳平安国际金融中心和中钢国际广场分别进行分析。

3.1 深圳平安国际金融中心

深圳平安金融国际中心于2016年4月全面竣工，原本设计为660米，建成后总高度达到599米，共设有10个变电所，分设在地下二层、10F、25F、39F、52F、68F、81F、97F、111F。平安金融国际中心各层平面图略有不同，图2是其中一个标准图平面图。

图2 平安金融国际中心标准层平面示意图

由图2可以看出，对于平安金融国际中心，核心筒面积占其标准层面积将近35％，由于各层平面略有区别，各层的筒层比也略有不同；而标准层的强电气竖井和弱电气竖井均有两个，其中强电井面积平均值基本接近9㎡，弱电井面积平均值接近7㎡。

3.2 中钢国际广场

中钢国际广场建筑高度358米，总建筑面积为395000㎡，共有8个变电所。1-1#变电所为1#楼酒店服务，总容量为4×1250kVA；1-2#变电所为裙房服务，总容量为2×1250kVA；1-3#变电所为1#楼酒店冷冻站服务，总容量为2×1600kVA；2-1#变电所是一个分变电站，主要为建筑物B4~L33层供电，总容量为4×1600，2×2000kVA；2-2#变电所为T2冷冻站服务，总容量为4×1600kVA；2-3#变电所主要为2#楼L33~49层写字楼服务，总容量为4×1000kVA；2-4#变电所为2#楼L49~67层服务，总容量为4×1000kVA；2-5#变电所则为2#楼L67层及以上酒店服务，总容量为4×1000kVA。图3和4分别为中钢国际大厦变电所位置示意图及标准层平面示意图。

图3 中钢国际大厦变电所位置示意图

图4 中钢国际广场标准层平面示意图

由图4可以看出，对于中钢国际广场建筑，核心筒面积占其标准层面积接近30％；而标准层的强电气竖井有4个（其中1个为35kV电气竖井），弱电气竖井有2个，其中强电竖井面积平均值基本接近5㎡，弱电竖井面积平均值在7.5㎡左右。

3.3 其他超高层建筑

据了解，上海环球金融中心标准层如图5所示，其核心筒面积占标准层面积不到30％；而北京的中国尊，其核心筒面积占标准层面积在34％左右，如图6所示。

图5 上海环球金融中心标准层平面示意图

图6 中国尊标准层平面示意图

本次调查的超高层建筑相关数据见表1。

表1 部分超高层建筑相关数据

（续前）

注1：琶洲眼项目标准层面积西塔为1860m²、东塔为2100 m²，核心筒面积西塔356 m²、东塔495 m²；

注2：广州星河湾集团总部标准层建筑面积从底层2132 m²至高层1640 m²不等，其核心筒面积从底层578 m²至高层453 m²不等；

注3：该建筑为59层商业办公楼及5层商业楼各1幢；

注4：该项目为金融城起步区AT090902地块项目。

4超高层建筑的筒层比及井筒比

4.1 筒层比

根据筒层比的定义可知，核心筒的面积直接影响到标准层的使用面积，进而影响建筑物的经济性和品质。一般来说，筒层比越大，建筑品质越高，电梯设置数量相对多些；反之，筒层比小，建筑面积使用率高，经济性好。因此讨论筒层比是十分必要的。图7为国内部分超高层建筑筒层比示意图。

图7 国内部分超高层建筑筒层比示意图

由上图可知，筒层比最高的超高层建筑为位于北京的CBD-Z12，该建筑核心筒在标准层的占比较大，标准层使用率较低。调查表明，国内建筑的筒层比基本均在14％到38％之间，平均为26％。

4.2 井筒比

电气竖井作为核心筒的一部分，影响着建筑物使用面积，研究电气竖井的数量和面积对提高超高层建筑的使用率、建筑品质、可靠性是十分必要的。图8为国内部分超高层建筑井筒比示意图。

图8 国内部分超高层建筑井筒比示意图

由上图可知，国内超高层建筑的井筒比有高有低，最高可达到8.5％左右，最低不到2％。调查表明，我国超高层建筑物的井筒比平均值接近4.2％，多在2％到8.5％之间。

5 超高层建筑的电气竖井数量及面积

在研究电气竖井对超高层建筑物的影响时，对其数量和面积的调查是不可避免的。作为超高层建筑，我们希望提高建筑使用率，这就需要合理的减小包括电气竖井在内的所有管道竖井的占用面积。

图9列举了一些超高层建筑电气竖井的数量。调查表明，在超高层建筑中，强电竖井多在2个及以上，高度高、功能复杂的项目竖井数量相应较多，重要项目设置了高压竖井和应急竖井；弱电竖井多为1个和2个，高度较高的建筑设置不少于2个弱电竖井。

图9 超高层建筑电气竖井数量

图10列举了一些超高层建筑电气竖井的面积。通过图中可知，我们可以看出，在超高层建筑中，强电竖井平均面积为6㎡/个，最大面积超过11㎡，最小为高压竖井0.7㎡，最小面积的竖井只能走线；弱电竖井平均面积为7㎡/个，最大为18.5㎡，最小的面积为2.5㎡，最大与最小出现在同一个项目中。

图10 超高层建筑电气竖井面积

6 总结

在超高层建筑设计中，通过对国内部分超高层建筑核心筒和电气竖井的数据进行分析、研究，可以得出如下结论：

• 超高层建筑的筒层比在14%到38%之间，平均值为26%；

• 井筒比平均值为4.2%，多在2%到8.5%范围内。建议井筒比控制在3％到6%之间；

• 强电竖井多在2个及以上，高度高、功能复杂的项目竖井数量相应较多，重要项目设置了高压竖井和应急竖井；

• 强电竖井平均面积为6㎡/个，最大面积超过11㎡/个；最小为高压竖井0.7㎡ /个。建议强电低压竖井面积为5~7㎡/个，高压竖井在2~4㎡/个；

• 弱电竖井多为1个和2个，弱电竖井平均面积为7㎡/个，最大为18.5㎡/个，最小的面积为2.5㎡/个，最大与最小出现在同一个项目中。建议弱电竖井面积为5~8 ㎡/个，高度较高的建筑设置不少于2个弱电竖井。

参考文献

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