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超高层建筑设备层概念及设置形式

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01 超高层建筑的设备层概念 超高层建筑的设备层是指沿结构高度设置、专门用来布置空调、给排水、电气、电梯机房等设备的楼层。由于建筑高度大、层数多,设备所承受的负荷很大,除了用地下层或屋顶层作为设备层外,还需要在中间层设置设备层,将各设备系统(给排水、空调等)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。 设备层的具体位置通常结合建筑的使用功能、避难层的位置、结构布置形式、电梯竖向分区、空调 方式、给水方式等因素综合加以考虑。


01 超高层建筑的设备层概念

超高层建筑的设备层是指沿结构高度设置、专门用来布置空调、给排水、电气、电梯机房等设备的楼层。由于建筑高度大、层数多,设备所承受的负荷很大,除了用地下层或屋顶层作为设备层外,还需要在中间层设置设备层,将各设备系统(给排水、空调等)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。


设备层的具体位置通常结合建筑的使用功能、避难层的位置、结构布置形式、电梯竖向分区、空调 方式、给水方式等因素综合加以考虑。

设备层一般与避难层相结合设置。根据 《建筑设计防火规范》(GB50016)第5.5.23条【强制性条文】 规定 :“ 建筑高度大于100m的公共建筑,应设置避难层(间)。避难层(间)应符合下列规定: 1. 一个 避难层(间)的楼地面至灭 火救援场地地面的高度不应大于50m,两个避难层( 间)之间的高度不宜大于50m;


避难层可以兼作设备层,但设备管道要集中布置。

设备层还常与结构加强层相结合设置。随着建筑高度的增加,风和地震作用产生的水平荷载逐渐成为结构的控制荷载,结构所受的水平荷载增加,侧向位移也会随之增大。为提高结构的侧向刚度,减少结构变形,需要沿结构高度设置加强层,即在筒体与外框架之间设置刚度较大的水平伸臂构件加强核心筒与框架柱的连系,必要时还要设置刚度较大的周边环带构件、腰桁架和帽桁架,加强外周框架角柱与翼缘柱的连系,加大结构的侧向刚度。加强层桁架尺度较大,所在楼层建筑空间难于利用,往往用来布置设备层。


300米以下的超高层,一般没有加强层,设备层与避难层相结合,每十五层设置一个设备层。300~400 米的超高层一般有二~三个加强层,六~七个避难层,其中二~三个设备层与加强层、避难层三者结合设置,其余的设备层与避难层结合设置;400米以上的超高层,加强层一般有四~八个,加强层高度往往是占据二个楼层高度,这时的设备层与避难层、加强层三者结合设置。


设备布置时,一般将产生振动、发热量大的重型设备,如制冷机、锅炉等放在地下室;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;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)放在裙房或建筑的最顶层。


结合上文,超高层中间设备层通常与避难层、结构加强层相结合布置,因此本指南将根据其不同结合形式对中间设备层的机电施工进行论述。


02 超高层建筑中间设备层机电安装的施工特点


中间设备层的设备安装与常规机电设备安装的显著区别就是多专业设备共用同一空间,集中程度高,设备之间的空间深化设计难度大。以下为中间设备层主要涵盖的机电设备:

由于转换层机电设备的集中程度高,造成机电施工各类管线的排布错综复杂,一方面机电管线首先要考虑与结构桁架、支架之间的交叉碰撞,另一方面还要考虑与各专业设备之间的连接等专业系统自身的空间布局。

同时,机电的设备转换层通常与避难层相结合,因此,机电施工还要考虑消防系统空间布局的特殊性,例如疏散照明,疏散指示、防火封堵等。


03 设备层的空间布置


中间层设备层的设置意义:

超高层设备层的布置从合理利用建筑空间、满足设备布置要求考虑,一般分为地下设备层、中间层设备层、顶层设备层。而中间层设备层的设置主要为了有效利用和节约设备管道空间、合理降低设备系统造价,以使空调、给水等设备的布置达到经济、合理。其中最早明确设置中间设备层的高层建筑,是1950年竣工的20层的纽约联合国大厦。


中间层设备层的布置情况:
超高层中间层设备层通常与结构加强层、避难层相结合,其设置形式通常分为两种,即设备层与避难层结合的“二合一”形式或者设备层、避难层、结构加强层结合的“三合一”形式。

深圳平安金融中心项目中间设备层布置图

以深圳平安金融中心为例(如上图所示),中间层设备层的设置基本通避难层相结合,根据《高层民用建筑设计防火规范》中对避难层设置间距的要求,因此中间层设备层的布置间距通常约15层。同时根据加强层竖向布置情况,会进行略微调整。


1 “二合一”形式
设备层与避难层结合时,结合层一般不超过两层。基本可以分为单层结合和多层结合两种形式,但避难层通常不单独分层。
深圳平安金融中心项目35层(35层与36层为同层,设备主要布置在35层)为单层结合形式,其避难层与设备层同层布置,以下为其布局图:

“二合一”形式单层结合布局图


深圳平安金融中心项目的49-50层为多层结合的形式,其组合形式仅在49层单层结合的基础上增加独立的 50层作为设备层。

“二合一”形式双层结合布局图


2 “三合一”形式
“三合一”形式,虽然仅在“二合一”结合形式中融合了结构加强层内容,即在原有梁柱结构的基础上补充加强结构整体稳定性的桁架系统。以下为深圳平安中心架构加强层结构模型。

“三合一”形式结构布置示意图


如上图所示,伸臂桁架的布置形式,将对设备层及避难层的设备搬运及深化设计产生一定影响。


04 重难点解析


1 空间管理

首先,机电设备层各类设备的空间合理排布是最大难点,要根据专业与专业之间的联系,以及设备与设备之间的功能联系来考虑平面定位,例如不同专业的水箱、稳压装置可相对集中布置,但又要考虑设备的几何尺寸与检修空间的要求,造成空间的管理设计难度较大。


其次,机房的安装施工其难点不在于如何把设备运输就位,不在于把设备、管道、阀门连接成一个系统,而是在于投入运行后,不存在因为管道安装工艺的问题对设备带来的不安全隐患,不存在因为照 图施工带来的运行维护和操作不方便的状况,更不应存在任何不安全的因素,而要达到整个机房管道设备层次清晰,支架体系安全合理,运行检修方便,甚至要达到每个螺栓的长度相等,成排阀门水平、垂直位置相同等等的细节。因此对于设备机房,需通过二次深化设计,规划整体共用支架、保证原功能不改变前提下,合理布置各类阀门、桥架、线缆管线的位置。


2 降噪减震

由于建筑技术的发展,建筑高层屡屡刷新纪录,属于配套的机电设备也不可避免地安装在更高的位置,这也凸显在中间层设备层中,因此如何对机电设备采用合理的安装方式以降低噪音和震动,利用隔声材料减弱噪声,创造舒适的室内环境就尤为重要。


噪音控制和减震施工,是每个中间层设备层都存在的问题,噪音和减震控制的好坏直接影响到系统设备管线的运行安全和使用寿命,而对于噪音的产生和传递,它涉及设备选型、土建吸声、设备管道减震、风管消音等多个方面,稍有不慎就可能造成超标。


通过系统的施工,科学的施工,最大限度控制系统的噪音控制和减震处理也将是超高层转换层机电系统安装的重点。
因此针对转换层对于生产和辅助区域的各类管线设备,在设计院图纸的基础上,全面的考虑和设置各类型的管道、设备减震措施,确保管线设备的运行安全。
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