高層建築

超過一定層數或高度的建築將成為高層建築。高層建築的起點高度或層數，各國規定不一，且多無絕對、嚴格的標準。

在中國，舊規範規定：8層以下的建築都被稱為多層建築，而目前，接近20層的稱為中高層，30層左右接近100m稱為高層建築，而50層左右200m以上稱為超高層。在新《高規》即《高層建築混凝土結構技術規程》（JGJ3－2002）里規定：10層及10層以上或高度超過28m的鋼筋混凝土結構稱為高層建築結構。當建築高度超過100m時，稱為超高層建築。

中國的房屋6層及6層以上就需要設置電梯，對10層以上的房屋就有提出特殊的防火要求的防火規範，因此中國的《民用建築設計通則》（GB 50352—2005）、。

國外定義

在美國，24.6m或7層以上視為高層建築；在日本，31m或8層及以上視為高層建築；在英國，把等於或大於24.3m的建築視為高層建築。

數據截至到2015年8月

中國《民用建築設計通則》（GB 50352—2005）將住宅建築依層數劃分為：一層至三層為低層住宅，四層至六層為多層住宅，七層至九層為中高層住宅，十層及十層以上為高層住宅。除住宅建築之外的民用建築高度不大於24m者為單層和多層建築，大於24m者為高層建築（不包括建築高度大於24m的單層公共建築）；建築高度大於100m的民用建築為超高層建築。

建築高度的計算：當為坡屋面時，應為建築物室外設計地面到其檐口的高度；當為平屋面（包括有女兒牆的平屋面）時，應為建築物室外設計地面到其屋面面層的高度；當同一座建築物有多種屋面形式時，建築高度應按上述方法分別計算后取其中最大值。局部突出屋頂的瞭望塔、冷卻塔、水箱間、微波天線間或設施、電梯機房、排風和排煙機房以及樓梯出口小間等，可不計入建築高度內。

古代就開始建造高層建築，埃及於公元前280年建造的亞歷山大港燈塔，高100多米，為石結構（今留殘址）。中國建於523年的河南登封縣嵩岳寺塔，高40米，為磚結構，建於1056年的山西應縣佛宮寺釋迦塔，高67米多，為木結構，均保存至今。

現代高層建築首先從美國興起，1883年在芝加哥建造了第一幢磚石自承重和鋼框架結構的保險公司大樓，高11層。1913 年在紐約建成的伍爾沃思大樓，高52層。1931年在紐約建成的帝國州大廈，高381米，102層。第二次世界大戰後，出現了世界範圍內的高層建築繁榮時期。1962～1976年建於紐約的兩座世界貿易中心大樓，各為110層，高411米。1974年建於芝加哥的西爾斯大廈為110層，高443米，曾經是世界上最高的建築。加拿大興建了多倫多的商業宮和第一銀行大廈，前者高239米，後者高295米。日本近十幾年來建起大量高百米以上的建築，如東京池袋陽光大樓為60層，高226米。法國巴黎德方斯區有30～50層高層建築幾十幢。蘇聯在1971年建造了40層的建築，並發展為高層建築群。

中國近代的高層建築始建於20世紀20～30年代。1934年在上海建成國際飯店，高22層。50年代在北京建成13層的民族飯店、15層的民航大樓；60年代在廣州建成18層的人民大廈、27層的廣州賓館。70年代末期起，全國各大城市興建了大量的高層住宅，如北京前三門、復興門、建國門和上海漕溪北路等處，都建起12～16層的高層住宅建築群，以及大批高層辦公樓、旅館。中國1986年建成的深圳國際貿易中心大廈，高50層。上海金茂大廈於1994年開工，1998年建成，有地上88層，若再加上尖塔的樓層共有93層，地下3層。上海環球金融中心是位於中國上海陸家嘴的一棟摩天大樓，2008年8月29日竣工。是中國目前第二高樓、世界第三高樓、世界最高的平頂式大樓，樓高492米，地上101層。

世界各城市的生產和消費的發展達到一定程度后，莫不積極致力於提高城市建築的層數。實踐證明，高層建築可以帶來明顯的社會經濟效益：首先，使人口集中，可利用建築內部的豎向和橫向交通縮短部門之間的聯繫距離，從而提高效率；其次能使大面積建築的用地大幅度縮小，有可能在城市中心地段選址；再是，可以減少市政建設投資和縮短建築工期。

主要有：①關於城市經濟效益和環境效益問題，應遵照城市規劃部門指定的地段和控制高度建造，而不能完全根據建築本身的需要。②高層建築由於應力增加，設備和裝修水平必須提高，施工難度增大，因而造價必然大大高於多層建築。因此，需要各專業設計人員密切合作使平面布局合理，提高使用係數，做到構造簡潔，自重輕，便於安裝，綜合降低造價。③高層建築最突出的是防火安全設計，各專業設計人員應嚴格遵守高層建築設計防火規範的規定。

當高層建築的層數和高度增加到一定程度時，它的功能適用性、技術合理性和經濟可行性都將發生質的變化。與多層建築相比，在設計上、技術上都有許多新的問題需要加以考慮和解決。

主要有：①總平面布局要加大防火間距，處理嚴重的日照干擾，為大量集中的人口疏散和停放車輛安排通道和場地。②在符合功能要求的基礎上將多層重複的建築平面布局標準化、統一化，以滿足主體結構、設備管線、電氣配線分區、防火疏散等豎向設計技術的要求。③合理布置豎向交通中心，確定樓梯、電梯的數量和布置方式，保證使用效率和防火安全。④內外建築裝修、構造、用料和做法必須適應因風力、地震、溫度變化等所引起的變形和安全問題。⑤在建築藝術方面要考慮高大體型在城市和群體中的形象和全方位造型效果。

主要有：①考慮高層建築遇到巨大風力和地震力時所產生的水平側向力。②嚴格控制高層建築體型的高寬比例，以保證其穩定性。③使建築平面、體型、立面的質量和剛度盡量保持對稱和勻稱，使整體結構不出現薄弱環節。④妥善處理因風力、地震、溫度變化和基礎沉降帶來的變形節點構造。⑤考慮在重量大、基礎深的地質條件下如何保證安全可靠的設計技術和施工條件問題。

主要有：①設計供暖和給水排水系統時，必須考慮因建築高度增大的壓力，保證管道、爐片具有耐壓能力。②特殊處理消防和排煙問題。③在供暖、通風中考慮因高處風力增大而增加的空氣滲透和中合面以上、以下的熱壓變化對於散熱量計算的重要影響。④考慮由於增加了電梯、水箱供水和消防動力用電，對電氣設計的區域配電和幹線、支線布置提出的要求。

1 從基坑開挖至基坑回填完成期間軟土地區尚應延長個月應對影響區範圍內的鄰近建築物和管線垂直與水平變形進行監測。

2 實施降水和回灌方案時應進行降水觀測井和回灌觀測井的水位測試以及鄰近建築物管線的沉陷與水平位移觀測

3 採用護坡樁系統時，應對擋土樁的變形樁的內力變化進行監測。

4 當採用地下連續牆作為圍護結構時，應監測牆體位移、平面變形、結構整體穩定、土壓力、孔隙水壓力、土體位移和地下水位等項目。

5 基坑開挖過程中，應對水平支撐系統和錨桿的工作狀態進行檢查和監測。

6 施工中應進行大體積混凝土的測溫工作。測溫點的布置應便於繪製溫度變化梯度圖，可布置在基礎平面的對稱軸和對角線上。測溫點應設在混凝土結構厚度的1/2、1/4和表面處，離鋼筋的距離應大於320MM.。

80年代，是中國高層建築在設計計算及施工技術各方面迅速發展的階段。各大中城市普遍興建高度在100m左右或100m以上的以鋼筋為主的建築，建築層數和高度不斷增加，功能和類型越來越複雜，結構體系日趨多樣化。比較有代表性的高層建築有上海錦江飯店，它是一座現代化的高級賓館，總高153.52m，全部採用框架一芯牆全鋼結構體系，深圳發展中心大廈43層高165.3m，加上天線的高度共185.3m，這是中國第一幢大型高層鋼結構建築。進入90年代中國高層建築結構的設計與施工技術進入了新的階段。不僅結構體系及建築材料出現多樣化而且在高度上長幅很大有一個飛躍。深圳於1995年6月封頂的地王大廈，81層高，385.95m為鋼結構，它居目前世界建築的第四位。

建築結構抗震規範

建築結構抗震規範實際上是各國建築抗震經驗帶有權威性的總結，是指導建築抗震設計（包括結構動力計算，結構抗震措施以及地基抗震分析等主要內容）的法定性文件它既反映了各個國家經濟與建設的時代水平，又反映了各個國家的具體抗震實踐經驗。它雖然受抗震有關科學理論的引導，向技術經濟合理性的方向發展，但它更要有堅定的工程實踐基礎，把建築工程的安全性放在首位，容不得半點冒險和不實。正是基於這種認識，現代規範中的條文有的被列為強制性條文，有的條文中用了“嚴禁，不得，不許，不宜”等體現不同程度限制性和“必須，應該，宜於，可以”等體現不同程度靈活性的用詞。

抗震設計的理論

1、擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀10~40年代發展起來的一種理論，它在估計地震對結構的作用時，僅假定結構為剛性，地震力水平作用在結構或構件的質量中心上。地震力的大小當於結構的重量乘以一個比例常數（地震係數）。

2、反應譜理論。反應譜理論是在加世紀40~60年代發展起來的，它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解，以及結構動力反應特性的研究為基礎，是加理工學院的一些研究學者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。

3、動力理論。動力理論是20世紀70－80年廣為應用的地震動力理論。它的發展除了基於60年代以來電子計算機技術和試驗技術的發展外，人們對各類結構在地震作用下的線性與非線性反應過程有了較多的了解，同時隨著強震觀測台站的不斷增多，各種受損結構的地震反應記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建築物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建築物的地震反應，從而完成抗震設計工作。

（一）高層建築抗震措施

在對結構的抗震設計中，除要考慮概念設計、結構抗震驗算外，歷次地震後人們在限制建築高度，提高結構延性（限制結構類型和結構材料使用）等方面總結的抗震經驗一直是各國規範重視的問題。當前，在抗震設計中，從概念設計，抗震驗算及構造措施等三方面入手，在將抗震與消震（結構延性）結合的基礎上，建立設計地震力與結構延性要求相互影響的雙重設計指標和方法，直至進一步通過一些結構措施（隔震措施，消能減震措施）來減震，即減小結構上的地震作用使得建築在地震中有良好而經濟的抗震性能是當代抗震設計規範發展的方向。而且，強柱弱梁，強剪弱彎和強節點弱構件在提高結構延性方面的作用已得到普遍的認可。

（二）高層建築的抗震設計理念

中國《建築抗震規範》（GB50011-2001）對建築的抗震設防提出“三水準、兩階段”的要求，“三水準”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當遭遇第一設防烈度地震即低於該地區抗震設防烈度的多遇地震時，結構處於彈性變形階段，建築物處於正常使用狀態。建築物一般不受損壞或不需修理仍可繼續使用。因此，要求建築結構滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態驗算，要求建築的彈性變形不超過規定的彈性變形限值。當遭遇第二設防烈度地震即相當於該地區抗震設防烈度的基本烈度地震時，結構屈服進入非彈性變形階段，建築物可能出現一定程度的破壞。但經一般修理或不需修理仍可繼續使用。因此，要求結構具有相當的延性能力（變形能力）不發生不可修復的脆性破壞。當遭遇第三設防烈度地震即高於該地區抗震設防烈度的罕遇地震時，結構雖然破壞較重，但結構的非彈性變形離結構的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發生危及生命的嚴重破壞，從而保障了人員的安全。因此，要求建築具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規定的彈塑性變形限值。

三個水準烈度的地震作用水平，按三個不同超越概率（或重現期）來區分的：多遇地震：50年超越概率63.2%，重現期50年；設防烈度地震（基本地震）：50年超越概率10%，重現期475年；罕遇地震：50年超越概率2%－3%，重現期1641－2475年，平均約為2000年。

對建築抗震的三個水準設防要求，是通過“兩階段”設計來實現的，其方法步驟如下：第一階段：第一步採用與第一水準烈度相應的地震動參數，先計算出結構在彈性狀態下的地震作用效應，與風、重力荷載效應組合，並引入承載力抗震調整係數，進行構件截面設計，從而滿足第一水準的強度要求；第二步是採用同一地震動參數計算出結構的層間位移角，使其不超過抗震規範所規定的限值；同時採用相應的抗震構造措施，保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準的變形要求。第二階段：採用與第三水準相對應的地震動參數，計算出結構（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環節）的彈塑性層間位移角，使之小於抗震規範的限值。並採用必要的抗震構造措施，從而滿足第三水準的防倒塌要求。

（三）高層建築結構的抗震設計方法

中國的《建築抗震設計規範》（GB50011-2001）對各類建築結構的抗震計算應採用的方法作了以下規定：1、高度不超過40m，以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分佈比較均勻的結構，以及近似於單質點體系的結構，可採用底部剪力法等簡化方法。2、除1款外的建築結構，宜採用振型分解反應譜方法。3、特別不規則的建築、甲類建築和限制高度範圍的高層建築，應採用時程分析法進行多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值。

關於高層建築防火安全問題

人類的高層建築的火災已經成為重大的災害，它涉及的範圍較廣，業主的財產以及人身安全受到重創。預防高層建築的防火安全性問題已成為重中之重。現代高層住宅建築的高度不斷延伸，往往是一層受災殃及整體建築。如何解決高層建築的火災防範問題是當今建設者們首當其衝面對的問題，應當引起全社會的關注。近年來，由於住宅小區火災的防範不到位，導致火災事件數量逐年攀升，對於人民生命財產所造成的損失也逐步擴大。消除這一安全隱患，應當是政府和建設部門的頭等大事。

一、高層建築的火災因素

（1）天然氣設施氣體泄漏造成的火災蔓延。

（2）家用電器使用不當而引起的火災。

（3）人為的火災因素。

（4）煙花爆竹燃放引起的火災。

（5）民用電線短路造成的火災。

（6）間接引發的火災。

二、高層建築防火材料及其技術規範問題：

（1）高層建築牆體的防火材料有質量問題。

（2）室內防火安全監控裝置失控，產品的技術性能不達標。

（3）建築材料的防火設施擴展使用問題沒有得到建設部門的支持。

（4）沒有建立高層建築自動滅火裝置的設計性規範條文。

（5）施工單位對於住宅裝飾材料的選型沒有統一的定性標準。

（6）沒有頒布完全禁止高層建築以及住宅小區煙花燃放法令。

（7）天然氣終端使用設備的安全性檢查不到位。

（8）沒有設立預防天然氣泄漏的安全監控裝置。

（9）季節性的安檢宣傳工作不到位。

三、關於高層建築的火災防範措施

（1）健全高層住宅火災的防範網路安全自動控制系統。

（2）縮減住宅建築的高度，以減少財產及生命的損失及傷害。

（3）降低高層建築的密集度。

（4）完善建築材料的防火性措施，加快研製新型的防火塗層材料和建築材料。

（5）研製新型的民用防火產品，加大推廣使用家用防火材料生產力度。

（6）防火安檢期的不定性檢查和教育宣傳。

（7）加快研製家庭民用快速自動滅火器材。

（8）制定社區防火責任人制度並落實到位。

四、建設預防火災的新型高層智能建築

建議設計院校以及建委的相關部門儘快設計出完全能夠防範火災的高層智能住宅建築。

（1）居民住宅應當安裝自動滅火裝置。

（2）門窗以及玻璃採用抗高溫防火材料。

（3）家用電氣設備的外殼使用防火材料製成。

（4）禁止使用木地板材料，加快研製新型的防火保溫地板材料。

（5）民用電路所使用的電線絕緣層必須採用耐高溫防火材料。

（6）嚴格要求住戶安裝天然氣泄漏報警裝置。

（7）加快研製小戶型的高壓滅火簡易裝置，做到每戶安裝一部滅火設備。

（8）做到群策群防，建立防火安全員安全監察宣傳責任制度。

（9）地方政府設立預防火災安全委員會。

（10）設立小區消防安全救災小組，由火警轄區統一領導指揮。

（11）門窗牆外的上方設立防火隔離延伸罩，防止火苗竄到上一層建築。這項可納入建築設計規範。

（12）加大電力能源的利用率，減少天然氣能源的高層住宅引入，或禁止城區使用天然氣。

（13）加快新型安全的綜合性能源開發。

如果按著上述建議進行火災防範，基本上高層住宅的火災防範問題就能夠得到解決。和諧社會一定要建立在群策群防基礎上。火災可防，關鍵在於政府的執政保障和人民的全力支持。

關於高層建築墜落物體的安全防範問題

現代樓宇建築高度不斷提升，城市範圍不斷擴大，高層建築密度不斷加大，防範高層建築墜落物體對人身的傷害，應當納入設計安全規範。高層住宅戶外附加物體安裝工程的安全標準、安全防盜網欄、門窗玻璃等都應當規定使用年限。物體緊固裝置的使用期限、材料的選擇、防老化工藝等一定要有嚴格的規定。不然，一旦發生高空物體墜落事故，會危及行人的人身生命以及財產安全，其後果是不堪設想的。

一、高層建築的主要戶外設施

隨著現代化大都市的高速發展和人口密度的不斷增長，建立高層建築墜落物體對人身造成傷害的安全防範措施已迫在眉睫。城市高層住宅建築外加附屬物體包括：

（1）居民使用的戶外空調主機。

（2）防盜門窗護網。

（3）門窗玻璃。

（4）企業的戶外廣告、招牌匾額。

（5）戶外照明及通訊裝置。

（6）戶外門窗遮陽遮雨用具。

二、易碎易墜落物品

（1）門窗及玻璃。

（2）戶外照明燈具。

（3）戶外廣告的照明燈具。

（4）企業招牌匾額的易老化針織類物品。

（5）易老化遮陽遮雨材料。

三、戶外施工過程中易墜落的物體

（1）戶外空調以及固定金屬架。

（2）戶外廣告金屬架。

（3）企業戶外廣告招牌匾額的金屬框架。

（4）施工過程中的攀爬吊裝以及裝修設施。

（5）施工過程中起吊的戶外工程物體（戶外空調，防盜門窗護欄，戶外廣告金屬結構架）。

（6）戶外遮陽遮雨金屬架。

四、高層建築頂端的通訊發射接收設施

（1）企業通訊專用設備。

（2）信息產業收發信息設施。

（3）衛星通信接收設備。

（4）戶外民用天線。

五、高層建築的水暖設備

（1）原高層建築供暖系統的終端設備。

（2）冷卻塔，高水位水箱。

六、高層建築所安裝的太陽能裝置

（1）民用以及企業用太陽能供暖設備。

（2）民用及企業用太陽能供電裝置。

二、高層建築戶外物體墜落的主要因素

關於高層建築附加物體的高空墜落安全防範措施問題，到目前為止，國家還沒有納入高層建築的設計規範。大自然的風災和人為的事故以及氧化作用是導致高層建築附加物體墜落的主要原因，包括：

（1）高等量級別的颶風災害，可導致高層建築的門窗玻璃以及廣告匾額墜落。

（2）戶外空調系統的主機，由於固定結構在長時間的氧化學反應下失去作用，從而造成物體墜落事故。

（3）高層建築外加附屬設備的金屬部分，在大自然有害氣體的侵蝕下，產生老化損壞墜落。

（4）由於施工質量低劣而造成的人為物體墜落。

在自然災害中，風災所造成的物體墜落是主要因素。

高層建築戶外附屬設施墜落的安全防範措施

（1）設立高層建築戶外附屬設備安裝標準。

（2）加強高層建築玻璃幕牆以及門窗玻璃的安全防護規範措施。

（3）在高層建築最底層的四周，增加預防高空物體墜落的外延結構，或增加每一棟高層建築的底層四周防墜落物體的金屬結構設施。

（4）將用於戶外附屬設施固定的金屬防腐材料納入高層住宅設計規範。

（5）增加空調外掛主機的預留外延建築結構平台或體外凹式牆體空間。

（6）設立高層建築地面的牆體四周外延防護欄，建築牆體與外延防護欄的安全距離標準為3米。

（7）在可能的情況下，統一實施中央空調製冷採暖系統。

（8）設立城區高層建築物體墜落安全防範巡查機構，制定高空物體墜落安全防範條例。

（9）城市居民社區委員會實施高層建築物體墜落安全防範責任制度，健全施工企業檔案登記工作。

根據調查，中國在高層建築設計標準中，還沒有制定出有關高層建築附屬設施墜落安全事故的防範措施。隨著人類住宅建設的不斷增高，預防高層建築附加設施墜落的安全事故問題已迫在眉睫。國家建委、房管機構、設計院所、人防工程委員會等相關部門應當儘快制定出關於中國城區高層建築預防墜落物體的安全應急方案和設計標準，以確保人民生命財產的安全，將高層建築物體墜落安全因素納入建築設計規範，或納入城市安全管理防範監理系統。

隨著城市現代化進程的不斷發展，各種高層建築、大中型商業建築、廠房不斷湧現，對消防自動報警系統提出了更高、更嚴的要求。為了在早期發現和通報火災，防止和減少火災危害，保護人身和財產安全，火災自動報警系統已成為必不可少的設施。

本文結合某高層建築消防工程設計實例，就火災自動報警系統組成的各部分功能、設計要求及設備選型等進行探討，為電氣設計人員進行消防設計提供借鑒。

火災自動報警系統簡介

建築中火災自動報警系統的設計必須遵循國家有關方針、政策、規範和公安消防部門的有關法規，針對保護對象的特點，做到安全可靠、技術先進、經濟合理、使用方便。首先要明確建築本身的建築和功能特點，了解與火災報警系統工程設計有關的相關專業的硬體設施，尤其是設備通風、給排水專業對於電氣專業的設計要求，然後根據有關規範確定消防報警系統的總體結構形式。

火災自動報警系統是為了早期發現並及時通報火災 以便採取有效措施 使火災得以控制和撲滅而設置在民用建築內的一種自動消防設施。當某一探測區域內發生火情時，該處探測器採集現場信號，並立即把信號發回控制中心的控制器，控制器對此信號進行判斷。確認著火后，向火災現場發出聲光報警信號和播放疏散指令。另外，聯動控制向需要聯動的消防設備發出控制信號，包括點燃應急照明和疏散指示器照明；啟動消防泵和正壓送風機；啟動火災現場的排煙風機，打開相關的排煙口和防火閥；迫降電梯停於首層，並使消防電梯處於待命狀態；切斷非消防電源，進行初期火災防範。

高層建築能夠節約城市土地，縮短公用設施和市政管網的開發周 期，從而減少市政投資，加快城市建設，這些優點已經逐漸得到公認。各國的大城市建設部門，都在不斷地對已經出現的各種問題進行全面研究，採取改進措施。這些措施是：①提前在城市發展規劃中預作統籌安排，協調單個高層建築、高層建築群布點同周圍環境、已有建築、名勝古迹、城市風貌、市政公用設施等之間的矛盾。②克服高層建築使大量人口遠離綠化地帶、生活環境不如低層和多層建築等缺點，設法增加每層綠化陽台、敞開式的公共休息層、屋頂花園等。③大力開發高層建築結構、構造、防火安全、豎向交通所必需的高級材料、設備和設計施工技術等基本條件，嚴格控制質量，力爭降低工程造價和管理費用。④在建築設計方面，對高層建築帶來的日照陰影和電磁波干擾的影響，對體量高大突出的建築造型風貌和城市空間天際線的藝術效果，以及高層建築群大量集中的人口對城市供應和交通的影響等多種問題，採取新的科學分析和研究步驟，以求得最佳設計方案。