关键词：高层建筑住宅；外部尺度；设计重点；城市空间
中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：
城市空间是为我们提供各种日常活动的可能，人们的生活和平时生产所必需的重要因素，它是城市内的建筑物、广场、道路、绿地、公共服务设施等实体并且由这些实体所构成的立体空间。而所谓的设计尺度是在不同的空间范畴内，整体及各局部构成要素使人们产生的感觉，是高层建筑的整体和局部给人们的印象大小与真实大小之间的关系问题。它其中包括建筑形体的宽度、长度、城市与整体、整体与部分、整体与整体、部分与部分之间的特殊比例关系。讲到外部尺度时要注意它和尺寸间的区别，尺度一般情况不是指建筑物的真实尺寸，而是表明一种关系并给人们的感觉，尺寸用的是度量单位，比如：米、尺、厘米等对建筑物或者对要素的度量，并是在量上反映出建筑物以及各个构成要素的大小。它能直接映射人们的心理感受，由此说明，尺度在对高层建筑住宅设计中处在一个非常关键的位置。在高层建筑设计过程中，不可以只重视建筑本身的一些立面造型的设计，而要以人的尺度为参考对象，充分考虑人观察高层建筑的视角、视距、视点，从宏观的城市空间到微观的物料质感的设计都要创造良好的空间尺度感。
1高层建筑住宅设计中的外部尺度
1.1城市尺度
因高层建筑是城市的有机组成部分，其高度很大，体量巨大，是一座城市重要的景点并对城市产生很大的影响。高层建筑对一座城市各构成要素也会产生巨大的影响力，高层建筑的具置，高度的裁定，也须充分的考量该城市尺度、传统文化，不适当的尺度会给城市带来不良的影响，改变城市历史的传统文化，也改变了原有城市各个构成要素之间的有机协调性的比例。如；上海市，黄浦江可属于是城市的重要水洗，具有宽大、辽阔、雄伟的气势。可由于东方明珠塔的落成过于靠近黄浦江，其他一些高层建筑也随着紧凑黄浦江建设，使黄浦江尺度感有些变小，失去了原来的雄伟，从而改变了老上海的文化与历史，从这点讲，东方明珠塔的落成又是件憾事。
1.2整体尺度
整体尺度指的是高层建筑各机构组成部分，比如；裙房、顶部和主体等重要体块儿之间的关系和给人们的感觉。整体尺度是设计师们非常注重的环境，对于高层建筑的整体尺度的一些均衡理论有很多；但都在强调整体尺度均衡的关键性。所以，高层建筑物的整体尺度的把握是非常重要的，在设计时切要注意一下两点：高层建筑一般分三部分组成的裙房、顶部和主体，也有些是在建筑设计中注入了活跃元素，以使整个建筑造型生动起来。一个造型完美的高层建筑就是建立在非常好地处理了这几部分之间的尺度关系，而这三部分尺度的定夺，应该有一个统一的尺度参考体系（例如把高层建筑的一层或多层高度作为参考），不能每个尺度参考体系都一样，这样容易使整个建筑难以把握；高层建筑各个部分局部尺度的划分是在整体尺度基础上建立的，每个主要部分该有更明晰的划分，尺度附有等级性，才能让每个部分造型构成更丰富。
2城市环境与高层建筑住宅在尺度上的统一
2.1高层建筑后退广场与城市空间高层建筑往往体量巨大，给街道空间造成一种很突然地压迫感，从而使人感觉像从一个大空间从进一个小空间。处在街道两边的高层建筑在设计的时候该注意都对其进行后退处理，并且在退出的用地上设计出一个广场空间，而这个小广场空间对建筑本体来讲起到了缓冲作用，并且是对建筑场所的标识；而对城市而言，城市空间中的后退广场起到了非常重要的作用，它一般能成为城市的共享空间，让城市空间丰富多样。一些建筑师甚至设计成下沉式的广场，不仅为公众提供了一个安静舒适的休闲娱乐场所，并且让建主塔楼的形象特点更加突出。这种下沉式广场往往很容易给人们留下很深的印象，而就空间的形式而言，它就是非常富有情趣的空间。在进行高层建筑住宅设计时，广场和高层建筑就应作为一体来考量。
2.2高层建筑住宅主体设计
高层建筑住宅再承担着一座城市的高级偶像的形象作用。高层建筑住宅还有提供天际线这种视觉趣味的特殊的城市设计机会，能够创造华美壮丽的天际线，而在街道层上往往却以人的尺度行事。建筑物的顶部一般都会服务于天际线，衬托在天空中的形状高层建筑“联系于无限”之线点，是塔楼的一种特色。没有天际线的高楼大概就像空间一堆不引人注意的提块儿。比如像发达的纽约和弹丸的香港都是用高楼大厦堆砌起来的，切注意这两大城市的天际线，间中穿插的塔楼，错落有致的高层建筑，为城市天空勾勒出华美的轮廓，色彩缤纷多变，线条活泼生动。城市的天际线仅仅是一维的立面边线为主的轮廓边线，可正是如一幅艺术摄影，相片是单向立面的，可它反映出来的确实是三维立体的城市空间，以及整个城市风貌的特征。三维城市空间的布局掌握，不仅是功能性上的把握，也是有个审美的意向在内，对城市风貌的构建与建筑风貌的选择。城市空间天际轮廓线，是城市规划的宏观把握中必不可少的参照项，也是这座城市的文化风貌与美学的体现。
3高层建筑住宅设计上与城市空间的融合
不能忽视高层建筑布置对城市环境轮廓线的影响，因为在城市轮廓线条的组织协调中，起到特别大作用的是建筑物本体，尤其是高层建筑，因为它的一些整体布置应该遵循有机统一的原则布置：（1）高层建筑住宅聚集在一起进行布置，我们可以将其形容成城市的“冠”，但为了其避免相互干扰，可以采用一些不等同的高度，或者即使使用相仿的高度，但要彼此间距恰当，组成有关联的构图。也可将单栋住宅建筑布置在到道路转弯处，可以丰富路人的视觉上观赏；（2）如果高层建筑住宅彼此之间毫无关联，随地随处而不能起到向心的维度感，则不会让人产生满意的整体和谐；（3）高层建筑住宅顶部尽量减少雷同，因为这会很大影响轮廓线的美感。
4高层建筑住宅顶部造型处理
独特造型的顶部设计上对于高层建筑住宅整体的形象能起到画龙点睛的效果，并且可以成为城市中林立在建筑群中，有别于其它建筑物的一个关键标志，是城市标志。在特别重视城市环境的空间设计的今天，高层住宅的顶部造型在维护传统街道空间特色和保护城市空间环境方面发挥着至关重要的作用。但是一直以来，存在着某些错误的认知，肤浅并且盲目的把它当做财富、权利的象征，极端地追求所谓的个性，从而产生了一些极尽奢华奇特甚至怪异的建筑住宅顶部，或者为了眼前利益而造就了大量地庸俗复制品。这样的结果自然导致了城市空间环境的破坏，城市整体性的支解及“千城一面”的局面。
关键词:高层住宅；消防；设计
Abstract:withtherapideconomicdevelopment,ourcountryofthehigh-risebuildingisgrowingandhigh-riseresidentialdesignalsopresentsthegrowthtrend,andbecauseoftheinternalfunctionismorecomplex,theconstructionoffireprotectiondesigndifficultyalsoincreasedaccordingly.Therefore,high-riseresidentialfiredesignisparticularlyimportant.Combiningwiththeirownworkexperienceinhigh-riseresidentialfiredesignarealsodiscussed.
Keywords:high-riseresidential;Fire;design
中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：
1高层住宅消防设计
1．1消防水池设置问题
对于高层住宅来说，尤其是一些功能复杂的一类高层和超高层建筑，其消防水系统存在着多种形式，如消火栓、自动喷淋、水幕系统等，其系统用水量较大，这就可能导致水池内生活用水远小于消防储水量，而且就算采取一些诸如进出水管对置、设置导流墙的措施，也无法保证其水质。而对策是采取一些建筑及路面清洁、园林灌溉等非生活用水取自消防水池，从而可以避免消防水池内成为“死水”，如此将生活、消防水池分设是必要的。
1．2消防给水系统设置问题
对高层住宅的消火栓给水系统形式的选择，首先要保证系统的安全可靠性，其次再选用经济合理的供水形式。一般按服务范围来分：独立消防给水系统和区域集中消防给水系统中应尽量采用区域集中的给水系统。
按上述分法，邻近高层可采用共用消防水池，但往往得不到推广。究其主要原因是开发商不能很好进行协调，这就需要协商，使利益相关各方面都能接受。再按住宅高度可以分为分区供水和不分区供水，当消火栓栓口的静水压力小于0.8MPa时，宜采用分区供水形式，反之如果消火栓栓口的静水压力不小于0．8MPa时，宜采用不分区供水形式。结合实践一般高层住宅宜采用减压阀分区的供水方式，原因是：系统较简单且造价低，方便管理，此种方式可以保证经济和安全要求，维护管理也比较方便。
1．3消防水箱
如果高层住宅采用临时高压给水系统，就应设高位消防水箱，且要符合以下条件：
(1)高位消防水箱的消防储水量：
高级旅管类高层住宅不应小于18立方米；18层以上的住宅和商贸类高层建筑公共建筑不应小于12立方米；10层至l8层的普通住宅不应小于6立方米。高位消防水箱的消防储水量，一类公共建筑不应小于l8m3。分析其发生火灾时的用水量，一般来讲设置的储水量为10min消防用水量。
一般在高层住宅当中初起火灾5~10min内(消防队到场前)，一般只有2~3股水柱灭火，而不是6~8股水柱同时进行灭火。再假设初起火灾发生无人在场时，其自动喷水灭火系统自行运作，并且只要有一只喷头在运作，其系统压力开关将会在60秒内动作并发出电信号反馈到控制中心，再联动喷淋泵启动，而即使有几只喷头同时运作，l8m3的储水量也只动用了约其总水量的1／3。再者，如果自动喷水灭火系统没有控制住火灾进而形成了火灾蔓延，那么当消防队到场，就会直接启用消防泵供水，此时，高位消防水箱中仍有相当的一部分的储水量。而从初起火灾发生至消防队到场前的时间段内(约5min~10min)算起，如果消防泵没有启动，而当高位消防水箱的储水量下降到消防储水量时，生活泵就会自行启动并进行连续补水，且基本上只供消防用水(因水位可能在消防储水量下，生活出水管无水可出)，也就是说10min内消防用水量的供应不止是l8m3。
1．4消火栓的设置问题
《高规》中规定：“消火栓的间距应由计算确定，且高层住宅不宜大于30m，群房不宜大于50m”。以下是对消火栓系统设计的一些心得，主要分为室外和室内消火栓系统设计两方面考虑。
1．4．1室外消火栓系统设置
高层住宅室外消火栓系统可采用低压制。现在一般的高层住宅的室外消防用水量为20L／s，给水管道为DN150的环状管网，同时设置SA100／65型室外地上式或地下式消火栓，间距≤120m。但要注意室外消火栓距道路边不宜大于2.0m，距建筑物外墙要大于5m。
1．4．2室内消火栓系统设置
高层住宅室内消火栓系统宜采用临时高压给水系统。且高压给水系统的引入管不应少于两根，当其中一根发生故障时，其余的引入管仍保证消防用水量和水压要求。如玉溪市某一高层住宅室内要设消火栓给水加压系统，则在地下室泵房内设稳压缓冲多级消防泵2台（1用1备）。水泵出水管上设压力表和泄压阀。消防水泵出水管（DN150）2根与室内消火栓管网形成环状管网。在火灾初期l0min内消防用水贮存在消防水箱内。消防水箱DN100出水管和其加压消火栓环状管网连接，水箱设置高度要能满足最不利点的消火栓静水压力0.07MPa的要求。
对于消火栓栓口静压小于1.0MPa的，竖向可以不分区。住宅各楼室内消防立管构成环状管网，汽车库或地下层应铺设环形干管，与各消防立管构成环状管网。一般各消防立管流量10L／s，水枪出水量5L／s，充实水柱要大于1Om，消火栓布置还要满足两股水柱能同时到达室内任何部位。每个消火栓箱内均配消火栓1个，消火栓口径DN65，水枪喷嘴、胶水龙带1根、启泵按钮1个。且为了防止消火栓栓口出水压力大于0.5MPa，经计算要在相应层以下，采用减压稳压型消火栓，其余可为普通型，并设置试验消火栓和室外地上式或地下式消防水泵结合器。
对于一些高层或超高层住宅的室内消火栓系统超压部分可采用减压孔板和减压阀的方式。如果采用减压阀的方式，则设置的减压阀要注意的问题看情况而定，如30层左右的住宅可以在20层左右设立。减压阀分区较中间水箱分区具有以下优点：不占楼层面积，且能使得工程发挥出更大的经济效益。减压阀不仅能减动压并且还能减静压，存在系统简单、水流噪声小等优点。尤其在消防给水中，可节省分区水泵，合理地解决高低区交错层发生火灾时开泵的矛盾。如玉溪市某一带地下室的3幢25层高层住宅建筑，室内消火栓系统采用可调式减压阀的方式进行减压，在12层位置处设置。可调式减压阀的主要特点是阀后压力可以调节，且出口压力变化小，能保持相对稳定，使用比较灵活，只是阀门构造比较复杂，体积偏大。而比例式减压阀一旦安装，就难以调节，故设计采用了可调式减压阀。
1．5应急避难系统设置问题
发生火灾时聚集在避难层的避难人员不可再经楼梯疏散。应由消防登高车将人员疏散开来。而目前，大部分建设单位和设计单位不管建筑使用功能是什么，层高是多少，实际高度有多高，都是把规范要求的l5层作为两个避难层的分水岭。避难层中的设置要注意保持开窗，以方便人员及时疏散。还要为避免下层烟气通过窗户进入避难层，应在避难层与其他楼层之间设立防火分隔，以确保避难层人员免受烟火的威胁。
2.对近期上海高层火灾的分析探讨
本次选取比较典型的三栋近120m超高层住宅，即板式、规则点式、不规则点式(以下简称板式、规则、不规则)。
2结构选型，高宽比、水平荷载分析
2.1结构选型
从结构造价、施工便捷性角度出发，选用现浇钢筋砼结构;因为项目均为住宅，从建筑使用空间角度考虑，不希望出现突出室内的柱、跨房间梁等，因此结构体系选择剪力墙结构体系。砼强度等级竖向构件C50～C30，水平构件C35～C30。
2.2结构优劣性分析
规则点式因其平面规则、高宽比最小，为结构最优;板式因进深小，且屋顶构架高(如图6)为结构最差;不规则点式则介于二者之间。
2.3建筑结构的高宽比
规则点式平面的宽度容易得到，但板式和不规则点式的平面较为复杂，在此参照广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)补充规定3.2.2条:“…当建筑平面非矩形时，可取平面的等效宽度B=3.5r，r为建筑平面(不计外挑部分)最小回转半径。”［1］。的宏观控制，如果高宽比过大，就会对结构体系、结构构件断面的设计和结构经济性的控制带来不小的挑战。
2.4水平荷载作用下结构基底剪力分析
3个项目地震基底剪力有无安评相差6%～34%(不规则点式超高层对地震力敏感)，因此结构计算均采用安评值;Y向风工况基底剪力比地震工况基底剪力部分大22%～85%，由此可见，该场地水平荷载尤其是风荷载较大。
3结构体系的变形分析及布置原则
3.1通过结构试算，变形控制工况，结构弱轴方向的荷载控制工况全部为风荷载工况;风荷载与建筑体型密切相关而与结构主体关联性较小(仅风振相关)，而地震荷载与结构刚度、周期、自重等息息相关，因此应把握水平荷载的类型在结构体系布置时采取不同的措施。
3.2剪切变形与弯曲变形抗侧力刚度较弱的结构体系(比如框架结构)，其水平力作用下的变形以剪切变形为主，抗侧力刚度较强的结构体系(比如剪力墙结构)，其水平力作用下的变形以弯曲变形为主，框－剪体系则介于二者之间，整体弯曲变形主要体现在竖向构件在倾覆弯矩作用下的拉压变形，因此对于剪力墙结构，要加强关键位置(离刚心较远且整体性较好的位置)的竖向构件轴向刚度，就可提高整体抗弯刚度，减小弯曲变形，控制楼层最大层间位移角。
3.3剪力滞后效应“剪力滞后效应在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，小至一个构件，大至一栋超高层建筑，都会有剪力滞后现象，具体表现是:在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布不均匀”［3］。剪力滞后效应会降低整体抗弯刚度;如果要减少剪力滞后效应，应加强结构体系整体性特别是加强关键竖向构件(或筒体)之间的连接。
3.4结构抗侧力体系布置原则经过4.1～4.3的分析，结构布置原则如下:①找出关键位置的竖向构件并予以加强(提高整体抗弯刚度，原理类似于加强工字钢的翼板)。②尽量对齐纵、横向墙置，加强整体性，减小剪力滞后效应(原理类似于设计工字钢的腹板)③对抗侧力刚度帮助不大的构件以承受竖向荷载为主来设计，以合理低限设计结构断面，减轻结构自重。通过加强关键位置的竖向构件和减小剪力滞后效应形成高效抗侧力体系，从而实现以较小代价达到结构需求的抗侧刚度的设计目的。另外，从建筑使用功能的角度出发，剪力墙布置做如下建议:①优先考虑楼、电梯井，分户墙位置，可减少被转换的概率。②布置在楼、电梯井尽量形成筒体，筒体内墙从底部开始就采用最小断面至顶，降低建筑公摊。
4结构体系的布置要点与结构计算模型、参数的处理
4.1布置要点
4.1.1板式住宅
X向:利用周圈凸窗设计高连梁、提高整体刚度。Y向:南北向离刚心较远位置设置厚墙、大断面柱(如图7中涂黑部分的竖向构件)，利用楼电梯井形成筒体;加强南北向连接;尽量对齐剪力墙。
4.1.2规则点式住宅
建筑外周圈剪力墙体通过凸窗位置高连梁围成筒体，内部楼电梯间围成筒体;加强内外筒体连接。
4.1.3不规则点式住宅
建筑外周圈剪力墙体尽量满布，周圈凸窗位置均设计为高连梁;离刚心较远位置设置筒体并适当加厚墙体(如图9中涂黑部分的竖向构件)。
4.2结构计算模型中部分构件、参数的处理。
4.2.1连梁:计算模型处理方式分两种，墙上开洞方式和按普通梁方式，按墙上开洞方式输入计算则软件一般按壳单元处理，按普通梁方式输入则软件一般按杆单元处理，前者的力学模型更贴切实际情况，整体性比后者大甚至大很多，因此在结构计算模型中连梁尽量按墙上开洞方式输入。
4.2.2连梁刚度折减系数:风荷载工况下取1.0，地震工况取0.5～0.7。
4.2.3带边框柱剪力墙:传统软件将剪力墙作壳单元处理(不考虑面外刚度)，边框柱作杆单元处理，在承受垂直于剪力墙方向弯矩时未考虑剪力墙的有利作用而全部由边框柱承担，会造成边框柱设计不合理，解决办法是读出内力手算复核或采用能考虑剪力墙的有利作用的软件。
4.2.4位移比对层间位移角的影响:当楼层层间位移角不满足规范要求时，不要盲目去做加法，应该分析是由于整体刚度不足造成还是扭转造成，如果是扭转造成则调整刚心位置去解决，如果是整体刚度不足(位移比已很小)则应再加强整体刚度。
5竖向构件的设计与优化
在主体结构的砼用量中，板式超高层住宅剪力墙所占的砼体积比例一般在2/3左右，点式超高层一般也占到50%以上，同时剪力墙中边缘构件的用钢量又占到整个剪力墙用钢量的2/3左右，因此整个结构体系设计是否经济重点在于剪力墙以及其边缘构件的设计是否合理;剪力墙在设计中注意问题如下:
(1)多布长墙少布短肢墙，在优化墙体时先考虑优化墙厚，后考虑优化墙长;设置的厚墙、端柱在通过了层间位移角最大楼层后应及时收断面。
(2)在结构电算模型初步定案后，应在图中画出边缘构件范围并推敲其合理性，修改完成后再反馈到电算模型中。
(6)端柱的含钢率较剪力墙高，如结构经济指标要求较高，则要把端柱断面设计至合理低限。
(4)组合墙、边框柱、端柱应按照合并的组合墙截面进行配筋。
(5)在约束边缘构件区域，计算体积配箍率时考虑墙身水平筋伸入边缘构件作箍筋，优化配筋同时提高墙体的整体性;在构造边缘构件区域，暗柱箍筋除采用封闭箍外，内部采用拉钩隔一拉一，在优化配筋的同时使其与约束边缘构件区域承载力有所差别，形成多道防线。
6结构经济指标、结构的建筑适用性评估
在结构初步设计阶段，结构体系定案后应及时评估结构的经济性和适用性，避免后面返工:
6.1结构经济性评估在地震烈度7.5度，风荷载较大地区，建筑物高宽比以及结构的规则性对结构经济指标的影响较大，以上三栋建筑的砼单方指标比值为1:0.72:0.89;钢筋单方指标比值为1:0.78:0.92;三个项目的经济指标均在可以接受的范围内。
6.2结构对建筑空间的适用性评估
(1)板式住宅:除少数北面外墙较厚外(500～600mm)，其余墙体厚度在第3层以上均不大于200mm，除凸窗外，梁高不大于450，梁宽不大于200，在高宽比超规范很多、水平荷载很大的地区达到了结构与建筑在使用空间上的基本和谐统一。
(2)规则点式住宅:除底层墙厚300～400外，标准层以250，200厚度为主，除凸窗位置外，其余主梁高不大于570;满足建筑要求。
(3)不规则点式住宅:除底层及三个控制弯曲变形的角部墙厚为300～400外，标准层以250，200厚度为主，除凸窗位置外，其余主梁高不大于570;满足建筑要求。
7结论
本文以三栋具体的超高层住宅建筑为例，总结出厦门杏林湾这一水平荷载较大地区超高层住宅结构设计的流程：
(1)在水平荷载大、高宽比大情况下，通过加强关键位置竖向构件和减小剪力滞后效应形成高效抗侧力体系，实现以较小代价达到结构需求抗侧刚度的目的。
(2)通过第(1)点布置出合理的结构体系后，还应在结构计算模型、电算参数的处理方面抓住重点，使其符合实际情况;最后落实到具体的每个结构构件的设计上来。
(3)板式超高层住宅因其大开间、小进深的原因在采光通风方面有着天然的建筑优势，但其结构造价是最高的，适用于高附加值的项目;规则点式结构造价是最低，但在沿海地区与板式比较具一定建筑劣势，适用于高容积率项目;不规则点式则介于上述两者之间。