一、综述
现行建筑规范规定建筑高度超过100m的建筑属于超高层建筑。超高层建筑在节约城市用地，提升城市形象，推动社会投资，扩大商旅交流等方面有着特殊的作用和意义。被冠为集现代科技之大成，综合国力之象征，城市之标志。随着社会经济的高速发展和科学技术的不断创新，加上城市人口密度不断加大的特有国情，我国各大城市的超高层建筑有如雨后春笋，纷纷拔地而起，其高度和数量不断被刷新。
超高层建筑通常体型巨大，功能复杂，容纳人员众多，且主塔楼往往平面小，层数多，核心筒布置的合理与否直接关系到建筑的品质及使用率。在解决好至关重要的建筑结构和消防安全性的同时，解决好建筑内部的垂直交通及电梯配置（包括电梯台数、载客量、速度以及排列布置），有效地提高超高层建筑的运行效率和使用效率，是设计者们必须解决的重要课题。课题组把近年来公司参与设计的部分超高层建筑—深圳京基金融中心大厦（98层，439m高）、广州侨鑫珠江新城F1-1地块项目（45层，227.7m高）(以下简称侨鑫大厦)、广州嘉裕珠江新城F2-2之一地块项目（46层，189.5m高）(以下简称嘉裕大厦)并将上海金茂大厦（88层，420.5m高）和上海环球金融中心（101层，492.5m高）等实例的核心筒及电梯设计进行综合分析成文，供本公司设计人员参考，以起抛砖引玉之效。
二、超高层建筑的心脏 — 核心筒设计
超高层建筑的核心筒由钢筋混凝土浇筑而成，集合了电梯井道、消防楼梯间和前室、机电设备机房、管道井及卫生间等服务性空间，核心筒的大小、位置和布局与建筑功能、建筑体型及平面形状等因素密切相关。
2.1深圳京基金融中心
位于深圳市蔡屋围深圳金融中心区的京基金融中心大厦共98层，高度为439m，功能甲级办公楼和白金五星级豪华酒店。1-72层为办公，筑面积约为17.6万㎡ ，；75-98层为酒店，建筑积约为4.6万㎡ ，在75层以的酒店部分设计有内部中庭，拥有客房289间客房围绕中庭环形布局，酒店接待大厅设于94层，其上为独具特色的鹅蛋形餐饮空间。大厦在18层及19层两层、37层及38层两层、55层及56层两层、73层及74层、91层及92层设置了避难区及设备层，用敞开楼梯将18层及19层、37层及38层、55层及56层连接成两层敞开避难空间。
京基金融中心大厦办公层平面近似为长方形，南北两个长边为向外的弧形，长边长57.6m，短边长约为44-49m，核心筒位于中部，办低区核心筒尺寸为37.8×23.1m，到了高区由于取消了从负一层及首层往返于39层及40层的办公穿梭电梯，核心筒尺寸缩小为34.4×23.1m。办公标准层建筑面积约为2400-2600㎡ ，核心筒建筑面积为715-872㎡ ,整个核心筒位于平面中部，周边形成采光良好、视野开阔的办公空间，办公进深为9-13m，含公共走道面积的办公使用率达到66%-73.5%，不含公共走道面积的办公使用率约为60%。
经统计，该超高层建筑核心筒内各项服务配套功能的指标包括：办公标准层最多的电梯井道有34个，含办公分区客用电梯20台（共4组），办公双轿厢穿梭电梯6台，从首层直接到94层酒店大堂的酒店穿梭电梯4台，消防电梯兼服务电梯2台，从地下层直接到74层酒店服务层的酒店服务电梯2台；消防疏散楼梯间及前室三个，其中两部疏散楼梯与消防电梯前室合用；公共卫生间设在分区电梯不停靠层的电梯厅位置，卫生间及茶水间的建筑面积约为60㎡ ，其中男卫生间面积为25㎡ ,设3个大便器、4个小便器、3个洗手盆，女卫生间面积为23㎡ ,设4个大便器、3个洗手盆，设有独立的无障碍卫生间及茶水间；空调机房两间，面积共为88㎡ ；新风井面积12㎡ ；排风井面积10㎡ ；强、弱电间面积为18 ㎡ ；给排水管井面积约为6 ㎡ 。
2.2广州侨鑫大厦
侨鑫大厦主楼地上45层，高度为227.7m，附楼地上17层，高度为75m，裙楼主要功能为银行营业厅及商业，附楼为酒店，主塔楼5-45层为甲级办公楼，16层及31层为避难设备层。总建筑面积约为20.9万㎡ ，地上建筑面积约为15.2万㎡ （其中办公建筑面积约为9.1万㎡)，地下建筑面积约为5.7万㎡。
侨鑫大厦塔楼办公楼层长边长约为53.5-45.8m，短边长约为46.9-39.3m，核心筒位于中部，办公低区及中区核心筒尺寸为25.5×19.6m，办公标准层最多的电梯井道有23个，到了办公高区，由于取消了低区及中区的电梯井道，核心筒尺寸缩小为22.4×18.9m。办公标准层设有两部疏散楼梯，疏散楼梯均与消防电梯前室合用。办公标准层建筑面积约为1750-2250㎡ ，核心筒建筑面积约为420-560㎡ ,办公低区及中区南北向进深约为10.7-13.9m，东西向深度为13.8m，办公高区南北向进深约为10.2-16.0m，东西向深度为10.2-12.9m，含公共走道面积的办公使用率达到75-79%，不含公共走道面积的办公使用率达到65%-70%。
2.3广州嘉裕大厦
嘉裕大厦是集商业、办公、酒店式公寓及酒店于一体的综合建筑，总建筑面积为18.9万㎡，建筑总高度为189.5m，地上46层，地下4层，裙房5层，首层至5层为商业、餐厅、宴会厅及桑拿洗浴。塔楼部分6-13层为办公楼层；15层为酒店会所；16-29层为酒店式公寓；31-43层为酒店客房；44-45层为行政套房；46层为酒店总统套房，14、30层为避难设备层。一层核心筒最多的电梯井道有23个。
嘉裕大厦塔楼为板式建筑，办公楼层长边长126.5-131.2m，短边长为35.3m，根据建筑的平面形状，核心筒位于中部，布置成长条形，尺寸为76.5×10.6m，办公标准层设有三部疏散楼梯，其中两部疏散楼梯与消防电梯前室合用，一部疏散楼梯为独立消防前室，公寓的4台电梯及酒店的6台电梯穿过办公楼层，核心筒中还设有公共卫生间、机电管井及裙房商业预留的厨房烟道等。办公标准层建筑面积约为4320㎡ ，核心筒建筑面积约为695㎡ ,办公南北向深度为12.3m，东西向深度约为23-28m，含公共走道面积的办公使用率达到84%，不含公共走道面积的办公使用率达到74%。
2.4上海金茂大厦
金茂大厦地处上海浦东核心地区——陆家嘴金融贸易区中心，共88层，塔楼高420.5m，总建筑面积29万㎡。金茂大厦集甲级办公楼、豪华五星级酒店、商业会展、高档宴会、观光、娱乐、商场等综合设施于一体。
金茂大厦1-2层是宏伟的门厅大堂，3-50层是甲级办公楼层，51-52层是机电设备层，53-87层为酒店，88层是观光大厅，地下为三层，主要是停车场与后勤服务设施，建筑面积约为5.7万㎡ ，设有800个泊车位，2000辆自行车位。
金茂大厦裙房6层，长150m，宽46m，建筑面积达3.2万㎡ 。裙房一层备有700 ㎡展览厅，可容纳380座位的演示厅及小型会议室、多功能厅。裙房二楼拥有千人大宴会厅、750人规模的水晶厅，以及诸多的会议厅、多功能厅。裙房3-6层原设计为大型购物商场，现为酒吧和美食，以及KTV包房。
大厦办公区在塔楼的3－50层，建筑面积约为12.3万㎡ ，3-50层可容纳10000多人。在一层电梯厅，通向办公区的电梯设置成T型。专为办公设置的五组26台高速电梯可迅速而又舒适地把客人送达各办公楼层而又不必中转。另设有6台酒店客梯、2台酒店服务梯、2台办公服务梯及2台观光梯，办公层最多的电梯井道有38个。
金茂大厦办公层平面为方形，边长为48.1-53.0m，往上逐渐缩小，核心筒位于中部，为28.25×28.25m的八边形。办公标准层建筑面积约为2300-2600 ㎡ ，核心筒建筑面积为710 ㎡,办公为无柱大空间，周边形成采光良好、视野开阔的办公空间，办公进深为10.8-12.8m，含公共走道面积的办公使用率达到69%-72.7%，不含公共走道面积的办公使用率约为62%-66%。层高4米，净高达2.7米，用户可根据自身的需要任意进行分隔和布置。
五星级超豪华大酒店位于53-87层。酒店有555套豪华客房，设在58-85层，其中78-85层为酒店行政楼（7个楼层）。53层的钢琴吧可供108位客人饮酒、观光和娱乐。54层为空中大堂，设有咖啡餐厅。55层及56层为特色餐厅。位于57层健身中心，拥有室内温控游泳池，健身器材，健美，舞蹈以及按摩美容，理发，医务室等。86层是会员制俱乐部，内设中餐包房及西餐厅，还有台球室、桑拿房、按摩室、酒吧间、KTV包房等。酒吧位于87层和87夹层，可同时供248位宾客享用各式饮品及休闲。
酒店中庭净高为152m、直径为27m。
大厦88层观光厅，高340m，面积1520㎡。
2.5上海环球金融中心
上海环球金融中心位于浦东新区陆家嘴国际金融贸易中心区内，是一栋以商务写字楼为主，集商贸、宾馆、观光、会议等设施于一体的综合型大厦，地上101层、地下3层，建筑面积38.16万㎡，建筑高度为492.5m
地下一层到地下三层的停车场可以停放1100辆小型机动车；地下一、二层的北区为时尚餐厅，与下沉广场相连。1层为办公、酒店、商场入口；2层、3层为商场和餐饮；3-5层为会议中心，其中含13个中、小会议室及1个800㎡的大宴会厅；7-77层为办公设施（除28、29、52、53层外）；28、29层为空中大堂及文化传媒中心；52、53层为空中大堂；79-93层为拥有174间客房、多间高档餐厅的超五星级酒店，87层是酒店接待大堂和大堂吧；94层、97-100层为观光设施，高423m的94层观光展览大厅750㎡，挑高8m；高438m的97层为观光天桥，身处其中，仿佛漫步天际；高473m的100层的观光天阁为一长55m米透明玻璃底面悬空观光长廊。6、18、30、42、54、66、78、89层为避难设备层。
环球金融中心办公层在低层部分平面为方形，边长约58m，塔楼由20层开始沿45°对角方向逐层对称弧线收缩，标准层建筑面积约为3330-2845 ㎡ 。核心筒位于中部，为四角抹了45°斜角的正方形，在办公低层核心筒为31.3×31.3m，到了60层时核心筒沿45°对角方向对称缩小。办公核心筒及公共走道建筑面积为1160-911 ㎡ （核心筒为931-720 ㎡ ）,均为无柱大空间，周边形成采光良好、视野开阔的办公空间，办公室进深为12.7m，含公共走道面积的办公使用率达到72%-75%，不含公共走道面积的办公使用率约为62%-64%。层高4.2m，净高达2.8m，用户可根据自身的需要任意进行分隔和布置。
该超高层建筑核心筒内各项服务配套功能的指标包括：办公标准层最多的电梯井道有29个，含两组办公双轿厢穿梭电梯，共8台，分区办公双轿厢客用电梯8台（共2组），酒店穿梭客梯3台，观光电梯4台，服务电梯及消防电梯共6台；三部疏散楼梯，其中两部疏散楼梯与消防电梯前室合用；公共卫生间设在分区电梯不停靠层的电梯厅位置，卫生间的建筑面积约为45 ㎡ ，其中男卫生间设3个大便器、4个小便器、4个洗手盆，女卫生间设4个大便器、4个洗手盆及清洁间，并且每层设有茶水间、空调机房、强弱电间及设备管井等。
根据以上的实例分析，当超高层办公建筑标准层面积约在2000 ㎡时，设计中通常会将所有的楼梯、电梯、卫生间、设备机房及管井等集中地布置在核心筒内部，核心筒位于建筑平面的中心，形成采光良好及视野开阔的办公空间，办公可灵活划分，满足各种用户的布置要求。
通常办公建筑的有效使用面积为总建筑面积的70%左右，办公建筑中的使用人数可按每人4-10 ㎡ 、（使用面积）估算，标准较高的甲级办公楼人数可按每人10-12 ㎡ （建筑面积）估算。
当超高层办公建筑标准层面积约在2000 ㎡时，核心筒各项服务功能的参考指标如下：
1.两部防烟楼梯间及两台消防电梯（兼服务电梯），前室可合用。
2.办公建筑内公共卫生间按办公人数每25人设一个大便器及洗手盆，男性员工每15-20人设一个小便器。经计算，男卫生间：大便器3个，小便器4-5个，洗手盆3个；女卫生间：大便器4-5个，洗手盆4个。还要设独立的无障碍卫生间或在男女卫生间内各设1个无障碍厕位。
3.空调机房：一般500-800㎡办公面积设计一个空调机房，机房面积一般为20-30 ㎡ ，每标准层空调机房面积约为40-60 ㎡ 。
4.强、弱电间面积约为13-15㎡ 。
5.给、排水管井面积约为4-5 ㎡ 。
6.分区客用电梯群组及前室。
三、核心筒的核心—电梯设计
电梯设计是超高层建筑核心筒设计的重要环节。电梯设计不只是一般的载人载货那般简单，应满足舒适度及速度感，利用最少的电梯及电梯井道达到较为经济又能达到较高效率来满足整个建筑的垂直运输需求。电梯的性能主要取决于建筑物内人口密度、电梯的数量和类型以及电梯所服务的楼层数等因素。
对办公大楼来说，早晨上班时刻出现上行高峰客流；中午午餐时间出现强度稍小的一个下行高峰及一个上行高峰；下班时刻出现一个最为强烈的下行高峰。上行高峰形成是由于雇主要求雇员在某一时刻之前到达办公地点并开始工作，下班下行时，乘客对候梯时间的容忍程度较强，所以办公大楼交通计算一般以解决上班时上行高峰客流为目标。
酒店主要的交通模式时段是在客人入住(17:00-19:00)及退房(08:00-10:00)。这两段时间内，客人会同时进出客房及餐厅，进入及离开酒店，所以客人会乘坐电梯上行及下行。故此酒店客梯系统根据上行及下行之交通情况来模拟。
在开始时间前的某一个5分钟范围内，乘客的集中率达到高峰，即采用“5分钟输送能力”来衡量解决这一个5分钟范围内乘客的集中高峰的程度。也就是说5分钟输送能力指在5分钟内电梯所能输送的人数占要输送乘客总人数的百分比。
乘客在等待电梯时产生的烦燥，随着等待时间的加长而加强。心理实验检测得知,乘客在等待电梯时产生的烦燥心情与实际候梯时间的平方成正比。因此，乘客的候梯时间是交通计算必须考虑的一个问题，即“电梯平均运行间隔”(即平均候梯时间)。
3.1深圳京基金融中心
京基金融中心大厦电梯系统设计采用国际甲级办公室的客梯计算标准：
通过模拟分析，京基金融中心大厦办公楼楼层划分为办公低区及办公高区两个区域，每个区域又分别由4组电梯组成，其中两组为6台电梯，另外两组为4台电梯。低区的办公大堂设于负一层及一层，乘客可乘坐位于核心筒左侧的6台双轿箱高速电梯由低区的办公大堂至39层及40层的高区办公大堂,然后可转换乘坐高区电梯。高区的4组电梯与低区的4组电梯共用核心筒电梯井道，节省了核心筒的空间。办公客梯的载重量均为1600kg。
设计之初，曾做过设一个电梯转换层和设两个电梯转换层的两个方案，办公楼楼层分为低区、中区及高区。两种方案经比较，设一个电梯转换层的方案优于设两个电梯转换层的方案，从使用者角度看，一个电梯转换层比两个电梯转换层更直接、更方便，需要较少的穿梭电梯及客梯，电梯效率较高，成本相对要低。
酒店位于京基金融中心大厦办公楼层之上，为白金五星级酒店，采用了如下客梯计算标准：
通过模拟分析，在核心筒的右侧设置4台酒店高速穿梭客梯来服务宾客从酒店首层大堂直接到94层的酒店接待大厅，然后宾客可从94层酒店大堂向下转乘酒店客梯到达酒店客房楼层、中餐厅、商务中心及健身俱乐部。
3.2广州侨鑫大厦
侨鑫大厦塔楼办公区为国际甲级办公室，电梯系统设计采用如下计算标准：
通过模拟分析，塔楼低区办公区由5台载重量分别为1600kg的客梯提供电梯运输服务，2组8台载重量1600kg的客梯服务于办公中区和高区。2台服务电梯指定为消防电梯，为办公塔楼所有楼层提供服务。
高峰期电梯性能计算是基于目的层控制系统的工作估计。这个系统使乘客在进入电梯前需要预先输入目的楼层，以提高每部电梯单位时间的工作效率，进而尽量减少核心筒面积。同样数量的电梯，常规控制系统的服务人数减少15%，相当于在常规系统下，需要增加15%的电梯数量来满足同等工作需求。
3.3广州嘉裕大厦
嘉裕大厦电梯系统设计计算标准如下：
办公区客用电梯系统设计所采用的标准与侨鑫大厦相同。通过模拟分析，嘉裕大厦塔楼办公区由5台载重量分别为1600kg客梯提供电梯运输服务，4台客梯服务于酒店式公寓，6台客梯服务于酒店客房，载重量均为1600kg。
3.4上海金茂大厦
大厦塔楼1－2层是气势雄伟、宽敞明亮、净高达10.1m的商务办公区大堂，在一层电梯厅，通向办公区的电梯设置成T型。为3-6层办公服务的3台电梯载重量分别为1350kg，为7-50层办公服务的电梯共为23台，分为4组，每组为5-6台载重量分别为1600kg的客梯，5组26台高速电梯可迅速而又舒适地把客人送达各办公楼层而又不必中转。每十一、二层5－6部电梯的配置可保证客人在上下班高峰时，候梯时间不超过35s，给人以便捷的交通。另设有两台办公消防电梯，办公层最多的电梯井道有38个。
为酒店服务的电梯共有21台，在一层的东侧设有6台酒店专用客梯，穿梭于酒店中庭的6台群控电梯以6m/s的速度运行。设有两台酒店服务电梯，从地下一层到53层酒店服务层。另外有13台酒店局部电梯，服务于客房及餐厅部分楼层。
大厦88层为观光厅，两台载重量为2500kg速度为9.0m/s的高速电梯将观光游人从地下一层直升到88层。
3.5上海环球金融中心
塔楼内共设91台电梯，其中44台采用了可调节式双层轿厢电梯，可满足大厦不同层高的停层要求。采用此类电梯，不仅提高了早高峰时段电梯的运行能力，还充分利用了电梯井道，节省了核心筒面积。
该大厦7-77层为办公楼层，低区的办公大堂设于负1层及2层，乘客可乘坐1组4台双轿箱高速电梯由低区的办公大堂至28层及29层的中区办公大堂,此种电梯最高速度为6m/s，载重4000kg（2000kg×2），定员52人（26人×2），然后可转换乘坐中区电梯；乘客也可乘坐另外1组4台双轿箱高速电梯由低区的办公大堂经停28、29层至52层及53层的高区办公大堂,此种电梯最高速度为10m/s，载重4000kg（2000kg×2），定员52人（26人×2），然后可转换乘坐中、高区电梯。低区、中区、高区的分区电梯分别为2组4台的双轿厢电梯。双层轿厢电梯和超级双层轿厢电梯节约了大楼空间，使原本应作电梯用途的空间可用作商用空间。双层轿厢电梯最多可比传统电梯节约40%的所需空间，同时最高还能增加30%的运力。这种超级双层轿厢电梯，能用一个剪刀似连接装置确保两个轿厢能同时上下移动，并可停靠在两个不同楼层。这样，在同样井道数量和大小的情况下，运载量可以增加一倍。而同一部电梯内乘客，也可以同一时间内到达不同楼层。
设有3台速度为10.0m/s的高速电梯从1层到酒店大堂层的87层，进而到其上部91层的餐厅层约400m距离，直达运行仅需1分钟。
从地下二层到地上95层的观光厅全程439m仅需1分钟，有2台是世界最大的双层轿厢电梯，它的运行楼层为地下1、2层到地上95层的观光厅，载重量为4350kg（2175kg×2）。
另有一台车辆输送电梯能在两分钟左右的时间里将乘用车和其它重物从地面运送到94层的展厅，载重量3075kg。
下面给出以上五栋超高层建筑的电梯相关数据综合一览表和电梯分区分布图：
京基电梯行程图：
侨鑫电梯行程图：
嘉裕电梯行程图：
金茂电梯行程图：
环球电梯行程图：
要准确、合理、经济地确定电梯的数量、载重量和速度，应计算出全部电梯所要服务的建筑物内总人数、乘梯高峰期某一限定时间内所需服务的最大客运量、乘客候梯时间或电梯平均间隔时间、以及乘客从唤梯起至到达其目的地的全行程时间。以下供设计人员进行电梯配置时参考。
1. 200m高的超高层办公（或酒店）建筑，一般层数为40多层，根据消防的要求要设置避难层，两个避难层之间一般不超过15层，200m高的超高层建筑要设置两个避难层，竖向交通通常按消防避难层的设置采取分区停靠的方式，分为低、中、高三个区。
2. 400多米高的超高层建筑，层数大都在100层左右，建筑内人员多，为提高输送效率和减少核心筒面积，可配置双层轿厢电梯，通常采取设转换厅+分区停靠方式，有效设计超高层建筑的电梯的关键是运用各种局部电梯进行服务，并把局部区域电梯系统地组织起来，为人们提供快速、高效、平稳的垂直服务，电梯分区宜以建筑高度50m或10-12个电梯停靠站为一个区。
3.高层办公楼电梯的数量是根据人数、高峰等候时间确定，一般可按下列数据估算:
(1)每人使用面积为4-10m2/人,或按总建筑面积的67-73%(一般取70%)计算使用面积。
(2)高峰等候时间为30-35s、40s、50s。
(3)电梯载重量为1350-1600kg。
(4)办公建筑一台1000kg客梯服务的建筑面积为4000-5000m2，超高层办公1000kg客梯服务的建筑面积可为3000m2。为提高效率，超高层办公电梯载重量可取1600kg。
4.办公乘客电梯高峰期5分钟内运客量按13-15%计算,或按30分钟内运载总人数90%计。
5.酒店客梯的数量是根据酒店星级确定的,一般可按每70-100间客房配置1台载重量为1000-1600kg的客梯。
6.电梯间隔时间及候梯时间:
电梯间隔时间一般是指轿厢从门厅出发的平均时间。候梯时间常取间隔时间的60%。不同的建筑类型电梯间隔时间不同：酒店电梯间隔时间可取40-60s；多机构办公建筑上楼峰值无下楼时电梯间隔时间取25-30s，上楼峰值有10%下楼时电梯间隔时间取30-35s，双向峰值上下楼各50%时电梯间隔时间取35-45s。
7.分区时乘客在轿厢内停留的时间一般小于60s较为理想，90-120s为极限。
8.电梯速度分为低速(＜2.5m/s) 、中速(2.5-5m/s) 、高速(5＞m/s)和超高速(6-10m/s)。
9.第1个50m电梯速度可采用1.75 m/s，然后每隔50m升一级，速度加1-1.5m/s，超高层建筑可取高值。
10.通往最高层的观光层电梯应是直达。
11.单组电梯的数量不应多于8部。
12.候梯厅的深度应不小于3m，且不宜大于4.5m。
在超高层建筑中电梯作为垂直交通工具，其数量的配置、控制方式及有关参数的选定不仅直接影响建筑物的一次投资，而且还将影响建筑物的使用安全和经营服务质量。恰当地选用电梯的台数、容量、运行速度、控制方式非常重要，且电梯一经选定和安装使用就几乎成了永久的事实，因此，在设计中尤其对电梯的配置应予以充分重视。
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