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摘要：越来越多的超高层建筑伴在城市的高速发展和建设进程中在城市中矗立，超高层建筑在给人们带来生活便利便利性、满足人们的功能要求、美观需求的同时，也在建成后的使用过程中满满出现了很多新问题。超高层建筑冬季穿梭电梯竖井内烟囱效应过强，会导致能源浪费、安全隐患等诸多问题。以上海中心大厦为研究对象，通过理论分析以及建筑改造相结合的手段，探究超高层建筑烟囱效应现象的成因、特性和影响因素，以工程的改造为例提出具有可操作性和实用性的缓解措施技术方案，对防范超高层建筑烟囱效应具有示范和借鉴意义，为超高层建筑设计需要解决的烟囱效应问题提供新思路。

关键词：上海中心大厦；超高层建筑；烟囱效应；缓解技术改造；运营管理导则

一，超高层建筑的发展现状

世界高层建筑与都市人居学会（Council on Tall Buildings and Urban Habitat，CTBUH）的相关数据显示，截至2021年，目前我国超过200米以上的建筑拥有947座，而超300米以上的超高层建筑则有102座，这两个指标数据均排在世界第一，规模非常惊人。在己建成的超高层建筑中，到2021年底，世界前20超高层平均高度将达到惊人的524米，而绝大多数此类建筑都将集中在亚太地区，中国更是拥有一半的世界最高建筑，成为名副其实的超高层之国家，其中最高建筑是632米的上海中心大厦。

二，超高层建筑烟囱效应及其负面影响

室内温度高于室外温度的冬季，超高层建筑室外冷空气经建筑下部门窗或其他开口缝隙流入室内，涌入的冷空气在室内被加热，温度升高、密度减小、向上流动，由建筑的各种竖向通道（楼梯井、电梯井、管道井等）到达建筑上部的楼层，然后再经由上部楼层的各式缝隙、孔口排出到室外。这种在超高层建筑内由于室内外温差引起的，室外侵入的冷空气不断的推动下，超高层建筑就起到像烟囱一样的拔风现象即为建筑的烟囱效应。

尽管超高层建筑的发展带来了明显的社会经济效益，与此同时也带来了一系列的安全问题。现代超高层建筑在设计建设阶段大多都更重视建筑在抗震、抗风、消防避难等方面的问题，常常对于自然通风、室内环境等建筑相关设计放在次要位置。随着我国超高层建筑高度和数量的不断增加，尤其是冬季严寒地区的超高层建筑由于冷风入侵导致的烟囱效应下的建筑能耗徒然增加。烟囱效应对于建筑内部产生的消极影响主要体现在一下几个方面：

1，各类门闭合故障。在冬季严寒以及夏季酷热天气，较高行程电梯的电梯门压差过大，容易出现开闭故障；首层外门容易出现开闭费力等问题。同时空气的大量入侵，会造成大堂或者电梯井道和其他井道啸叫啸叫，产生噪音。

2，大厅室内舒适度降低。冬季冷风入侵，吹风感强烈，首层大堂的温度降低，增加了供暖系统的能耗；北方地区在风沙天气时，烟囱效应下室内外空气流动增强，风沙相较平日更容易进入室内，污染室内空气并对环境质量造成破坏。

3，加剧火灾发展进程。当火灾发生时，室内空气温度的急剧升高，体积增大，烟囱效应在高温下加速发展，各种竖井成了拔火拔烟的垂直通道，是大厦火灾垂直蔓延的主要途径，导致多处火灾，使灾情加重，造成生命和财产损失。

4，病菌和气味传播。大楼里的各种病菌在烟囱效应的效应下都迅速通过垂直通道传播到其他楼层，污染其他楼层的空气环境。同理建筑内的气味（厕所或厨房），同样也在烟囱效应的作用下通过垂直和水平通道扩散到其他楼层。

三，超高层建筑烟囱效应现状及烟囱效应缓解措施调研以上海中心大厦为例

对国内不同气候区具有代表性的多栋超高层建筑（北京中信大厦（中国尊），上海环球金融中心大厦，广州东塔）的基本调研获得的基本概况，并对建筑烟囱效应现状和缓解措施进行搜集总结，研究表明发生烟囱效应严重的位置为大堂和电梯竖井，其烟囱效应共性问题可概括为以下几点：

1，开敞型的大堂建筑布局，首层隔断较少，围护结构与电梯门承担压力；

2，围护结构密闭性差，渗透风量大，室内热环境舒适度差，气流噪声较大；

3，穿梭电梯、高区电梯受烟囱效应影响最大，负面问题最突出。

上海中心在后期运营使用所产生的实用性问题也与此调研结论一致，上海中心大厦建筑高度为中国第一高，烟囱效应气流特征更明显。针对此结论对上海中心气密性的问题对大楼的每层建筑平面进行梳理并锁定大楼需要做气密性加强的部位，根据实际情况对应采取不同的改造措施。

大楼气密性研究：上海中心大厦在竖向上一共分成了9个区域，上海中心大厦裙楼和主楼是一体化相联的，上楼时，乘客先由裙楼或地下室来到主楼大堂层，通过各区的穿梭电梯到达相近楼层的空中大堂，再换乘区间电梯到达目的楼层，下楼时，乘客通过区间电梯到达所在区域的空中大堂，然后换乘穿梭电梯直达地面，一楼办公大堂的穿梭电梯厅空间是连通开敞式的，靠内外双层幕墙阻隔室内外空气流通。

观光电梯OB电梯是高度最高的电梯，也是冬季烟囱效应最为严重的竖井，因此后续分析主要以OB电梯和酒店8X电梯为研究对象。以首层为例对建筑平面进行气密性分析发现一层需要锁定外幕墙气密性审查对象为：直接对外的各个出口、内圈幕墙吊顶、外圈幕墙本身的气密性。

根据上海的上海中心大厦进行建筑平面气密性设防研究、多次烟囱效应现场巡视和气压差等数据实地测量显示：

1.建筑物、幕墙气密性较差：在外立面幕墙上有未知的漏气点；

2.不少数量的出入口内外门气密性差（例如看到这些门下方透进的光和明显门缝），现场观测到日常许多门处于敞开状态；

3.一些无法看到的内部漏气的连接点，例如建筑物吊顶和隔墙内有许多不可见的开口和缝隙，会发生漏气。

4.电梯井道内存在气密性缺口：在一些电梯井道的墙壁上，在某些楼层，存在预留的通风口，而防回风百叶的气密性能尚无法确定；该漏气点通向室外，或多或少地直接从电梯井中漏气，使烟囱效应压力的控制失效。使得在没有井道壁开口的楼层上，电梯门需要承受额外的压力。

5.OB电梯和酒店8X电梯的竖向泄风通道上低端（地下室和裙房）以及顶端（电梯上部空间）平面上的气密性设防等级不够，特别是人行货行通道口上的门在使用过程中长期敞开无缓冲隔断的设计导致设计原有的气密性设防本质上无法发挥作用。

针对大楼气密性调研结果，对大厦需采取建筑综合改造措施以缓解大楼整体的烟囱效应：

1.对外层幕墙气密性缺口进行密封：检查窗框、扇相邻构件装配间隙是否漏风，密封条、毛条等装配是否均匀、牢固，接口严密，有无脱槽、收缩、压不实等现象，并根据实际情况对现有门窗的自身密封性能进行修缮。密封门开启扇，与相临的固定扇或地面存在空隙的需要根据现场情况新增密封条，包括门扇门套密封条、毛条、玻璃密封条（胶条）三大类，增加门的气密性。门扇/套密封条主要用于门板与门框之间的密封，而毛条主要用于门框和门扇之间的密封，玻璃密封条主要用于玻璃和门扇及框之间的密封。检查窗框与墙体之前的填充是否密闭，如有缝隙则用发泡胶进行填充，填充处内外侧均用硅酮胶等密封胶进行密封防止渗水漏风。

2.增强外层幕墙进出口处的门洞进行密封性：严选密封性能好的填缝材料，增加隔断或门厅，采用旋转门的方式增强外幕墙上出入口位置的门的气密性；

3.现场排查因吊顶而被遮住的机电管线穿墙的区域，对于密封性不满足要求的区域进行针对性密封；

4.建筑内部根据平面气密性设防研究的成果，对气密性薄弱以及有现实加固条件的通风处增加气密性设防线；以地下五层平面研究为例：地下五层电梯气密性设防均为二道，气密性一般，需对2A/2B ， 2P进行门洞气密性检查与加固，对于2A/2B考虑疏散走廊上新增双道联控感应门。项目运营改造阶段已对2P进行新增一道密闭门，需要检查新增门平时的开启情况，并对新增门的气密性进行加固。

5.对于人行货行通道口上的门在使用过程中长期敞开无缓冲隔断的设计导致设计原有的气密性设防本质上无法发挥作用的区域增加双道联控感应门，使用双道感应门，可以有效的保证电梯厅两道以上的防风物理设防，并且有效的减少因人员使用因素导致的密闭门长时间开启的情况。

6.排查室内泄风路径中各个开启门扇的密封性能，对门扇进行密闭性增强修缮与改造

7.实地排查电梯井道的密封性，对电梯井道漏风点进行封堵

除了这些从建筑出发的主动改造措施，大楼在运营改造过程还采用了空调供排风调节，电梯竖井降温，电梯轿厢机械等被动式措施，烟囱效应防治管理团队根据大楼的运营维护经验编制大厦日常管理导则，从科普宣传、电梯管理、空调管理、日常维修和巡检工作方面有效的把大楼的烟囱效应防治工作安排在大楼的运营和物业管理的日常中。

四，对于超高层建筑设计的启示

为有效地控制和减少超高层建筑中的烟囱效应，提高建筑的安全性和舒适性，建筑设计与建造时可从以下几个方面综合优化超高层建筑设计：

1.分区设计：在超高层的设计中，可以通过分区设计来减少烟囱效应的影响。例如，使用地库转换梯或将电梯井道设计得更为分散，以降低整体建筑的温度和压力梯度。

2.使用防火门和防风阀：在所有通向室外的开口处安装防火门，并在需要的地方安装防风阀，以减少空气流通。

3.合理安排通风系统：设计有效的通风系统，包括排风和补风系统，以维持建筑内部的空气压力平衡，避免因压力差导致的空气流通。

4.隔热和保温设计：加强建筑的隔热和保温设计，减小外部温度变化对建筑内部温度的影响，从而减少烟囱效应的可能性。

5.避免单井道电梯：在超高层建筑中避免使用单井道电梯，特别是消防电梯。如果必须使用，应在井道的顶部、底部和中间位置设置足够的泄压口，并进行详细的消防安全设计。

6.使用密闭性能良好的门窗：选择密闭性能好的门窗材料，减少空气流动，从而降低烟囱效应的影响。