超高層建筑10大技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

超高層建筑10大技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施根據(jù)理論及經(jīng)驗(yàn)分析，一般在40層(大約150米)左右，是超高層建筑設(shè)計(jì)的敏感高度（建筑物的超長(zhǎng)尺度特性將引起建筑設(shè)計(jì)概念變化），這種變化促使建筑師必須提出有效設(shè)計(jì)對(duì)策，調(diào)整設(shè)計(jì)觀念，應(yīng)用適宜的建筑技術(shù)。超高層樓宇就像一條豎立起來(lái)的街道，存在著安全、內(nèi)部交通、環(huán)境、能源消耗等多種難以妥善解決的問(wèn)題，越是向高處發(fā)展，安全性、耐久性及適用舒適等問(wèn)題就愈多，對(duì)結(jié)構(gòu)、建筑、機(jī)電、暖通、電梯等專業(yè)的要求就越高。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)難點(diǎn)1由于超高層建筑結(jié)構(gòu)的特殊性，建筑內(nèi)部的梁柱將會(huì)不可避免的存在，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要考慮異形柱的使用，特別是在超高層住宅戶型設(shè)計(jì)中，充分全面考慮梁柱的影響、規(guī)避及利用是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度以經(jīng)濟(jì)、合理、安全、可靠的設(shè)計(jì)原則，選擇相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，一般分為六大類：框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框-筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系、束筒結(jié)構(gòu)體系。90年代以來(lái)，除上述結(jié)構(gòu)體系得到廣泛應(yīng)用外，多筒體結(jié)構(gòu)、帶加強(qiáng)層的框架-筒體結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)、懸挑結(jié)構(gòu)、錯(cuò)層結(jié)構(gòu)等也逐漸在工程中采用。進(jìn)入90年代后，由于我國(guó)鋼材產(chǎn)量的增加，鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)逐漸采用。如金茂大廈、地王大廈都是鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)。此外，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中也正在得到廣泛應(yīng)用。高層建筑結(jié)構(gòu)采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不斷提高，從C30逐步向C60及更高的等級(jí)發(fā)展。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑的梁、板結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用。鋼材的強(qiáng)度等級(jí)也不斷提高。高層和超高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（代號(hào)RC）外，還采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（代號(hào)SRC），鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（代號(hào)CFS）和全鋼結(jié)構(gòu)（代號(hào)S或SS）。建筑高度100m，柱網(wǎng)為8.4m，抗震設(shè)防烈度為6度，采用框架-剪力墻或框-筒結(jié)構(gòu)體系較為經(jīng)濟(jì)合理，這種結(jié)構(gòu)體系的剪力墻或筒體是很好的抗側(cè)力構(gòu)件，常常承擔(dān)了大部分的風(fēng)載和地震荷載產(chǎn)生的水平側(cè)力，總體剛度大，側(cè)移小，且滿足玻璃幕墻的外裝飾要求。超高層建筑的樓板和屋蓋具有很大的平面剛度，是豎向鋼柱與剪力墻或筒體的平面抗側(cè)力構(gòu)件，同時(shí)使鋼柱與各豎向構(gòu)件（剪力墻或筒體）起到變形協(xié)調(diào)作用。一般鋼結(jié)構(gòu)建筑物的樓板和屋蓋，都采用軋制的壓型鋼板加現(xiàn)澆鋼筋混凝土（簡(jiǎn)稱鋼承混凝土）樓板和屋蓋，厚度一般不小于150mm。目前在設(shè)計(jì)鋼承混凝土樓板和屋蓋時(shí)沒(méi)有考慮鋼承混凝土樓板和屋蓋與鋼梁共同作用。主要是對(duì)于板底呈波形的計(jì)算原理不甚了解或認(rèn)為計(jì)算繁瑣，就按平板計(jì)算，這樣既不安全又增加了鋼梁的用鋼量。如果采用鋼梁與鋼承混凝土樓板共同作用，簡(jiǎn)稱MST組合梁，只要計(jì)算正確，配筋合理，栓釘可靠，則可以節(jié)約樓層和屋蓋鋼梁的用鋼量20%左右，而且不需對(duì)鋼梁進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。垂直交通設(shè)計(jì)難點(diǎn)2超高層建筑，核心筒的設(shè)計(jì)需平衡采光、節(jié)能、易于維護(hù)、減少公攤、不同業(yè)態(tài)核心筒上下統(tǒng)一等多方要求，是建筑設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。高層建筑與其他建筑之間的最大區(qū)別，就在于它有一個(gè)垂直交通和管道設(shè)備集中在一起的、在結(jié)構(gòu)體系中又起著重要作用的“核”。而這個(gè)“核”也恰恰在形態(tài)構(gòu)成上舉足輕重，決定著高層建筑的空間構(gòu)成模式。隨著高層建筑建設(shè)的發(fā)展、高度的增加和技術(shù)的進(jìn)步，在高層建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，逐漸演化出了中央核心筒式的“內(nèi)核”空間構(gòu)成模式。1.內(nèi)核式：中央核心筒布局在建筑處理上，為了爭(zhēng)取盡量寬敞的使用空間，希望將電梯、樓梯、設(shè)備用房及衛(wèi)生間、茶爐間等服務(wù)用房向平面的中央集中，使功能空間占據(jù)最佳的采光位置，力求視線良好、交通便捷。在結(jié)構(gòu)方面，隨著筒體結(jié)構(gòu)概念的出現(xiàn)、高度的增加，也希望能有一個(gè)剛度更強(qiáng)的筒來(lái)承受剪力和抗扭。在建筑的中央部分，有意識(shí)地利用那些功能較為固定的服務(wù)用房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，形成中央核心筒，而筒體處于幾何位置中心，還可以使建筑的質(zhì)量重心、剛度中心和型體核心三心重合，更加有利于結(jié)構(gòu)受力和抗震。這種“內(nèi)核”空間構(gòu)成模式，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐檢驗(yàn)，以其結(jié)構(gòu)合理、使用方便和造價(jià)相對(duì)低廉的優(yōu)勢(shì)，很快便成為高層建筑中最為流行的空間布局形式。盡管中央核心筒式布局的筒體周圍的房間需要人工采光和機(jī)械通風(fēng)，總會(huì)多少給人帶來(lái)不適感，但“內(nèi)核”式的布局形式及其變種在數(shù)量上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，大多數(shù)著名的超高層寫字樓建筑也都采用這種形式。但是作為超高層住宅建筑，這種內(nèi)核式的布局存在著諸多不便利之處。外核式：雙側(cè)外核心筒布局隨著時(shí)代的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)建筑需求的變化和設(shè)計(jì)側(cè)重點(diǎn)的不同，以中央核心筒為主流的高層建筑“內(nèi)核”空間構(gòu)成模式開始受到了挑戰(zhàn)。第一次變革主要還是出于造型上的需要和建筑設(shè)計(jì)理念的變化，如70年代前后出現(xiàn)的“雙核”構(gòu)成模式。雙側(cè)外核心筒的布局，不僅有利于避難疏散，而且也使高層建筑的外觀造型產(chǎn)生了巨大的變化。貝聿銘設(shè)計(jì)的新加坡“華僑銀行中心”和日建設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的日本“IBM本社大樓”等等就是當(dāng)年風(fēng)行一時(shí)的雙側(cè)外核設(shè)計(jì)手法的代表。多核式：分散多個(gè)外核布局第二次變革最先對(duì)核心筒提出革命性建議的是設(shè)備專業(yè)，他們認(rèn)為隨著建筑設(shè)備的日趨增多和越來(lái)越復(fù)雜，如果把設(shè)備用房和管道井從核心筒中分離出來(lái)，可能會(huì)更有利于管理和維修。而80年代以后，智能化建筑的普及和電信設(shè)施的不斷增加，導(dǎo)致了在高層建筑中大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)和電信通訊設(shè)備，甚至許多建筑在竣工之后，仍然頻繁地改造布線系統(tǒng)和增添新設(shè)備。智能化辦公樓中的光纜與電腦網(wǎng)絡(luò)管道井、配線箱以及中繼裝置等，每層都必須設(shè)置三處以上才算合理。這樣，建筑上為了滿足機(jī)電設(shè)備經(jīng)常變動(dòng)的需要，便開始將“核”分散化，分置多處設(shè)備用房和管道井，以便于局部更改。對(duì)于結(jié)構(gòu)專業(yè)來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)建筑周邊的剛度也會(huì)有效地抵抗地震對(duì)高層建筑的破壞，所以如果將垂直交通和設(shè)備用房等分散地布置在周邊，則無(wú)疑也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震有利。同時(shí)，這種分散的多個(gè)外核的空間構(gòu)成模式，也正好適用于新興的巨型框架結(jié)構(gòu)，使這種結(jié)構(gòu)體系中的巨型支撐柱具有了使用功能。其最典型的實(shí)例就是丹下健三設(shè)計(jì)的日本“東京都新都廳”。而從建筑設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，核的移動(dòng)、垂直交通、服務(wù)性房間和管道井分散到建筑的周邊，對(duì)于高層建筑的空間構(gòu)成模式和立面造型上的變化也是極具革命性的。它不但適應(yīng)了其它專業(yè)的需求，而且還有利于避難疏散，創(chuàng)造更大的使用空間和使高層建筑的底部獲得解放。這種空間構(gòu)成模式所具有的靈活性和先進(jìn)性，很快便被推崇技術(shù)表現(xiàn)的歐洲建筑師們所發(fā)現(xiàn)，并創(chuàng)造性地應(yīng)用在他們的作品之中。羅杰斯設(shè)計(jì)的英國(guó)“倫敦勞埃德大廈”、88木街辦公樓和福斯特設(shè)計(jì)的“香港匯豐銀行”等等即是分散式核心筒的杰作，它們從內(nèi)部的空間構(gòu)成到外部立面，均與中央核心筒式的高層建筑大相經(jīng)庭。此外，在規(guī)模較小的高層建筑中，近年來(lái)還出現(xiàn)一種核與主要使用空間分離化的現(xiàn)象，垂直交通、服務(wù)性用房和設(shè)備管道井均分別獨(dú)立，與建筑主體分開。主要使用空間更加完整，四面對(duì)外，核與主要使用空間之間以連廊相接。從結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，核的剛度較大，而主體較柔，兩部分各自分別工作，既受力合理又相對(duì)經(jīng)濟(jì)。當(dāng)然，連接部分的設(shè)計(jì)是這類高層建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，不過(guò)這種設(shè)計(jì)方式給建筑外觀帶來(lái)的變化，已引起了建筑師們的關(guān)注，并很快在歐洲和日本流行起來(lái)。德國(guó)的漢諾威建筑博覽會(huì)管理辦公樓、埃森RWE公司辦公樓，以及日本東京的東急南大井大樓和大阪的凱恩斯本部辦公樓。核與主要使用空間分散和分離還可以使樓梯間、衛(wèi)生間等直接對(duì)外自然采光通風(fēng)，既節(jié)約能源，又省去消防所需的加壓送風(fēng)設(shè)備，更符合低能耗，可循環(huán)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)原則。因此，近幾年強(qiáng)調(diào)生態(tài)、節(jié)能的高層建筑多采用這種布局方式。馬來(lái)西亞建筑師楊經(jīng)文設(shè)計(jì)的高層建筑，不但樓梯、衛(wèi)生間等全部對(duì)外，而且電梯筒壁還被刻意用來(lái)遮擋日曬，可謂“分散外核空間構(gòu)成模式的生態(tài)設(shè)計(jì)方式”。a.進(jìn)出土路線的選擇b.挖運(yùn)土方設(shè)備數(shù)量和性能的選擇以及進(jìn)退場(chǎng)安排c.最后土方的挖、運(yùn)的具體措施d.基坑支護(hù)技術(shù)的優(yōu)化和周圍環(huán)境建（構(gòu)）筑物以及基坑邊坡的變形監(jiān)測(cè)e.土方開挖和基坑支護(hù)，乃至樁基礎(chǔ)施工的配合。施工組織要有新思維超高層建筑的豎向跨度非常大，在施工組織中首要解決垂直運(yùn)輸效率的問(wèn)題。利用有限的機(jī)械設(shè)備解決龐大的人員、材料的上下，做到有序并且有效。（1）合理配置大型機(jī)械設(shè)備。要核算現(xiàn)場(chǎng)人員流量，在施工高峰期有多少人需要乘電梯到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，全部輸送完需要多少時(shí)間。結(jié)合工期計(jì)劃，核算和分析需要使用人貨電梯運(yùn)輸?shù)脑牧?、周轉(zhuǎn)材料、成品、半成品的總用量以及周轉(zhuǎn)率要求，核算工作時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，合理確定塔吊，人、貨電梯的規(guī)格型號(hào)和數(shù)量；選擇混凝土輸送泵的性能和數(shù)量。在實(shí)際中，超過(guò)150m的建筑應(yīng)考慮布置一臺(tái)高速施工電梯和一臺(tái)普通施工電梯，分別服務(wù)不同的施工區(qū)域。應(yīng)選用一次泵送到位的混凝土輸送泵，油泵和電泵均要配備。塔吊的性能和布置不僅要滿足鋼筋、模板、鋼管等材料運(yùn)輸，而且必須考慮鋼結(jié)構(gòu)件的吊裝和安裝需要。慎密規(guī)劃，緊貼實(shí)際，科學(xué)統(tǒng)籌大型機(jī)械平面布置。分析現(xiàn)場(chǎng)條件和地理位置情況，按照最短運(yùn)輸路徑和最大運(yùn)輸能力的原則，進(jìn)行大型機(jī)械平面布置?？焖偬嵘芎褪┕る娞菔滓紤]樓層內(nèi)的運(yùn)輸路線；塔吊要考慮安裝和拆除的便利、覆蓋面積和附墻的可行性。（2）既要合理而不富余的配置機(jī)械，就必然存在機(jī)械使用的沖突問(wèn)題，機(jī)械的使用計(jì)劃就顯得十分必要。對(duì)各工種、工序現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的先后順序要預(yù)先安排并強(qiáng)制執(zhí)行。體現(xiàn)在垂直運(yùn)輸設(shè)備的使用安排計(jì)劃上，每個(gè)人、每一件物都要清楚自己的運(yùn)輸時(shí)間、順序。有計(jì)劃有組織地調(diào)節(jié)設(shè)備的使用頻率，提高使用效率。（3）采取技術(shù)措施，減少對(duì)垂直運(yùn)輸?shù)囊蕾?。鋼筋網(wǎng)片的使用，機(jī)械接頭的使用，大模板的使用，可以有效地提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少對(duì)作業(yè)人員和操作設(shè)備的需求，從而減少垂直運(yùn)輸?shù)膲毫Α?.施工質(zhì)量要求高以建筑總高度允許偏差值來(lái)說(shuō)，超高層建筑的質(zhì)量要求已經(jīng)與普通建筑有了差別，特別體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的安全性能和建筑功能要求上。超高層建筑承受的風(fēng)壓非常大，對(duì)氣密性、水密性有很高要求，玻璃或幕墻的三性檢驗(yàn)報(bào)告不可缺少。裝飾工程中，外墻粘貼磚的施工質(zhì)量關(guān)系到建筑的使用安全，必須引起足夠重視，應(yīng)從技術(shù)、工藝上予以解決。外墻的防水工程應(yīng)從材料的選用、工藝試驗(yàn)