超高層建筑設(shè)計(jì)10大技術(shù)難點(diǎn)及施工技術(shù)應(yīng)對(duì)措施

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　　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(zhuān)業(yè)的要求就越高。

　　難點(diǎn)1——結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

　　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(hù)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(lèi)：框架結(jié)構(gòu)體系（詞條“框架結(jié)構(gòu)體系”由行業(yè)大百科提供）、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)（詞條“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）(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(mǎn)足玻璃幕墻的外裝飾要求。

　　超高層建筑的樓板（詞條“樓板”由行業(yè)大百科提供）和屋蓋具有很大的平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供）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（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）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（詞條“鋼筋混凝土”由行業(yè)大百科提供）(簡(jiǎn)稱(chēng)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(chēng)MST組合梁，只要計(jì)算正確，配筋合理，栓釘（詞條“栓釘”由行業(yè)大百科提供）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。

　　難點(diǎn)2——垂直交通設(shè)計(jì)

　　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)（詞條“圍護(hù)結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供），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?chē)�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(xiě)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。

　　2.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(kāi)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。

　　3.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(zhuān)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(mǎn)足機(jī)電設(shè)備經(jīng)常變動(dòng)的需要，便開(kāi)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(zhuān)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(zhuān)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。

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