超高層建筑設計10大技術難點及施工技術應對措施

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　　根據理論及經驗分析，一般在40層(大約150米)左右，是超高層建筑設計的敏感高度(建筑物的超長尺度特性將引起建筑設計概念變化)，這種變化促使建筑師必須提出有效設計對策，調整設計觀念，應用適宜的建筑技術。

　　超高層樓宇就像一條豎立起來的街道，存在著安全、內部交通、環境、能源消耗等多種難以妥善解決的問題，越是向高處發展，安全性、耐久性及適用舒適等問題就愈多，對結構、建筑、機電、暖通、電梯等專業的要求就越高。

　　難點1——結構系統

　　由于超高層建筑結構的特殊性，建筑內部的梁柱將會不可避免的存在，在結構設計中要考慮異形柱的使用，特別是在超高層住宅戶型設計中，充分全面考慮梁柱的影響、規避及利用是設計的難點。

　　對于結構設計來講，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則，選擇相應的結構體系，一般分為六大類：框架結構體系（詞條“框架結構體系”由行業大百科提供）、剪力墻結構體系、框架-剪力墻結構體系、框-筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。

　　90年代以來，除上述結構體系得到廣泛應用外，多筒體結構、帶加強層的框架-筒體結構、連體結構、巨型結構、懸挑結構、錯層結構等也逐漸在工程中采用。

　　進入90年代后，由于我國鋼材產量的增加，鋼結構、鋼-混凝土混合結構逐漸采用。如金茂大廈、地王大廈都是鋼-混凝土混合結構。此外，型鋼混凝土結構和鋼管混凝土結構在高層建筑中也正在得到廣泛應用。高層建筑結構采用的混凝土強度等級不斷提高，從C30逐步向C60及更高的等級發展。預應力混凝土結構在高層建筑的梁、板結構中廣泛應用。鋼材的強度等級也不斷提高。

　　高層和超高層建筑在結構設計中除采用鋼筋混凝土結構（詞條“鋼筋混凝土結構”由行業大百科提供）(代號RC)外，還采用型鋼混凝土結構(代號SRC)，鋼管混凝土結構(代號CFS)和全鋼結構(代號S或SS)。

　　建筑高度100m，柱網為8.4m，抗震設防烈度為6度，采用框架-剪力墻或框-筒結構體系較為經濟合理，這種結構體系的剪力墻或筒體是很好的抗側力構件，常常承擔了大部分的風載和地震荷載產生的水平側力，總體剛度大，側移小，且滿足玻璃幕墻的外裝飾要求。

　　超高層建筑的樓板（詞條“樓板”由行業大百科提供）和屋蓋具有很大的平面（詞條“平面”由行業大百科提供）剛度，是豎向鋼柱與剪力墻或筒體的平面抗側力構件，同時使鋼柱與各豎向構件(剪力墻或筒體)起到變形（詞條“變形”由行業大百科提供）協調作用。

　　一般鋼結構建筑物的樓板和屋蓋，都采用軋制的壓型鋼板加現澆鋼筋混凝土（詞條“鋼筋混凝土”由行業大百科提供）(簡稱鋼承混凝土)樓板和屋蓋，厚度一般不小于150mm。目前在設計鋼承混凝土樓板和屋蓋時沒有考慮鋼承混凝土樓板和屋蓋與鋼梁共同作用。主要是對于板底呈波形的計算原理不甚了解或認為計算繁瑣，就按平板計算，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，簡稱MST組合梁，只要計算正確，配筋合理，栓釘（詞條“栓釘”由行業大百科提供）可靠，則可以節約樓層和屋蓋鋼梁的用鋼量20%左右，而且不需對鋼梁進行穩定驗算。

　　難點2——垂直交通設計

　　超高層建筑，核心筒的設計需平衡采光、節能、易于維護、減少公攤、不同業態核心筒上下統一等多方要求，是建筑設計的難點之一。

　　高層建筑與其他建筑之間的最大區別，就在于它有一個垂直交通和管道設備集中在一起的、在結構體系中又起著重要作用的“核”。而這個“核”也恰恰在形態構成上舉足輕重，決定著高層建筑的空間構成模式。

　　隨著高層建筑建設的發展、高度的增加和技術的進步，在高層建筑的設計過程中，逐漸演化出了中央核心筒式的“內核”空間構成模式。

　　1.內核式：中央核心筒布局

　　在建筑處理上，為了爭取盡量寬敞的使用空間，希望將電梯、樓梯、設備用房及衛生間、茶爐間等服務用房向平面的中央集中，使功能空間占據最佳的采光位置，力求視線良好、交通便捷。在結構方面，隨著筒體結構概念的出現、高度的增加，也希望能有一個剛度更強的筒來承受剪力和抗扭。

　　在建筑的中央部分，有意識地利用那些功能較為固定的服務用房的圍護結構（詞條“圍護結構”由行業大百科提供），形成中央核心筒，而筒體處于幾何位置中心，還可以使建筑的質量重心、剛度中心和型體核心三心重合，更加有利于結構受力和抗震。

　　這種“內核”空間構成模式，經過長期的實踐檢驗，以其結構合理、使用方便和造價相對低廉的優勢，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械通風，總會多少給人帶來不適感，但“內核”式的布局形式及其變種在數量上占有絕對優勢，大多數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，這種內核式的布局存在著諸多不便利之處。

　　2.外核式：雙側外核心筒布局

　　隨著時代的發展、技術的進步，人們對建筑需求的變化和設計側重點的不同，以中央核心筒為主流的高層建筑“內核”空間構成模式開始受到了挑戰。

　　第一次變革主要還是出于造型上的需要和建筑設計理念的變化，如 70 年代前后出現的“雙核”構成模式。雙側外核心筒的布局，不僅有利于避難疏散，而且也使高層建筑的外觀造型產生了巨大的變化。貝聿銘設計的新加坡“華僑銀行中心”和日建設計設計的日本“IBM 本社大樓”等等就是當年風行一時的雙側外核設計手法的代表。

　　3.多核式：分散多個外核布局

　　第二次變革最先對核心筒提出革命性建議的是設備專業，他們認為隨著建筑設備的日趨增多和越來越復雜，如果把設備用房和管道井從核心筒中分離出來，可能會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施的不斷增加，導致了在高層建筑中大量應用計算機和電信通訊設備，甚至許多建筑在竣工之后，仍然頻繁地改造布線系統和增添新設備。智能化辦公樓中的光纜與電腦網絡管道井、配線箱以及中繼裝置等，每層都必須設置三處以上才算合理。這樣，建筑上為了滿足機電設備經常變動的需要，便開始將“核”分散化，分置多處設備用房和管道井，以便于局部更改。

　　對于結構專業來說，加強建筑周邊的剛度也會有效地抵抗地震對高層建筑的破壞，所以如果將垂直交通和設備用房等分散地布置在周邊，則無疑也會對結構抗震有利。同時，這種分散的多個外核的空間構成模式，也正好適用于新興的巨型框架結構，使這種結構體系中的巨型支撐柱具有了使用功能。其最典型的實例就是丹下健三設計的日本“東京都新都廳”。

　　而從建筑設計的角度來看，核的移動、垂直交通、服務性房間和管道井分散到建筑的周邊，對于高層建筑的空間構成模式和立面造型上的變化也是極具革命性的。它不但適應了其它專業的需求，而且還有利于避難疏散，創造更大的使用空間和使高層建筑的底部獲得解放。這種空間構成模式所具有的靈活性和先進性，很快便被推崇技術表現的歐洲建筑師們所發現，并創造性地應用在他們的作品之中。羅杰斯設計的英國“倫敦勞埃德大廈”、88木街辦公樓和福斯特設計的“香港匯豐銀行”等等即是分散式核心筒的杰作，它們從內部的空間構成到外部立面，均與中央核心筒式的高層建筑大相經庭。

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