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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　　此外，在規模較小的高層建筑中，近年來還出現一種核與主要使用空間分離化的現象，垂直交通、服務性用房和設備管道井均分別獨立，與建筑主體分開。主要使用空間更加完整，四面對外，核與主要使用空間之間以連廊相接。從結構的角度來看，核的剛度較大，而主體較柔，兩部分各自分別工作，既受力合理又相對經濟。當然，連接部分的設計是這類高層建筑設計的關鍵所在，不過這種設計方式給建筑外觀帶來的變化，已引起了建筑師們的關注，并很快在歐洲和日本流行起來。德國的漢諾威建筑博覽會管理辦公樓、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、衛生間等直接對外自然采光通風，既節約能源，又省去消防所需的加壓送風設備，更符合低能耗，可循環的現代設計原則。因此，近幾年強調生態、節能的高層建筑多采用這種布局方式。馬來西亞建筑師楊經文設計的高層建筑，不但樓梯、衛生間等全部對外，而且電梯筒壁還被刻意用來遮擋日曬，可謂“分散外核空間構成模式的生態設計方式”。“吉隆坡廣場大廈”及其最新設計的“新加坡展覽大廈”就都反映出這一設計特征。而另一位歐洲的建筑師赫爾佐格設計的前述之德國漢諾威建筑博覽會管理辦公樓，也以其生態觀念贏得了眾口稱贊。

　　難點3——電梯

　　在超高層建筑中，快速、高效、平穩的垂直服務是難點之一。

　　電梯作為垂直交通工具，對其數量的配置、控制方式及有關參數的選定將不僅直接影響建筑物的一次投資(一般電梯投資約占建筑物總投資的10%左右)，而且還將影響建筑物的使用安全和經營服務質量。在建筑物內，恰當地選用電梯的臺數、容量、運行速度、控制方式非常重要，而建筑物內的電梯一經選定和安裝使用就幾乎成了永久的事實，以后若想增加或改型非常困難，甚至是不可能的了，因此，在設計中應該在設計開始時對電梯的配置應予以充分重視。

　　現代超高層建筑大都超過60層，建筑內人口流動大，縱向交通主要依賴電梯，有效設計超高層建筑的電梯的關鍵是運用各種局部電梯進行服務，并把局部區域電梯系統組織起來。通往這些局部區域，通過由地面始發站至局部區域的空中候梯廳之間的快速穿梭電梯進行服務，乘客到達空中候梯廳后再換乘區間電梯。為了能夠將乘客以最快的速度運送到達目的地，一般以建筑每30～35層為一局部區域。

　　由于超高層建筑采用多梯系統，應采用微機電梯控制系統，通過計算機控制系統及時地處理大量信息，判斷各站臺的呼叫信息和各電梯的位置、方向、開閉狀態、轎廂內呼叫等各種狀態，以提高運送能力，改善服務質量，提高超建筑的經濟效益。

　　難點4——供電安全性和穩定性（詞條“穩定性”由行業大百科提供）

　　作為超高層建筑，安全性必然是供電系統設計所需要格外注意的地方，其次是供電可靠性。配電系統的設計上，需考慮多回路供電及備用發電機組的配置。因超高建筑的高度，變配電房可以考慮設置在塔樓中部的樓層，以減少低壓配電的損耗。備用柴油發電機設置于地庫層，供電電壓采用10千伏輸出，再經變壓器降壓至低壓配電，保證配電至塔樓的高層。

　　在超高層建筑的配電系統上，供電距離、電纜的長度、電纜大小的適當調整以及安裝時的施工工藝也是難題之一。由于超高層面積大、樓層多，自然會出現遠距離供電的問題，因此后備電源可考慮采用高壓發電機來發電，從而解決了這個難題。

　　另外還需要特別注意的是，超高層建筑遇到強風時，可能會出現左右晃動。由于超高層建筑物會有一定的搖擺度，在上升主干線的設計上可以考慮將電纜連接銅母線槽配電，以減低超高層建筑物在搖擺時對銅母線槽接駁組件位置的拉扯壓力，減少發生故障及維修的機會，也相對地增加了主干系統的壽命。

　　建成后業主的使用方便也是必須要考慮到的，在電氣設備的空間安排方面要有可調整的空間。作為超高樓，樓層多，機電方面的設備自然也多，為了讓業主獲得更多的使用空間，在排布電纜和豎井方面要盡量減少轉換豎井和縮小豎井等所占用的空間，以便提供出更多的空間給業主使用。

　　難點5——消防

　　消防難點：超高層建筑由于其特殊的構造和功能要求，致使其內部火災荷載大，火勢蔓延迅速，人員疏散困難，救援難度大，形成重大火災的隱患大。如2009年2月中央電視臺新址的附屬文化中心大火，造成了人員傷亡及財產損失。

　　消防設計要點：防火-控火-耐火

　　防火，建筑工程中使用防火材料、防火構件、防火配件，裝修工程中采用不燃、難燃性建筑材料，易燃易爆場所強化通風，設置防爆電氣，使用不發火地面等。

　　控火，一是把火災控制在初始階段，包括安裝火災自動報警、自動滅火系統，進行早期探測和初期撲救;二是把火災控制在較小范圍，在建筑物平面和豎向劃分防火分區和防煙分區，在建筑物之間留有適當防火安全距離，切斷火災蔓延途徑，減小成災面積，便于實施救援。

　　耐火，加強建筑結構構件的耐火穩定性，使其在火災中不致失效。

　　難點6——測量

　　超高層建筑，一般由超高層塔樓和多層地下室組成，工程測量難度大，施工測量如果失誤，造成的損失會非常嚴重，并且難以彌補和修復，因此工程測量是超高層建筑的重點、難點。

　　難點7——側向風影響

　　高層、超高層建筑要承受側向的風力，一般說，在正常的風壓（詞條“風壓”由行業大百科提供）狀態下，距地面高度為10m處，如風速為5m/s，那么在90m的高空，風速可達到15m/s。若高達300-400m，風力將更加強大，即風速達到30m/s以上時，摩天大樓產生的晃動將十分劇烈。對大樓的這種晃動，首先要考慮它對電梯的影響，電梯被視為超高層建筑的“生命線”。當電梯高速運行的同時，如果大樓的晃動超過一定尺寸，電梯的鋼纜就會因時緊時松的受力不均受到傷害，并造成危險。

　　難點8——煙囪效應

　　冬天，在氣溫較低的情況下，會由于低層(特別是一層大堂)和地下室的冷空氣竄入電梯井，經煙囪效應形成強大氣流，造成電梯關不上門。而且會將底層的一些氣味帶到高層，如廚房的氣味、油煙味等，此時如在底層或地下室有電焊操作或燃氣泄漏就可能將火源隨氣流帶到高層，極端危險。同時，由于電梯轎廂與井壁間的縫隙很小，在電梯移動時，氣流的摩擦會產生嘯叫，這種現象在金茂大廈也有出現。目前，這是個國際性難題，目前尚未找到很好的解決辦法。

　　難點9——管理維護問題

　　一些超高層大樓都曾出現過斷電、跑水等事故。從管理上看除了做好預案，防止事故發生和做好備用系統以外，一旦事故出現，如何搶救，是否有一位掌握全局、了解本系統一切 細枝末節的人十分重要。上海金茂大廈的管理層就曾對沒有一位掌握該建筑14000多個閥門 的人感到十分遺憾。 擦玻璃也成了管理這些龐然大物的一個麻煩。金茂大廈的幕墻有10.l8萬平方米，據說兩架擦窗（詞條“窗”由行業大百科提供）機連續工作，一年才能把所有的玻璃擦一遍，而且，由于建 筑外形凹凸起伏太大，檐部又挑出很多，有的地方達3m以上，擦玻璃相當困難。

　　難點10——施工難點

　　1.超高層基礎采用深基礎。由于建筑高，體量大，支撐高層的地基必須達到足夠的強度，所以多采用深基礎，持力層嵌入微風化巖層。

　　2.超高層地下室深度大、層數多、面積大。一是要滿足建 筑功能方面的要求，比如人防面積、停車位數量 等;二是要解決在施工過程中的結構抗浮問題。

　　3.超高層結構形式多為混合型。如型鋼混凝土、鋼管混凝土、鋼筋混凝土結構或全鋼結。它們的共同特點是：施工簡便、工期短、結構性能好且大大節約建筑材料，目前已成為超高層建筑群最為實用和主要的結構形式。

　　4.超高層裝飾工程裝飾富于變化，工程量大，技術含量高、要 求高。超高層建筑的裝飾工程的安全性功能尤其 重要，抗風壓，風、水、氣的密閉性要求高。

　　5.建筑功能復雜，子系統多，安裝工程工 程量大，要求精度高。

　　6.新技術、新材料、新工藝大量采用。

　　針對超高層建筑的特點，在施工中應當采取如下對策：

　　1.施工技術必須有新突破

　　超高層建筑絕不僅簡單是建筑樓層數量上的疊加、施工的延長，而在施工技術方面必須注 入新的元素，必須有新突破。

　　(1)深基礎施工技術。根據地質條件，深基礎一般采用大直徑人工挖孔樁，沖(鉆)孔灌注樁，預制混凝土管樁或預制鋼管樁，為一種或兩種同時采用。對于施工總承包來說，按照設計的樁類型進行施工，主要考慮的是技術能力、設備能力、安全和質量控制能力。工程總承包項目就需要考慮成本因素以及獲得這些能力的難易程度。

　　(2)大基坑土方開挖和支護技術。按照我國 現行的政策和建筑本身的需要，超高層建筑必然有一個超大、超深的地下室結構部分，這部分工程施工的最大難點在于土方開挖和基坑支護。超高層建筑一般在城市的主要路段，場地狹窄，周 圍環境復雜而且重要。土方開挖的方案至少應該 解決以下幾個問題：

　　a.進出土路線的選擇

　　b.挖運土方設備數量和性能的選擇以及進退場安排

　　c.最后土方的挖、運的具體措施

　　d.基坑支護技術的優化和周圍環境建(構)筑物以及基坑邊坡的變形監測

　　e.土方開挖和基坑支護，乃至樁基礎施工的配合。

　　2.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 中首要解決垂直運輸效率的問題。利用有限的機 械設備解決龐大的人員、材料的上下，做到有序并且有效。

　　(1)合理配置大型機械設備。要核算現場人員流量，在施工高峰期有多少人需要乘電梯到達現場，全部輸送完需要多少時間。結合工期計劃，核算和分析需要使用人貨電梯運輸的原材料、周轉材料、成品、半成品的總用量以及周轉率要求，核算工作時間。在此基礎上，合理確定塔吊，人、貨電梯的規格型號和數量;選擇混凝土輸送泵的性能和數量。在實際中，超過150m的建筑應考慮布置一臺高速施工電梯和一臺普通施工電梯，分別服務不同的施工區域。應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、鋼管等材料運輸，而且必須考慮鋼結構件的吊裝和安裝需要。慎密規劃，緊貼實際，科學統籌大型機械平面布置。分析現場條件和地理位置情況，按照最短運輸路徑和最大運輸能力的原則，進行大型機械平面布置。快速提升架和施工電梯首要考慮樓層內的運輸路線;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械，就必然存在機械使用的沖突問題，機械的使用計劃就顯得十分必要。對各工種、工序現場作業的先后順序要預先安排并強制執行。體現在垂直運輸設備的使用安排計劃上，每個人、每一件物都要清楚自己的運輸時間、順序。有計劃有組織地調節設備的使用頻率，提高使用效率。

　　(3)采取技術措施，減少對垂直運輸的依賴。鋼筋網片的使用，機械接頭的使用，大模板的使用，可以有效地提高現場作業人員的勞動生產率，減少對作業人員和操作設備的需求，從而減少垂直運輸的壓力。

　　3.施工質量要求高

　　以建筑總高度允許偏差值來說，超高層建筑的質量要求已經與普通建筑有了差別，特別體現 在結構的安全性能和建筑功能要求上。超高層建筑承受的風壓非常大，對氣密性、水密性有很高要求，玻璃或幕墻的三性檢驗報告不可缺少。裝飾工程中，外墻粘貼磚的施工質量關系到建筑的使用安全，必須引起足夠重視，應從技術、工藝上予以解決。外墻的防水工程應從材料的選用、工藝試驗、過程質量監督等方面嚴格把關。

　　4.文明安全施工管理與普通建筑的不同

　　超高層文明安全施工管理與普通建筑施工有許多的不同。裝飾工程、安裝工程的立體交叉施工。必須設立安全分隔區和防火分隔區。腳手架的搭設、拆除方案必須經過審批、落實和檢查。另外，大型設備要有安全保護措施等等。總之文明安全施工應該做到橫向到邊，縱向到底，措施到位，責任到人。

　　5.必須在樓層內設置簡易廁所

　　由于超高層建筑施工人員集中，生活區、生產區布置井然并保持日常檢查做到有效控制。

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