上海环球金融中心.doc

1、上海环球金融中心上海，中国的金融中心。88 层的上海金茂大厦， 是浦东的象征。 这座先进的写字楼兼大饭店落成于 1998 年，是当时世界第五高的建筑。但如今在浦东，另一座巨型建筑拔地而起。这座建筑尚未落成，就已经使金茂大厦黯然失色。这座大楼的设计几经修改，最后定为地上101 层，总高度达到492 米。这将是中国大陆最高的建筑，也是世界上第三高的大楼。这里将有供17000 人工作的写字楼，写字楼上面是豪华酒店，最上层是世界最高的观景平台（图1）。（1）蔚为壮观的上海环球金融大厦若干年前，在纽约，世界上一流的建筑师和工程师们废寝忘食，应对建造摩天大楼的技术挑战。现在，在上海，建筑工人大军正在将设计

2、师的创意变成一座大楼。自开工起，大楼的建筑工作就没有停下过，一周 7 天，一天 24 小时，从不间断。要到达工作地点的楼层，得乘坐挂在楼外的升降机。如果你不怕往下俯瞰的话，外面风景好极了。再高的高度， 对陈学福来说， 都不是问题。 他工作时，比其他工人还要高出40 米，因为他的工作是操作M900D 塔吊。这种吊车是世界上高层建筑建设中最强大的吊车之一，在大楼的建筑中有着重要的作用。因为修建这座大楼首先要建的是它的钢结构。一层楼就要用650 吨钢材， 650 吨乘以101，得到的答案是65650 吨钢材。比埃菲尔铁塔重10 倍。大楼一层层升高，钢材也要吊得越来越高。一座重 250 吨的塔吊怎么能

3、比它建设的摩天楼还要高呢？这就是 M900D 神奇的地方。这座超级塔吊不仅能举起巨大钢梁，还能举起它自己。随着摩天大楼的增高，塔吊本身也在长高，是通过强大的液压千斤顶及增加吊车的层数来实现的。这些吊车轻而易举地以每分钟 30 米的速度，把 32 吨的重物吊到 400 米的高度（图 2）。（2）建造大厦使用的是世界上最强大的起重机之一中国大陆还没有建过这么高的建筑。过去建筑界约定俗成的高度极限是 350 米。当接近成功的时候，人们都不敢相信他们克服了多少困难。上海环球金融中心是以日本的森稔大厦株式会社为中心，联合日本、美国等40 多家企业投资兴建的项目，总投资额超过 10 亿美元。森稔大厦株式会

4、社的社长森稔是最早想要在上海浦东建一座超高层建筑的人，他从纽约科恩 ?彼得森 ?福克斯建筑设计室请来了世界知名的建筑师。首席建筑师威廉 ?彼得森接受了这个挑战。威廉 ?彼得森认为：这座超级建筑要与大地和天空融为一体。它将是一座伟大的建筑。但是，人们一开始就遇到了一个难题。尽管浦东的房地产市场规模庞大，但这里不是建设高层建筑的好地方。河水泡软了土壤，当水泵把水抽走后，土地萎缩了。自 1920 年以来，上海的某些地段下沉了将近 2 米。建筑师的解决方案是，没有花岗岩基底，就用一种简单可行的办法，把 2000 根钢条打入地下 80 米深处（图 3）。（3）在软土层上建摩天大厦的绝妙方案钢桩越深入地下

5、，来自泥土的反作用力就越大，把钢柱也抓得越紧。这样就造成了一个牢固的地基，把环球金融中心托举在浦东的大地上。上海环球金融中心的建设于1997 年开工。刚打好地基，亚洲金融危机爆发了。当时的亚洲，大量写字楼空置。金融中心的投资者纷纷撤出，建设停了下来。2003 年，亚洲经济复苏。 森稔为上海环球金融中心找到了新的投资者。纽约设计者们重又受到召唤，但原设计方案落后了。1997 年建筑开工时， 世界上最高的建筑是马来西亚的国家石油双塔，高88 层。当时设计高95 层的金融中心是要超过双塔。但 2004 年，台北的 101 大楼拔地而起，高 508 米，共有 101 层。森稔告诉设计师们，上海最高的摩

6、天楼必须与台北的 101 塔楼媲美。但地基早已打下，只能支撑 95 层大楼。再加 6 层楼意味着超出地基的承受力。此时中国已经获得了 2008 年奥运会的主办权，森稔不仅要大楼更高一些，而且建设速度也要更快一些，要赶在 2008 年奥运会开幕之前完工。在纽约，著名结构工程师莱斯利 ?罗伯森和他的团队， 全力以赴地投入到设计中去。罗伯森的更大、更高、更轻的方案是建筑工程史上的一次胜利。钢梁从钢筋水泥构成的核心向四周伸展开去， 固定在一个对角线交叉的结构上。 每隔 12 层就是一个这种结构。 这种模块结构能省去大量钢材 （图 4）。（4）积木式的模块建筑结构省工省料这座 101 层的大楼实际上是一

7、系列 12 层的建筑摞起来的。这样既省工也省时。 由于新的结构设计和新的施工方法，施工速度加快，每三天就起一层楼。2007 年 6 月，工人铆接好第91 层的底板。此时，吊车正把一个虽轻但却十分重要的构件吊往第90 层。在那里，另一队工人正往底板上安装螺纹钢。这任务十分艰巨。全世界的建筑界都用螺纹钢来加强混凝土结构。每一层需要总长150 公里的螺纹钢来加固，整座大楼共需要15000 千米的螺纹钢。如果把这些螺纹钢首尾相接，可以从地球到国际空间站 19 个来回。下一步浇注水泥，一个巨型水泥泵机来完成这个任务。水泥罐车排成一列为3 台水泥泵中灌送水泥，水泥泵通过90层楼高的输送管道，能将水泥送至5

8、00 米高的顶层浇注。浇注金融中心一层楼的水泥，可以填满一个奥运会的游泳池（图 5）。（5）钢材和水泥铸就的大楼中国是世界上地震频发地区之一。尽管上海不处于最危险的地震带上，但一场强震就可能把浦东满含水分的泥土搅成一锅粥。固定在上面的楼房有可能因此坍塌。日本神户地震发生时，数十座高楼倒塌。而神户地区在上海的东北不过1300 千米左右。环球金融中心的设计必须要把住这个关口。上海同济大学的路西林教授和他的同事们管理着中国最大的地震摇晃试验设备，他们模拟摩天楼在地震中的情况，来确定它是否抗震。所有这些结构系统都是新的，还从来没有在修建高于492 米以上的高层建筑中使用过，所以需要进行专门的详尽地分析

9、。2004年，路教授和他的团队连续工作3 天，建立了一个上海环球金融中心在地震中的模型，模拟了7 次强度和神户地震相当的地震。如果金融中心在模拟实验中抗不住地震，就得暂时停建。路西林教授通过分析和实验得出结论：这座大楼能抗住 7 级地震（图 6）。（6）上海环球大厦的模拟地震摇晃实验在钢结构、钢筋水泥浇注完成之后，最艰苦的工作开始了，那就是安装大楼的一万个窗户。这座大楼的窗户设计相对简单，但安装却很困难。每一层没有足够的空间来储存这么多的窗户。只得安装多少运来多少，越快越好。平均 1 天安装 15 个窗户，3 天 4 天完成 1 层楼的安装。环球金融中心的每个窗户都有3 个卧式钢琴那么重。在距

10、离地面 400 米以上的地方 ,这项工作是很危险的。不是每个人都能胜任这项工作。经过严格训练的 130 个无恐高症工人负责窗户的安装（图 7）。（7）与大楼匹配的巨大窗户在这里气候也与地面不同，工人们常置身云雾中，有时能见度几乎是零。 这对高空作业异常危险。 当风力太强劲时，只得停工。遇到恶劣天气时，强大的 M900D 塔吊也没法工作。如果有雾或者有风，安装工作就很困难。台风几乎每个夏天都要侵袭上海，大楼越高，也就越面临危险。工程师们把这种情况叫作“翻转的瞬间” 。大楼承受强风带来的强大外力，尤其是在翻转的瞬间，大楼最容易坍塌（图 8）。（8）“反转的瞬间”风的示意图那么，怎样来使一座500

11、米高的建筑在台风中岿然不动呢？答案是：不要与风抗争。而要让风通过。环球金融中心的建筑师们，在大楼最高处设计了一个直径 53 米的大孔。这个风口能让强风通过，防止大风冲击大楼的楼体。并且观光者可以在上面欣赏风景，这将是一个世界上最高的观景平台（图 9）。（9）一览无余的观景平台强风和地震都会使摩天大楼产生摆晃效应。这种效应发生在高楼顶部，那里的结构没有底层的坚固，所以摇晃更强烈一些。但大楼的安全不成问题，只是顶层的人们会感觉不舒服。实际上，环球金融中心顶层的人们可能不会感觉到摇晃，由于在第 90 层安装了两个风阻尼器，这两个装置各装有一个 150 吨的重物，与大楼的摇晃方向反向旋转，从而抵消了强

12、风或地震的力，从而使观光者总能舒适地在顶层欣赏上海的风景（图10）。（10）风阻尼器结构图示整栋大楼共有91 部电梯，是世界上最先进的电梯系统之一。有很多是双层电梯， 它们可以把这超级建筑里的 17000 个客人或工作人员，在数分钟内运到任何地方。甚至还有一部电梯可以把豪华汽车运到顶层的汽车展览厅去。4 架挂在大楼外侧的电梯从底层直达顶层，让观光者饱览外面的景色。不仅如此，这4 部电梯有更为重要的任务。在 21 世纪，对超级建筑的威胁不仅来自大自然。和其它高层建筑一样，上海环球金融中心需要防范新的威胁。2001 年 9 月 11 日。上海环球金融中心还只是一个基座时，纽约，莱斯利?罗伯森公司的

13、合伙人索廷?希和其他工程师们，像往常一样开始了他们的工作。他们的办公地点距世贸双塔只有几个街区。一年半后，上海环球金融中心重新动工时，设计团队有了比预防台风、地震更多的考虑。9.11 的恐怖场景仍然萦绕在人们心头， 有一个人痛切地感到9.11 的恐怖， 他就是结构工程师莱斯利 ?罗伯森，他曾参与了纽约世贸中心的设计。罗伯森重新设计了上海环球金融中心，让摩天大楼稳定和坚固。如果一架满载燃油的民航机，高速撞向上海环球金融中心，会发生什么情况呢？被撞击的区域会被摧毁，燃烧的油料会把该区域变成一片火海。但是，楼内的人们有多种选择可以逃生，这是当年纽约世贸中心所没有的。 9.11 袭击时，最可怕的是在大

14、火以上楼层的人们没有任何选择。他们只能在大火中坐以待毙，或者从楼上跳下。一旦出事，在撞击区域以上的人们可以通过设在大楼最中心的特别安全楼道撤离。设计者们还安排了另一条逃生通道外挂观光电梯。这是最后的“救生艇”。当设于核心区的安全通道被破坏后，大多数人的本能是往下走。但在此情况下，最好是往上走，去到大楼四角的观光电梯。它们被巨大的柱子保护得很好。如果这些都失败了，人们还有一条路可走。第 78 层是特别设计的避难层。每 12 层楼就有这么一个避难层（图 11）。（11）乘上观光梯可以迅速逃离火灾副经理本尼 ?任深知这层楼在灾难发生时的重要作用： 一旦发生大火或事故，这些房间可供人们避难之用。整个大楼都上了一层釉质保护层。但在避难层没有，所以新鲜空气通过常规窗户进来。躲在这里的人们可以通过窗户呼吸新鲜空气等待救援。不仅如此，每个避难层都被包裹在涂了特别防火材料的钢结构里，还有专用的通风系统。躲避大火或恐怖袭击的人们可以逃到避难层，这里逃生的希望很大。环球金融中心的模块设计也能挽救生命。如果大楼的某一部分坍塌，把各个模块连接起来的钢铁支持圈就会承担起坍塌部位的重量， 并保持大楼不倒。 本尼 ?任认为上海环球金融中心是世界上最安全的高层建筑（图12）。（12）模块结构安全层示意图建成后，环球金融中心将成