400m以上超高层建设发展面临的新课题

1、400米以上超高层建筑建设发展面临的新课题张希黔张希黔20122012年年1010月月 天津天津高层及超高层建筑的定义：高层及超高层建筑的定义：高层建筑混凝土结构技术规程规定10层及10 层以上的居住建筑及高度超过24米的公共建筑为高层建筑。国际上一般把高度超过国际上一般把高度超过30层或层或100m以上的高楼称以上的高楼称之为超高层建筑。之为超高层建筑。1972年年8月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的月在美国宾夕法尼亚洲的伯利恒市召开的国际高层建筑会议上，专门讨论并提出高层建筑的国际高层建筑会议上，专门讨论并提出高层建筑的分类和定义。其中超高层建筑定义为分类和定义。其中超高层建筑定义为40

2、层以上（高层以上（高度度100米以上）。米以上）。根据我国民用建筑设计通则定义建筑高度大于根据我国民用建筑设计通则定义建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。的民用建筑为超高层建筑。1.已建典型超高层建筑简介1.1上海环球金融中心上海环球金融中心上海环球金融中心上海环球金融中心塔楼地上塔楼地上101层，地面以上高层，地面以上高度为度为492m，地下，地下3层，总建层，总建筑面积筑面积381600m2。 主体结构采用由巨型柱、主体结构采用由巨型柱、巨型斜撑以及带状桁架构成巨型斜撑以及带状桁架构成的三维巨型框架结构、钢筋的三维巨型框架结构、钢筋混凝土核心筒结构和构成核混凝土核心筒结构和构成核心

3、筒和巨型结构柱之间相互心筒和巨型结构柱之间相互作用的伸臂钢桁架组成的三作用的伸臂钢桁架组成的三重结构体系。重结构体系。 1.已建典型超高层建筑简介1.2广州珠江新城西塔广州珠江新城西塔广州珠江新城西塔建筑高度432m。主塔楼为钢筋混凝土核心筒和钢结构外框筒组成的筒中筒结构 中央电视台新台址主楼建筑建中央电视台新台址主楼建筑建筑面积筑面积47.3万平方米，地下三层，万平方米，地下三层，地上五十二层，高地上五十二层，高237m，钢结构，钢结构用钢量达用钢量达14万吨。塔楼外框筒由水万吨。塔楼外框筒由水平边梁和双向倾斜柱、支撑形成三平边梁和双向倾斜柱、支撑形成三角形单元模块，外框筒与屋顶连接角形单元

4、模块，外框筒与屋顶连接成整体，形成主楼的主要抗侧力结成整体，形成主楼的主要抗侧力结构体系。两座塔楼各自整体双向倾构体系。两座塔楼各自整体双向倾斜斜6，内部核心筒及内柱竖直。，内部核心筒及内柱竖直。悬臂结构共悬臂结构共14层，从塔楼层，从塔楼37层至顶层至顶层外伸，悬臂底面为水平，标高层外伸，悬臂底面为水平，标高162.200m，顶面与塔楼屋顶位于同，顶面与塔楼屋顶位于同一个倾斜面内。塔楼一个倾斜面内。塔楼1悬臂外伸悬臂外伸67.165m，塔楼，塔楼2悬臂外伸悬臂外伸75.165m。央视主楼效果图央视主楼效果图1.已建典型超高层建筑简介1.3中央电视台新台址主楼中央电视台新台址主楼深圳京基深圳京

5、基100大厦大厦1.已建典型超高层建筑简介1.4深圳京基深圳京基100大厦大厦 深圳京基深圳京基100100大厦位于大厦位于深圳市罗湖区红宝路南侧，深圳市罗湖区红宝路南侧，地下地下 4 4层，地上层，地上100 100 层，层，建筑总高度建筑总高度 441. 8m441. 8m，总，总建筑面积约建筑面积约2424万平方米，万平方米，是目前中国大陆第三高楼。是目前中国大陆第三高楼。框架框架- -核心筒结构。核心筒结构。东塔夜景效果图东塔夜景效果图2.新接在建典型超高层建筑简介2.1广州珠江新城东塔广州珠江新城东塔 广州珠江新城东塔，总建筑广州珠江新城东塔，总建筑面积面积507681平方米，建筑物

6、总高平方米，建筑物总高度为度为530米。米。 塔楼结构形式为带加强层的塔楼结构形式为带加强层的钢管混凝土巨柱框架筒体结构。钢管混凝土巨柱框架筒体结构。2.新接在建典型超高层建筑简介2.2武汉绿地中心武汉绿地中心 武汉绿地中心武汉绿地中心高高606米，共米，共124层，层，总建筑面积总建筑面积30万平万平方米。方米。2.新接在建典型超高层建筑简介2.3天津天津117大厦大厦 天津天津117大厦大厦 地下地下3层，地上层，地上117层，层，总设计高度总设计高度570米以上，米以上，规划建筑面积规划建筑面积183万平方万平方米，预计投资米，预计投资270多亿元多亿元人民币。人民币。2.新接在建典型超

7、高层建筑简介2.4深圳平安国际金融中心大厦深圳平安国际金融中心大厦 深圳深圳平安国际金融中心大厦平安国际金融中心大厦总建筑面积总建筑面积378600平方米，高平方米，高度为塔顶度为塔顶646米，屋面米，屋面588米，米，共共115层。层。2.新接在建典型超高层建筑简介2.5武汉中心武汉中心王家墩中央商务区王家墩中央商务区“武汉武汉中心中心”， 设计高度设计高度428米，米，共共88层。层。2.新接在建典型超高层建筑简介2.6重庆瑞安嘉陵帆影重庆瑞安嘉陵帆影 二期塔楼99层，三期塔楼34层，裙楼6层，建筑高度468米，总建筑面积500710平方米。三期塔楼：34层，总高度174.8米。二期塔楼：

8、99层，总高度468米。裙楼：6层，总高度40.33米。超高层建筑施工的基本经验：超高层建筑施工的基本经验：一、受力特征：与高度一、受力特征：与高度H的关系的关系（1）垂直受力与高度）垂直受力与高度H成正比成正比（2）弯矩与高度）弯矩与高度H2成正比（钢板剪力墙问题）成正比（钢板剪力墙问题）（3）变形与高度）变形与高度H4成正比（阻尼器问题）成正比（阻尼器问题）H广州东塔钢板剪力墙广州东塔钢板剪力墙（3）变形与高度）变形与高度H4成正比（阻尼器问题）成正比（阻尼器问题）二、深基坑施工二、深基坑施工三、主体结构施工三、主体结构施工（1）施工部署及施工顺序是否合理）施工部署及施工顺序是否合理液压爬

9、升模板体系M440D塔吊M900D塔吊核心筒钢平台模板体系砼浇筑钢筋压型钢板核心筒施工区域钢结构吊装、校正、焊接区域组合楼板施工区域结构完成区域巨型柱与楼板同步施工液压爬升模板体系M440D塔吊M900D塔吊核心筒钢平台模板体系砼浇筑钢筋压型钢板核心筒施工区域钢结构吊装、校正、焊接区域组合楼板施工区域结构完成区域巨型柱与楼板同步施工三、主体结构施工三、主体结构施工（2）主要施工设备选择）主要施工设备选择中央电视台及深圳证券工程中央电视台及深圳证券工程M1280D塔吊、上海环球金融中心塔吊、上海环球金融中心工程工程M900D及及M440D塔吊、广州西塔工程塔吊、广州西塔工程M900D塔吊、京基塔

10、吊、京基100大厦工程大厦工程M900D塔吊、沈阳恒隆工程塔吊、沈阳恒隆工程ZSL2700塔吊、太原湖塔吊、太原湖滨工程滨工程ZSL1000塔吊塔吊，形成了超高层建筑施工中的大吨位动臂式形成了超高层建筑施工中的大吨位动臂式塔吊的施工技术集成塔吊的施工技术集成。（3）砼核心筒的爬模）砼核心筒的爬模承重销格构柱升板机承重销镀锌安全网钢大模面板钢大模竖肋钢大模横围檩钢平台主梁丝杆钢平台面板升板机接套可伸缩防坠闸板安全挡板2m高液压千斤顶方管钢平台挑梁倒链滑移杆核心筒内侧挂脚手撑筋板滚轮撑筋板核心筒外侧挂脚手钢板网花纹钢板上 海 建 工上 海 建 工核心筒上平台爬模系统核心筒上平台爬模系统3顶升状态提

11、升状态4核心筒下平台爬模系统核心筒下平台爬模系统（4）钢结构施工）钢结构施工钢结构吊装钢结构吊装钢结构现场焊接钢结构现场焊接 钢结构工程少量塔楼外框筒钢柱因超钢结构工程少量塔楼外框筒钢柱因超重，按设计不能再分节，必须对节点进重，按设计不能再分节，必须对节点进行分离吊装，在节点分离部位形成长达行分离吊装，在节点分离部位形成长达14.88m的超长斜立向焊缝，见左图。的超长斜立向焊缝，见左图。 在最大节点部位焊缝金属填充量为在最大节点部位焊缝金属填充量为1100公斤（两条对称焊缝），需要公斤（两条对称焊缝），需要52名名合格焊工连续焊接约合格焊工连续焊接约70小时才能完成。小时才能完成。根据规范要求

12、在焊接完根据规范要求在焊接完48小时后用超声小时后用超声波对焊缝进行夹渣、气孔、裂纹等内部波对焊缝进行夹渣、气孔、裂纹等内部缺陷探伤检测，缺陷探伤检测，15天后用超声波进行延天后用超声波进行延迟裂纹检测，以确保焊接质量。迟裂纹检测，以确保焊接质量。 超高层建筑建设发展应考虑的主要方面：400米以上超高层建筑建设安全安全功能功能绿色环保绿色环保施工方案优化施工方案优化11.超高层建筑对环境影响分析及控制10.虚拟现实施工技术的新发展及应用8.温度等间接作用对超高层建筑施工的影响及控制7.超高层建筑施工期风致响应及控制技术9.基于测量机器人的4D空间信息定位控制技术6.超高层建筑钢、混凝土竖向变形

13、控制研究2.超高层建筑施工期及正常运营期结构抗火安全技术5.超高层建筑施工期性能实测及工况转换1.超深地下工程施工对环境安全影响研究12.400米以上超高泵送混凝土集成技术研究3.钢板剪力墙混凝土裂缝问题钢板剪力墙混凝土裂缝问题4.超高层建筑抗震设计关键技术1.超深地下工程施工对环境安全影响研究1.11.1地铁振动对地下永久结构施工期及运营期影响研究地铁振动对地下永久结构施工期及运营期影响研究深圳星河发展中心深圳星河发展中心地 铁 4号 线地铁 1号 线地 铁 4号 口地 铁 5号 口金 中 环 商 务 中 心会展中心办 公 楼酒 店裙 楼主 楼主 楼99.85m99.85m155.5552.

14、1522.7m1.超深地下工程施工对环境安全影响研究地铁交通荷载研究地铁交通荷载研究地铁振动在土体介质中的传播规律研究地铁振动在土体介质中的传播规律研究地铁振动对地下结构影响问题研究（实测及分析）地铁振动对地下结构影响问题研究（实测及分析）地铁振动舒适度问题的研究（实测及分析）地铁振动舒适度问题的研究（实测及分析）轨 道 板8 #7 #6 #5 #4 #3 #2 #1 #1 #遂 宁重 庆2 # 3 #4 #5 # 6 #7 #8 #遂 渝 线振动对周边环境影响实测振动对周边环境影响实测1.超深地下工程施工对环境安全影响研究1.21.2当地地质条件下超深基坑破坏模式研究当地地质条件下超深基坑破

15、坏模式研究基于当地地质条件，研究超深基坑开挖过程及相关施工全过程：土（石）的变形规律及破土（石）的变形规律及破坏机理坏机理分析原因，制订合理方案分析原因，制订合理方案1.超深地下工程施工对环境安全影响研究1.31.3超深基坑土、支护墙（桩）体相互作用规律研究超深基坑土、支护墙（桩）体相互作用规律研究控制基坑变形，优化方案设计的要点 随着我国建设规模的扩大和城镇化进程的加速，建设工程现场火灾数量呈增多趋势，火灾危害呈增大趋势。超高层建筑施工期及正常运营期结构抗火安全研究十分重要。上海环球金融中心施工期火灾央视新址配楼施工期火灾2.超高层建筑施工期及正常运营期结构抗火安全技术 正常运营期应减少火灾

16、危害，改善结构抗火性能，保护人身和财产安全。9.11事件中的美国世贸双塔莫斯科电视塔高层起火（2000年）裂缝呈方格网状裂缝密集数量多裂缝宽而深裂缝特点裂缝特点3.钢板剪力墙混凝土裂缝问题钢板剪力墙混凝土裂缝问题裂缝产生的主要原因裂缝产生的主要原因（1）剪力墙钢板面大，而且对混凝土约束强；（2）混凝土强度高（C80、C60）；（3）早期失水收缩大；（4）配合比优化不够；建议措施建议措施（1）对钢板及混凝土进行实体测试，探明钢板及混凝土收缩与约束情况；（2）优化结构设计：增加细而密的钢筋网片构造措施；（3）优化配合比，减少水泥用量，使用优质膨胀剂等；（4）加强施工养护：自养护、喷水养护等；（5）

17、优化模板构造，模板内侧加海绵内衬；（6）优化钢板剪力墙混凝土浇筑方案：如探讨跳仓法施工、合理设置诱导缝等。结构行为与控制结构行为与控制抗震设防标准？抗震设防标准？结构抗震性能结构抗震性能合理损伤破坏机制？合理损伤破坏机制？大震下破坏准则：变形控制？大震下破坏准则：变形控制？巨震倒塌合理机制？巨震倒塌合理机制？合理设计地震动合理设计地震动地震动的地震动的长周期长周期特性特性地震动的地震动的空间空间相关性相关性地震动的地震动的随机随机性性设计地震动设计地震动参数参数输入输入系统系统输出输出结构分析与数值模拟结构分析与数值模拟结构非线性行为的模型化结构非线性行为的模型化方法方法非线性分析方法非线性分

18、析方法巨震倒塌数值模拟巨震倒塌数值模拟高高大大柔柔多多抗震设计与措施抗震设计与措施大震设计方法大震设计方法抗震措施抗震措施抗倒塌设计方法与措施抗倒塌设计方法与措施消能减震技术应用消能减震技术应用4.超高层建筑抗震设计关键技术超高层建筑合理倒塌模式与控制措施超高层建筑合理倒塌模式与控制措施研究研究n超高层建筑倒塌模式合理性评价方法研究超高层建筑倒塌模式合理性评价方法研究n超高层建筑基于时空需求的合理倒塌模式研究超高层建筑基于时空需求的合理倒塌模式研究n超高层建筑倒塌模式影响因素与保障方法研究超高层建筑倒塌模式影响因素与保障方法研究n超高层建筑抗巨震倒塌设计方法研究超高层建筑抗巨震倒塌设计方法研究

19、n提出并建立四水准设防目标提出并建立四水准设防目标世贸双塔倒塌（54min时间逃生和垂直倒塌）汶川地震某建筑倒塌（粉碎性） 考虑施工过程中，结构体系不同、施工荷载不同等，导致施工工况与设计工况有显著不同，进行超高层建筑施工期性能实测研究，保证施工过程安全，控制对结构正常使用期受力的潜在影响。深交所项目深交所项目5.超高层建筑施工期性能实测及工况转换 钢与混凝土竖向变形差异会影响施工质量控制，潜在影响结构正常受力性能，一直是超高层建筑研究的热点问题之一。中山国际金融中心中山国际金融中心6.超高层建筑钢、混凝土竖向变形控制研究 超高层建筑，向着高耸化、复杂超高层建筑，向着高耸化、复杂化、柔性化和低

20、阻尼方向发展化、柔性化和低阻尼方向发展, ,这使这使得其固有频率越来越接近强风的卓得其固有频率越来越接近强风的卓越频率越频率, ,对风的敏感性越来越强；对对风的敏感性越来越强；对于刚度较柔的超高层建筑结构而言于刚度较柔的超高层建筑结构而言, ,风荷载往往起主要作用；风荷载往往起主要作用； 超高层建筑在紊流风作用下的超高层建筑在紊流风作用下的响应非常复杂，风与超高层结构的响应非常复杂，风与超高层结构的流流- -固相互作用是土木工程领域的世固相互作用是土木工程领域的世界级难题。界级难题。 施工期间，虽然受风面尚没有施工期间，虽然受风面尚没有完全形成，但结构体系复杂，风荷完全形成，但结构体系复杂，风

21、荷载会对施工期载会对施工期结构及幕墙结构及幕墙装饰等产装饰等产生较大的影响，必须进行合理控制。生较大的影响，必须进行合理控制。7.超高层建筑施工期风致响应及控制技术 温度、日照、湿度等间接作用对施工期结构及装饰构件受力产生较大的影响，影响施工质量控制，潜在影响这些构件的受力性能。幕墙疲劳试验幕墙疲劳试验8.温度等间接作用对超高层建筑施工的影响及控制 4D三维+时间。 基于测量机器人、GPS、虚拟仿真、网络、数据库及多媒体等关键技术，结合建筑的属性信息、时间信息，深度开发和利用空间信息，用于超高层建筑空间精确定位。9.基于测量机器人的4D空间信息定位控制技术 建筑虚拟施工技术是将以虚拟现实为基础

22、的仿真技术应用于建筑施工领域，利用虚拟现实技术建立建筑物的几何模型和施工过程模型，对施工方案进行实时、交互、逼真地模拟，验证对比和优化，进而采用数字化手段制定和修改施工方案，并逐步代替传统的施工方案编制方法。上海正大广场上海正大广场10.虚拟现实施工技术的新发展及应用虚拟现实施工技术的新发展： 高性能计算机的出现及应用重庆大学曙光高性能计算机重庆大学曙光高性能计算机高性能软件的出现及应用虚拟现实施工技术应用的普通化湖北二师图书馆虚拟施工湖北二师图书馆虚拟施工BIM：Building Information Modeling 通过数字信息仿真模拟建筑通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，在这物所具有的真实信息，在这里信息不仅是三维几何形状里信息不仅是三维几何形状信息，还包含大量的非几何信息，还包含大量的非几何形状信息，如建筑构件的材形状信息，如建筑构件的材料、重量、价格和进度等等。料、重量、价格和进度等等。