超高层建筑大技术难点及应对措施

EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.超高层建筑10大技术难点及应对措施根据理论及经验分析，一般在40层(大约150米)左右，是超高层建筑设计的敏感高度（建筑物的超长尺度特性将引起建筑设计概念变化），这种变化促使建筑师必须提出有效设计对策，调整设计观念，应用适宜的建筑技术。超高层楼宇就像一条竖立起来的街道，存在着安全、内部交通、环境、能源消耗等多种难以妥善解决的问题，越是向高处发展，安全性、耐久性及适用舒适等问题就愈多，对结构、建筑、机电、暖通、电梯等专业的要求就越高。结构系统难点1由于超高层建筑结构的特殊性，建筑内部的梁柱将会不可避免的存在，在结构设计中要考虑异形柱的使用，特别是在超高层住宅户型设计中，充分全面考虑梁柱的影响、规避及利用是设计的难点。对于结构设计来讲，按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六大类：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框-筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。90年代以来，除上述结构体系得到广泛应用外，多筒体结构、带加强层的框架-筒体结构、连体结构、巨型结构、悬挑结构、错层结构等也逐渐在工程中采用。进入90年代后，由于我国钢材产量的增加，钢结构、钢-混凝土混合结构逐渐采用。如金茂大厦、地王大厦都是钢-混凝土混合结构。此外，型钢混凝土结构和钢管混凝土结构在高层建筑中也正在得到广泛应用。高层建筑结构采用的混凝土强度等级不断提高，从C30逐步向C60及更高的等级发展。预应力混凝土结构在高层建筑的梁、板结构中广泛应用。钢材的强度等级也不断提高。高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号RC）外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC），钢管混凝土结构（代号CFS）和全钢结构（代号S或SS）。建筑高度100m，柱网为8.4m，抗震设防烈度为6度，采用框架-剪力墙或框-筒结构体系较为经济合理，这种结构体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，常常承担了大部分的风载和地震荷载产生的水平侧力，总体刚度大，侧移小，且满足玻璃幕墙的外装饰要求。超高层建筑的楼板和屋盖具有很大的平面刚度，是竖向钢柱与剪力墙或筒体的平面抗侧力构件，同时使钢柱与各竖向构件（剪力墙或筒体）起到变形协调作用。一般钢结构建筑物的楼板和屋盖，都采用轧制的压型钢板加现浇钢筋混凝土（简称钢承混凝土）楼板和屋盖，厚度一般不小于150mm。目前在设计钢承混凝土楼板和屋盖时没有考虑钢承混凝土楼板和屋盖与钢梁共同作用。主要是对于板底呈波形的计算原理不甚了解或认为计算繁琐，就按平板计算，这样既不安全又增加了钢梁的用钢量。如果采用钢梁与钢承混凝土楼板共同作用，简称MST组合梁，只要计算正确，配筋合理，栓钉可靠，则可以节约楼层和屋盖钢梁的用钢量20%左右，而且不需对钢梁进行稳定验算。垂直交通设计难点2超高层建筑，核心筒的设计需平衡采光、节能、易于维护、减少公摊、不同业态核心筒上下统一等多方要求，是建筑设计的难点之一。高层建筑与其他建筑之间的最大区别，就在于它有一个垂直交通和管道设备集中在一起的、在结构体系中又起着重要作用的“核”。而这个“核”也恰恰在形态构成上举足轻重，决定着高层建筑的空间构成模式。随着高层建筑建设的发展、高度的增加和技术的进步，在高层建筑的设计过程中，逐渐演化出了中央核心筒式的“内核”空间构成模式。欲1.内核式：虚中央核心筒布饰局幕在建筑处理上鞋，为了争取尽摆量宽敞的使用舌空间，希望将闪电梯、楼梯、递设备用房及卫丢生间、茶炉间津等服务用房向祖平面的中央集态中，使功能空怎间占据最佳的穴采光位置，力姨求视线良好、孩交通便捷。在煎结构方面，随点着筒体结构概右念的出现、高佩度的增加，也桌希望能有一个辰刚度更强的筒援来承受剪力和政抗扭。槐在建筑的中央垮部分，有意识映地利用那些功偿能较为固定的鞋服务用房的围观护结构，形成之中央核心筒，盘而筒体处于几吩何位置中心，饶还可以使建筑托的质量重心、奶刚度中心和型陶体核心三心重踏合，更加有利忌于结构受力和烘抗震。柄这种“内核”币空间构成模式冬，经过长期的板实践检验，以然其结构合理、鼠使用方便和造北价相对低廉的春优势，很快便念成为高层建筑犬中最为流行的晓空间布局形式琴。枕尽管中央核心确筒式布局的筒笼体周围的房间幻需要人工采光童和机械通风，郊总会多少给人沈带来不适感，们但“内核”式港的布局形式及改其变种在数量爸上占有绝对优妻势，大多数著箱名的超高层写匙字楼建筑也都站采用这种形式精。但是作为超圾高层住宅建筑档，这种内核式葬的布局存在着登诸多不便利之否处坛。雄装外核式：双侧怒外核心筒布局葬随着时代的发狠展、技术的进威步，人们对建心筑需求的变化目和设计侧重点亡的不同，以中板央核心筒为主再流的高层建筑定“内核”空间捏构成模式开始刷受到了挑战。泰疯第一次变革主院要还是出于造伐型上的需要和扰建筑设计理念开的变化，如推70年代前愚后出现的“双士核”构成模式兽。双侧外核心糖筒的布局，不免仅有利于避难寨疏散，而且也浓使高层建筑的晶外观造型产生旷了巨大的变化存。贝聿铭设计士的新加坡“华捷侨银行中心”疼和日建设计设允计的日本“I坊BM本社大很楼”等等就是齿当年风行一时夸的双侧外核设朵计手法的代表果。制多核式：分散狡多个外核布局洪第二次变革最谷先对核心筒提莫出革命性建议犁的是设备专业啊，他们认为随哗着建筑设备的稳日趋增多和越灾来越复杂，如绢果把设备用房学和管道井从核菌心筒中分离出梅来，可能会更崭有利于管理和霞维修。而80遗年代以后，篮智能化建筑的黎普及和电信设茄施的不断增加丛，导致了在高效层建筑中大量柿应用计算机和表电信通讯设备包，甚至许多建清筑在竣工之后郊，仍然频繁地轿改造布线系统倦和增添新设备招。智能化办公忧楼中的光缆与绞电脑网络管道早井、配线箱以歌及中继装置等况，每层都必须顽设置三处以上抚才算合理。这铲样，建筑上为萍了满足机电设却备经常变动的竭需要，便开始环将“核”分散拐化，分置多处窗设备用房和管拉道井，以便于余局部更改。聪躁对于结构专业毁来说，加强建猫筑周边的刚度劫也会有效地抵株抗地震对高层塘建筑的破坏，报所以如果将垂慕直交通和设备第用房等分散地返布置在周边，晕则无疑也会对坟结构抗震有利掩。同时，这种斧分散的多个外亿核的空间构成舟模式，也正好巡适用于新兴的慰巨型框架结构歌，使这种结构源体系中的巨型劫支撑柱具有了龄使用功能。其涛最典型的实例蛾就是丹下健三越设计的日本“较东京都新都厅帮”。痰而从建筑设计座的角度来看，固核的移动、垂块直交通、服务林性房间和管道仅井分散到建筑汪的周边，对于管高层建筑的空颈间构成模式和猾立面造型上的盟变化也是极具款革命性的。它因不但适应了其宣它专业的需求及，而且还有利获于避难疏散，妨创造更大的使具用空间和使高楼层建筑的底部挪获得解放。这工种空间构成模佣式所具有的灵里活性和先进性截，很快便被推调崇技术表现的吵欧洲建筑师们罚所发现，并创脚造性地应用在最他们的作品之四中。罗杰斯设捆计的英国“伦讨敦劳埃德大厦纲”、88木街枯办公楼和福斯拨特设计的“香介港汇丰银行”元等等即是分散惠式核心筒的杰湿作，它们从内仰部的空间构成掀到外部立面，鞭均与中央核心划筒式的高层建卷筑大相经庭。确此外，在规模诱较小的高层建被筑中，近年来蛛还出现一种核先与主要使用空疮间分离化的现会象，垂直交通亡、服务性用房财和设备管道井适均分别独立，鹊与建筑主体分刮开。主要使用铃空间更加完整院，四面对外，拾核与主要使用暮空间之间以连赴廊相接。从结城构的角度来看零，核的刚度较拨大，而主体较惜柔，两部分各杏自分别工作，祖既受力合理又驱相对经济。当确然，连接部分少的设计是这类拴高层建筑设计虽的关键所在，蚁不过这种设计层方式给建筑外束观带来的变化糟，已引起了建嗓筑师们的关注休，并很快在欧另洲和日本流行扮起来。德国的咱汉诺威建筑博剪览会管理办公蓝楼、埃森RW双E公司办公楼夹，以及日本东刺京的东急南大造井大楼和大阪踪的凯恩斯本部吓办公楼。身核与主要使用万空间分散和分疾离还可以使楼盛梯间、卫生间丑等直接对外自票然采光通风，鱼既节约能源，裹又省去消防所挖需的加压送风电设备，更符合挣低能耗，可循灌环的现代设计剖原则。因此，糟近几年强调生锣态、节能的高算层建筑多采用驴这种布局方式牵。马来西亚建凶筑师杨经文设渐计的高层建筑西，不但楼梯、狭卫生间等全部费对外，而且电洗梯筒壁还被刻揉意用来遮挡日匪晒，可谓“分层散外核空间构衬成模式的生态寻设计方式”。稀“吉隆坡广场烈大厦”及其最质新设计的“新波加坡展览大厦愧”就都反映出宁这一设计特征哭。而另一位欧模洲的建筑师赫渔尔佐格设计的塘前述之德国汉混诺威建筑博览风会管理办公楼滴，也以其生态锤观念赢得了众祥口称赞。电梯难点3畅在超高层建筑详中，快速、高跪效、平稳的垂甲直服务是难点马之一。晕电梯作为垂直踏交通工具，对介其数量的配置肌、控制方式及请有关参数的选出定将不仅直接呀影响建筑物的扁一次投资（一煎般电梯投资约平占建筑物总投脉资的10％左哭右），而且还太将影响建筑物身的使用安全和凯经营服务质量狱。在建筑物内遮，恰当地选用怖电梯的台数、孙容量、运行速台度、控制方式衔非常重要，而翼建筑物内的电终梯一经选定和狐安装使用就几票乎成了永久的忍事实，以后若锈想增加或改型供非常困难，甚台至是不可能的告了，因此，在搅设计中应该在鸟设计开始时对俘电梯的配置应竟予以充分重视垃。迷现代超高层建畜筑大都超过6检0层，建筑内场人口流动大，捉纵向交通主要忠依赖电梯，有聋效设计超高层夏建筑的电梯的满关键是运用各唱种局部电梯进允行服务，并把鹰局部区域电梯墙系统组织起来慧。通往这些局冤部区域，通过鲁由地面始发站吃至局部区域的判空中候梯厅之烘间的快速穿梭坐电梯进行服务调，乘客到达空三中候梯厅后再史换乘区间电梯圾。为了能够将轧乘客以最快的摩速度运送到达许目的地，一般却以建筑每30穿～35层为一缸局部区域。早没由于超高层建处筑采用多梯系伯统，应采用微困机电梯控制系锋统，通过计算遍机控制系统及哨时地处理大量慧信息，判断各迈站台的呼叫信沉息和各电梯的神位置、方向、断开闭状态、轿池厢内呼叫等各浴种状态，以提翁高运送能力，挨改善服务质量昏，提高超建筑贵的经济效益。欧夺供电安全性和芬稳定性瓣难点4触作为超高层建悼筑，安全性必识然是供电系统堪设计所需要格嗽外注意的地方眯，其次是供电岭可靠性。配电买系统的设计上哗，需考虑多回爷路供电及备用疤发电机组的配啄置。因超高建体筑的高度，变辈配电房可以考拆虑设置在塔楼冒中部的楼层，挎以减少低压配驾电的损耗。备横用柴油发电机变设置于地库层渣，供电电压采首用10千伏输震出，再经变压破器降压至低压帮配电，保证配觉电至塔楼的高僻层。很在超高层建筑圈的配电系统上丧，供电距离、网电缆的长度、碧电缆大小的适宵当调整以及安雀装时的施工工水艺也是难题之师一。由于超高骗层面积大、楼饺层多，自然会扶出现远距离供即电的问题，因烛此后备电源可油考虑采用高压太发电机来发电纹，从而解决了民这个难题。辽另外还需要特争别注意的是，紫超高层建筑遇井到强风时，可蝇能会出现左右电晃动。由于超得高层建筑物会席有一定的摇摆买度，在上升主初干线的设计上剧可以考虑将电俱缆连接铜母线何槽配电，以减搁低超高层建筑扎物在摇摆时对蚀铜母线槽接驳幼组件位置的拉恭扯压力，减少姻发生故障及维燥修的机会，也子相对地增加了疫主干系统的寿芝命。封建成后业主的迎使用方便也是夸必须要考虑到忧的，在电气设甚备的空间安排隆方面要有可调托整的空间。作跨为超高楼，楼克层多，机电方合面的设备自然伯也多，为了让运业主获得更多贩的使用空间，技在排布电缆和补竖井方面要尽番量减少转换竖点井和缩小竖井咳等所占用的空珠间，以便提供泻出更多的空间冻给业主使用。消防难点5烟消防难点：超甩高层建筑由于燥其特殊的构造获和功能要求，粒致使其内部火油灾荷载大，火霉势蔓延迅速，梨人员疏散困难萝，救援难度大诚，形成重大火本灾的隐患大。池如2009年扎2月中央电视促台新址的附属兽文化中心大火削，造成了人员苏伤亡及财产损乱失。给消防设计要点猫：防火-控火萍-耐火溜防火，建筑工浸程中使用防火减材料、防火构冒件、防火配件抱，装修工程中鸭采用不燃、难续燃性建筑材料蹄，易燃易爆场芒所强化通风，沸设置防爆电气泻，使用不发火韵地面等。括控火，一是把资火灾控制在初尚始阶段，包括堤安装火灾自动宪报警、自动灭匠火系统，进行脾早期探测和初坝期扑救；二是说把火灾控制在疤较小范围，在聪建筑物平面和至竖向划分防火训分区和防烟分景区，在建筑物薪之间留有适当添防火安全距离丛，切断火灾蔓齐延途径，减小井成灾面积，便娱于实施救援。以耐火，加强番建筑结构构件呢的耐火稳定性蛾，使其在火灾袄中不致失效。测量难点6尚超高层建筑，数一般由超高层卷塔楼和多层地偶下室组成，工痕程测量难度大文，施工测量如尺果失误，造成镇的损失会非常骡严重，并且难深以弥补和修复速，因此工程测皂量是超高层建姜筑的重点、难透点。数侧向风影响理难点7查高层、超高层蜘建筑要承受侧垦向的风力，一篇般说，在正常露的风压状态下盟，距地面高度迈为10m处，宜如风速为5m仗／s，那么在仿90m的高空矩，风速可达到骆15m／s。丈若高达300享-400m，姿风力将更加强洗大，即风速达挤到30m／s芝以上时，摩天少大楼产生的晃易动将十分剧烈宴。对大楼的这景种晃动，首先国要考虑它对电拒梯的影响，电白梯被视为超高寺层建筑的“生盈命线”。当电引梯高速运行的途同时，如果大岂楼的晃动超过境一定尺寸，电楼梯的钢缆就会腰因时紧时松的播受力不均受到该伤害，并造成射危险。遮烟囱效应宝难点8惰冬天，在气温陕较低的情况下围，会由于低层或(特别是一层驻大堂)和地下扇室的冷空气窜臣入电梯井，经吉烟囱效应形成推强大气流，造酿成电梯关不上违门。而且会将劝底层的一些气悼味带到高层，侄如厨房的气味择、油烟味等，嫩此时如在底层五或地下室有电立焊操作或燃气帖泄漏就可能将极火源随气流带劫到高层，极端禁危险。同时，爪由于电梯轿厢丑与井壁间的缝漆隙很小，在电副梯移动时，气强流的摩擦会产碗生啸叫，这种腊现象在金茂大安厦也有出现。烂目前，这是个疼国际性难题，侧目前尚未找到匙很好的解决办阳法。左管理维护问题孟难点9间一些超高层大够楼都曾出现过恋断电、跑水等颈事故。从管理释上看除了做好民预案，防止事背故发生和做好价备用系统以外喘，一旦事故出云现，如何抢救俱，是否有一位策掌握全局、了虑解本系统一切佛细枝末节的衣人十分重要。族上海金茂大厦堂的管理层就曾胜对没有一位掌秤握该建筑14参000多个阀纽门的人感到暴十分遗憾。鲁擦玻璃也成了唉管理这些庞然冒大物的一个麻驶烦。金茂大厦番的幕墙有10汗.l8万平方猜米，据说两架揉擦窗机连续工丸作，一年才能乐把所有的玻璃典擦一遍，而且年，由于建筑残外形凹凸起伏拳太大，檐部又梅挑出很多，有闭的地方达3m纤以上，擦玻璃鞭相当困难。粮肆施工难点碧难点10尝1.超高层基亡础采用深基础释。由于建筑高裁，体量大，支静撑高层的地基租必须达到足够蚂的强度，所以卷多采用深基础轰，持力层嵌入展微风化岩层。禽赢2.超高层地界下室深度大、神层数多、面积盈大。一是要满戏足建筑功能耍方面的要求，嘱比如人防面积咽、停车位数量救等；二是要彼解决在施工过残程中的结构抗颈浮问题。海3.超高层结虚构形式多为混柜合型。如型钢味混凝土、钢管慌混凝土、钢筋雄混凝土结构或耽全钢结。它们炉的共同特点是展：施工简便、乐工期短、结构薪性能好且大大笨节约建筑材料造，目前已成为崖超高层建筑群偿最为实用和主匪要的结构形式嘴。叮4.超高层装位饰工程装饰富预于变化，工程库量大，技术含地量高、要求减高。超高层建士筑的装饰工程单的安全性功能若尤其重要，凡抗风压，风、践水、气的密闭片性要求高。勒渡5.建筑功能侧复杂，子系统推多，安装工程态工程量大，妖要求精度高。肾君6.新技术、粱新材料、新工骑艺大量采用。喝超高层建筑的酷特点，在施工摄中应当采取如心下对策：像1.施工技术昆必须有新突破描超高层建筑绝须不仅简单是建碌筑楼层数量上既的叠加、施工斑的延长，而在躬施工技术方面扬必须注入新的蒸元素，必须有唇新突破。边（1）深基础分施工技术。根剃据地质条件，乎深基础一般采撑用大直径人工鞠挖孔桩，冲（忽钻）孔灌注桩惯，预制混凝土蜜管桩或预制钢皇管桩，为一种激或两种同时采先用。对于施工挑总承包来说，角按照设计的桩凤类型进行施工辱，主要考虑的温是技术能力、补设备能力、安珍全和质量控制贱能力。工程总凝承包项目就需第要考虑成本因向素以及获得这旁些能力的难易雕程度。啄（2）大基坑虫土方开挖和支笑护技术。按照阿我国现行的坛政策和建筑本兄身的需要，超勇高层建筑必然健有一个超大、策超深的地下室赚结构部分，这介部分工程施工剥的最大难点在凑于土方开挖和啦基坑支护。超袜高层建筑一般喘在城市的主要贱路段，场地狭洞窄，周围环境俭复杂而且重要方。土方开挖的朱方案至少应该佛解决以下几师个问题：考a.进出土路早线的选择康b.挖运土方亲设备数量和性胃能的选择以及跑进退场安排腔丝c.最后土方加的挖、运的具筹体措施茅d.基坑支护盯技术的优化和闲周围环境建（抗构）筑物以及慌基坑边坡的变哨形监测落e.土方开挖盼和基坑支护，顽乃至桩基础施心工的配合。吩施工组织要有某新思维绑超高层建筑的耀竖向跨度非常俗大，在施工组渠织中首要解坦决垂直运输效川率的问题。利昏用有限的机帜械设备解决庞耽大的人员、材善料的上下，做塑到有序并且有焰效。事（1）合理配冲置大型机械设猴备。要核算现撞场人员流量，根在施工高峰期老有多少人需要民乘电梯到达现款场，全部输送惜完需要多少时站间。结合工期发计划，核算和尾分析需要使用脏人货电梯运输昌的原材料、周小转材料、成品向、半成品的总体用量以及周转平率要求，核算扎工作时间。在蹈此基础上，合清理确定塔吊，荡人、货电梯的应规格型号和数狼量；选择混凝爱土输送泵的性缎能和数量。在论实际中，超过柔150m的建拥筑应考虑布置悔一台高速施工纲电梯和一台普条通施工电梯，案分别服务不同窝的施工区域。兰应选用一次泵侨送到位的混凝最土输送泵，油跳泵和电泵均要奋配备。塔吊的休性能和布置不漠仅要满足钢筋燕、模板、钢管貌等材料运输，宋而且必须考虑粮钢结构件的吊体装和安装需要知。慎密规划，劣紧贴实际，科族学统筹大型机丢械平面布置。惨分