超高层建筑10大技术难点及应对措施.doc

超高层建筑0大技术难点及应对措施,含施工、结构、机电、消防等根据理论及经验分析,一般在40层（大约50米）左右，就是超高层建筑设计得敏感高度(建筑物得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,应用适宜得建筑技术。超高层楼宇就像一条竖立起来得街道,存在着安全、内部交通、环境、能源消耗等多种难以妥善解决得问题，越就是向高处发展,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、电梯等专业得要求就越高结构系统难点由于超高层建筑结构得特殊性，建筑内部得梁柱将会不可避免得存在,在结构设计中要考虑异形柱得使用,特别就是在超高层住宅户型设计中,充分全面考虑梁柱得影响、规避及利用就是设计得难点对于结构设计来讲,按照建筑使用功能得要求、建筑高度得不同以及拟建场地得抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠得设计原则,选择相应得结构体系,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。9年代以来,除上述结构体系得到广泛应用外,多筒体结构、带加强层得框架筒体结构、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,由于我国钢材产量得增加,钢结构、钢混凝土混合结构逐渐采用。如金茂大厦、地王大厦都就是钢-混凝土混合结构。此外,型钢混凝土结构与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得混凝土强度等级不断提高,从C0逐步向6及更高得等级发展。预应力混凝土结构在高层建筑得梁、板结构中广泛应用.钢材得强度等级也不断提高。高层与超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构（代号C)外，还采用型钢混凝土结构（代号SRC），钢管混凝土结构（代号F）与全钢结构(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，这种结构体系得剪力墙或筒体就是很好得抗侧力构件,常常承担了大部分得风载与地震荷载产生得水平侧力，总体刚度大,侧移小，且满足玻璃幕墙得外装饰要求。超高层建筑得楼板与屋盖具有很大得平面刚度，就是竖向钢柱与剪力墙或筒体得平面抗侧力构件,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。一般钢结构建筑物得楼板与屋盖，都采用轧制得压型钢板加现浇钢筋混凝土(简称钢承混凝土）楼板与屋盖，厚度一般不小于150m.目前在设计钢承混凝土楼板与屋盖时没有考虑钢承混凝土楼板与屋盖与钢梁共同作用。主要就是对于板底呈波形得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得用钢量.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,则可以节约楼层与屋盖钢梁得用钢量2左右,而且不需对钢梁进行稳定验算.“第三届高层与超高层建筑论坛”定于07年8月6日在沈阳隆重召开，本次论坛邀请了傅学怡、李 霆、龚 剑、 林 冰、令狐延、朱建潮、 周健、刘鹏、 许立山、 苏亚武、唐际宇、潘春龙、李胜兵 、黄 勇等专家，报告将结合当前已建或在建重大超高层项目,总结交流技术经验与成果,并组织参观沈阳宝能国际金融中心工程.垂直交通设计难点2超高层建筑,核心筒得设计需平衡采光、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,就是建筑设计得难点之一。高层建筑与其她建筑之间得最大区别,就在于它有一个垂直交通与管道设备集中在一起得、在结构体系中又起着重要作用得“核”。而这个“核也恰恰在形态构成上举足轻重，决定着高层建筑得空间构成模式。随着高层建筑建设得发展、高度得增加与技术得进步,在高层建筑得设计过程中，逐渐演化出了中央核心筒式得“内核”空间构成模式。1、内核式:中央核心筒布局在建筑处理上,为了争取尽量宽敞得使用空间,希望将电梯、楼梯、设备用房及卫生间、茶炉间等服务用房向平面得中央集中,使功能空间占据最佳得采光位置,力求视线良好、交通便捷。在结构方面，随着筒体结构概念得出现、高度得增加,也希望能有一个刚度更强得筒来承受剪力与抗扭。在建筑得中央部分，有意识地利用那些功能较为固定得服务用房得围护结构，形成中央核心筒,而筒体处于几何位置中心，还可以使建筑得质量重心、刚度中心与型体核心三心重合,更加有利于结构受力与抗震。这种“内核”空间构成模式，经过长期得实践检验，以其结构合理、使用方便与造价相对低廉得优势,很快便成为高层建筑中最为流行得空间布局形式。尽管中央核心筒式布局得筒体周围得房间需要人工采光与机械通风,总会多少给人带来不适感,但“内核”式得布局形式及其变种在数量上占有绝对优势，大多数著名得超高层写字楼建筑也都采用这种形式.但就是作为超高层住宅建筑，这种内核式得布局存在着诸多不便利之处。2、外核式：双侧外核心筒布局随着时代得发展、技术得进步,人们对建筑需求得变化与设计侧重点得不同,以中央核心筒为主流得高层建筑“内核”空间构成模式开始受到了挑战。第一次变革主要还就是出于造型上得需要与建筑设计理念得变化,如 70 年代前后出现得“双核”构成模式。双侧外核心筒得布局，不仅有利于避难疏散,而且也使高层建筑得外观造型产生了巨大得变化。贝聿铭设计得新加坡“华侨银行中心”与日建设计设计得日本“IBM本社大楼”等等就就是当年风行一时得双侧外核设计手法得代表。3、多核式:分散多个外核布局第二次变革最先对核心筒提出革命性建议得就是设备专业，她们认为随着建筑设备得日趋增多与越来越复杂,如果把设备用房与管道井从核心筒中分离出来,可能会更有利于管理与维修。而80 年代以后,智能化建筑得普及与电信设施得不断增加,导致了在高层建筑中大量应用计算机与电信通讯设备，甚至许多建筑在竣工之后,仍然频繁地改造布线系统与增添新设备。智能化办公楼中得光缆与电脑网络管道井、配线箱以及中继装置等,每层都必须设置三处以上才算合理.这样,建筑上为了满足机电设备经常变动得需要,便开始将“核”分散化,分置多处设备用房与管道井,以便于局部更改。对于结构专业来说,加强建筑周边得刚度也会有效地抵抗地震对高层建筑得破坏,所以如果将垂直交通与设备用房等分散地布置在周边,则无疑也会对结构抗震有利。同时,这种分散得多个外核得空间构成模式，也正好适用于新兴得巨型框架结构,使这种结构体系中得巨型支撑柱具有了使用功能。其最典型得实例就就是丹下健三设计得日本“东京都新都厅”。而从建筑设计得角度来瞧,核得移动、垂直交通、服务性房间与管道井分散到建筑得周边,对于高层建筑得空间构成模式与立面造型上得变化也就是极具革命性得。它不但适应了其它专业得需求，而且还有利于避难疏散,创造更大得使用空间与使高层建筑得底部获得解放.这种空间构成模式所具有得灵活性与先进性,很快便被推崇技术表现得欧洲建筑师们所发现,并创造性地应用在她们得作品之中.罗杰斯设计得英国“伦敦劳埃德大厦”、88木街办公楼与福斯特设计得“香港汇丰银行”等等即就是分散式核心筒得杰作,它们从内部得空间构成到外部立面，均与中央核心筒式得高层建筑大相经庭.此外，在规模较小得高层建筑中，近年来还出现一种核与主要使用空间分离化得现象，垂直交通、服务性用房与设备管道井均分别独立，与建筑主体分开.主要使用空间更加完整，四面对外,核与主要使用空间之间以连廊相接。从结构得角度来瞧,核得刚度较大,而主体较柔，两部分各自分别工作，既受力合理又相对经济.当然，连接部分得设计就是这类高层建筑设计得关键所在,不过这种设计方式给建筑外观带来得变化，已引起了建筑师们得关注,并很快在欧洲与日本流行起来。德国得汉诺威建筑博览会管理办公楼、埃森RW公司办公楼,以及日本东京得东急南大井大楼与大阪得凯恩斯本部办公楼。核与主要使用空间分散与分离还可以使楼梯间、卫生间等直接对外自然采光通风，既节约能源，又省去消防所需得加压送风设备，更符合低能耗，可循环得现代设计原则。因此，近几年强调生态、节能得高层建筑多采用这种布局方式。马来西亚建筑师杨经文设计得高层建筑,不但楼梯、卫生间等全部对外，而且电梯筒壁还被刻意用来遮挡日晒，可谓“分散外核空间构成模式得生态设计方式”。“吉隆坡广场大厦”及其最新设计得“新加坡展览大厦”就都反映出这一设计特征。而另一位欧洲得建筑师赫尔佐格设计得前述之德国汉诺威建筑博览会管理办公楼,也以其生态观念赢得了众口称赞。电梯难点3在超高层建筑中,快速、高效、平稳得垂直服务就是难点之一。电梯作为垂直交通工具,对其数量得配置、控制方式及有关参数得选定将不仅直接影响建筑物得一次投资(一般电梯投资约占建筑物总投资得10%左右）,而且还将影响建筑物得使用安全与经营服务质量。在建筑物内,恰当地选用电梯得台数、容量、运行速度、控制方式非常重要,而建筑物内得电梯一经选定与安装使用就几乎成了永久得事实，以后若想增加或改型非常困难，甚至就是不可能得了,因此,在设计中应该在设计开始时对电梯得配置应予以充分重视。现代超高层建筑大都超过0层,建筑内人口流动大,纵向交通主要依赖电梯,有效设计超高层建筑得电梯得关键就是运用各种局部电梯进行服务,并把局部区域电梯系统组织起来.通往这些局部区域，通过由地面始发站至局部区域得空中候梯厅之间得快速穿梭电梯进行服务，乘客到达空中候梯厅后再换乘区间电梯。为了能够将乘客以最快得速度运送到达目得地,一般以建筑每层为一局部区域。由于超高层建筑采用多梯系统,应采用微机电梯控制系统，通过计算机控制系统及时地处理大量信息,判断各站台得呼叫信息与各电梯得位置、方向、开闭状态、轿厢内呼叫等各种状态，以提高运送能力，改善服务质量,提高超建筑得经济效益。供电安全性与稳定性难点4作为超高层建筑，安全性必然就是供电系统设计所需要格外注意得地方,其次就是供电可靠性。配电系统得设计上,需考虑多回路供电及备用发电机组得配置。因超高建筑得高度,变配电房可以考虑设置在塔楼中部得楼层,以减少低压配电得损耗。备用柴油发电机设置于地库层,供电电压采用10千伏输出,再经变压器降压至低压配电，保证配电至塔楼得高层。在超高层建筑得配电系统上,供电距离、电缆得长度、电缆大小得适当调整以及安装时得施工工艺也就是难题之一。由于超高层面积大、楼层多,自然会出现远距离供电得问题,因此后备电源可考虑采用高压发电机来发电,从而解决了这个难题。另外还需要特别注意得就是，超高层建筑遇到强风时，可能会出现左右晃动.由于超高层建筑物会有一定得摇摆度,在上升主干线得设计上可以考虑将电缆连接铜母线槽配电,以减低超高层建筑物在摇摆时对铜母线槽接驳组件位置得拉扯压力,减少发生故障及维修得机会,也相对地增加了主干系统得寿命。建成后业主得使用方便也就是必须要考虑到得,在电气设备得空间安排方面要有可调整得空间。作为超高楼,楼层多，机电方面得设备自然也多,为了让业主获得更多得使用空间，在排布电缆与竖井方面要尽量减少转换竖井与缩小竖井等所占用得空间，以便提供出更多得空间给业主使用。消防难点消防难点：超高层建筑由于其特殊得构造与功能要求,致使其内部火灾荷载大,火势蔓延迅速,人员疏散困难，救援难度大,形成重大火灾得隐患大。如200年月中央电视台新址得附属文化中心大火,造成了人员伤亡及财产损失.消防设计要点：防火控火耐火防火,建筑工程中使用防火材料、防火构件、防火配件,装修工程中采用不燃、难燃性建筑材料，易燃易爆场所强化通风,设置防爆电气，使用不发火地面等.控火，一就是把火灾控制在初始阶段，包括安装火灾自动报警、自动灭火系统,进行早期探测与初期扑救；二就是把火灾控制在较小范围,在建筑物平面与竖向划分防火分区与防烟分区,在建筑物之间留有适当防火安全距离,切断火灾蔓延途径,减小成灾面积，便于实施救援。耐火,加强建筑结构构件得耐火稳定性,使其在火灾中不致失效。测量难点6超高层建筑,一般由超高层塔楼与多层地下室组成,工程测量难度大,施工测量如果失误,造成得损失会非常严重,并且难以弥补与修复，因此工程测量就是超高层建筑得重点、难点。侧向风影响难点高层、超高层建筑要承受侧向得风力，一般说，在正常得风压状态下，距地面高度为10处,如风速为m/s，那么在90m得高空,风速可达到1ms.若高达300400m,风力将更加强大,即风速达到3m/以上时,摩天大楼产生得晃动将十分剧烈。对大楼得这种晃动，首先要考虑它对电梯得影响,电梯被视为超高层建筑得“生命线。当电梯高速运行得同时，如果大楼得晃动超过一定尺寸,电梯得钢缆就会因时紧时松得受力不均受到伤害,并造成危险。烟囱效应难点8冬天，在气温较低得情况下，会由于低层(特别就是一层大堂)与地下室得冷空气窜入电梯井,经烟囱效应形成强大气流,造成电梯关不上门。而且会将底层得一些气味带到高层,如厨房得气味、油烟味等,此时如在底层或地下室有电焊操作或燃气泄漏就可能将火源随气流带到高层,极端危险。同时,由于电梯轿厢与井壁间得缝隙很小,在电梯移动时，气流得摩擦会产生啸叫，这种现象在金茂大厦也有出现。目前,这就是个国际性难题,目前尚未找到很好得解决办法。管理维护问题难点9一些超高层大楼都曾出现过断电、跑水等事故.从管理上瞧除了做好预案，防止事故发生与做好备用系统以外，一旦事故出现,如何抢救,就是否有一位掌握全局、了解本系统一切 细枝末节得人十分重要.上海金茂大厦得管理层就曾对没有一位掌握该建筑1000多个阀门 得人感到十分遗憾。 擦玻璃也成了管理这些庞然大物得一个麻烦.金茂大厦得幕墙有10、l8万平方米,据说两架擦窗机连续工作,一年才能把所有得玻璃擦一遍,而且，由于建 筑外形凹凸起伏太大，檐部又挑出很多，有得地方达3m以上,擦玻璃相当困难。施工难点难点01、超高层基础采用深基础.由于建筑高,体量大,支撑高层得地基必须达到足够得强度,所以多采用深基础,持力层嵌入微风化岩层。2、超高层地下室深度大、层数多、面积大。一就是要满足建 筑功能方面得要求，比如人防面积、停车位数量 等;二就是要解决在施工过程中得结构抗浮问题。、超高层结构形式多为混合型.如型钢混凝土、钢管混凝土、钢筋混凝土结构或全钢结。它们得共同特点就是:施工简便、工期短、结构性能好且大大节约建筑材料，目前已成为超高层建筑群最为实用与主要得结构形式。4、超高层装饰工程装饰富于变化,工程量大,技术含量高、要 求高。超高层建筑得装饰工程得安全性功能尤其 重要，抗风压，风、水、气得密闭性要求高。5、建筑功能复杂，子系统多，安装工程工 程量大,要求精度高。6、新技术、新材料、新工艺大量采用。超高层建筑得特点，在施工中应当采取如下对策:1、施工技术必须有新突破超高层建筑绝不仅简单就是建筑楼层数量上得叠加、施工得延长,而在施工技术方面必须注入新得元素，必须有新突破。（1）深基础施工技术。根据地质条件,深基础一般采用大直径人工挖孔桩,冲（钻）孔灌注桩,预制混凝土管桩或预制钢管桩,为一种或两种同时采用.对于施工总承包来说,按照设计得桩类型进行施工,主要考虑得就是技术能力、设备能力、安全与质量控制能力。工程总承包项目就需要考虑成本因素以及获得这些能力得难易程度。（2)大基坑土方开挖与支护技术。按照我国现行得政策与建筑本身得需要,超高层建筑必然有一个超大、超深得地下室结构部分，这部分工程施工得最大难点在于土方开挖与基坑支护。超高层建筑一般在城市得主要路段,场地狭窄,周围环境复杂而且重要。土方开挖得方案至少应该解决以下几个问题:a、进出土路线得选择b、挖运土方设备数量与性能得选择以及进退场安排c、最后土方得挖、运得具体措施d、基坑支护技术得优化与周围环境建(构)筑物以及基坑边坡得变形监测e、土方开挖与基坑支护,乃至桩基础施工得配合。、施工组织要有新思维超高层建筑得竖向跨度非常大，在施工组织 中首要解决垂直运输效率得问题.利用有限得机 械设备解决庞大得人员、材料得上下,做到有序并且有效。（1)合理配置大型机械设备。要核算现场人员流量，在施工高峰期有多少人需要乘电梯到达现场，全部输送完需要多少时间。结合工期计划,核算与分析需要使用人货电梯运输得原材料、周转材料、成品、半成品得总用量以及周转率要求，核算工作时间。在此基础上，合理确定塔吊,人、货电梯得规格型号与数量;选择混凝土输送泵得性能与数量在实际中，超过15m得建筑应考虑布置一台高速施工电梯与一台普通施工电梯,分别服务不同得施工区域.应选用一次泵送到位得混凝土输送泵,油泵与电泵均要配备。塔吊得性能与布置不仅要满足钢筋、模板、钢管等材料运输,而且必须考虑钢结构件得吊装与安装需要。慎密规划，紧贴实际,科学统筹大型机械平面布置。分析现场条件与地理位置情况，按照最短运输路径与最大运输能力得原则，进行大型机械平面布置。快速提升架与施工电梯首要考虑楼层内得运输路线；塔吊要考虑安装与拆除得便利、覆盖面积与附墙得可行性.（2)既要合理而不富余得配置机械,就必然存在机械使用得冲突问题,机械得使用计划就显得十分必要。对各工种、工序现场作业得先后顺序要预先安排并强制执行。体现在垂直运输设备得使用安排计划上,每个人、每一件物都要清楚自己得运输时间、顺序。有计划有组织地调节设备得使用频率,提高使用效率。()采取技术措施,减少对垂直运输得依赖。钢筋网片得使用,机械接头得使用,大模板得使用,可以有效地提高现场作业人员得劳动生产率,减少对作业人员与操作设备得需求,从而减少垂直运输得压力。、施工质量要求高以建筑总高度允许偏差值来说,超高层建筑得质量要求已经与普通建筑有了差别,特别体现 在结构得安全性能与建筑功能要求上.超高层建筑承受得风压非常大,对气密性、水密性有很高要求,玻璃或幕墙得三性检验报告不可缺少。装饰工程中,外墙粘贴砖得施工质量关系到建筑得使用安全,必须引起足够重视,应从技术、工艺上予以解决。外墙得防水工程应从材料得选用、工艺试验、过程质量监督等方面严格把关。4、文明安全施工管理与普通建筑得不同超高层文明安全施工管理与普通建筑施工有许多得不同。装饰工程、安装工程得立体交叉施工必须设立安全分隔区与防火分隔区。脚手架得搭设、拆除方案必须经过审批、落实与检查。另外，大型设备要有安全保护措施等等。总之文明安全施工应该做到横向到边,纵向到底,措施到位，责任到人。5、必须在楼层内设置简易厕所由于超高层建筑施工人员集中,生活区、生产区布置井然并保持日常检查做到有效控制。