超高层建筑设计10大技术难点及施工技术应对措施

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　　此外，在规模较小的高层建筑中，近年来还出现一种核与主要使用空间分离化的现象，垂直交通、服务性用房和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。从结构的角度来看，核的刚度较大，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，连接部分的设计是这类高层建筑设计的关键所在，不过这种设计方式给建筑外观带来的变化，已引起了建筑师们的关注，并很快在欧洲和日本流行起来。德国的汉诺威建筑博览会管理办公楼、埃森RWE公司办公楼，以及日本东京的东急南大井大楼和大阪的凯恩斯本部办公楼。

　　核与主要使用空间分散和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，又省去消防所需的加压送风设备，更符合低能耗，可循环的现代设计原则。因此，近几年强调生态、节能的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的高层建筑，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的生态设计方式”。“吉隆坡广场大厦”及其最新设计的“新加坡展览大厦”就都反映出这一设计特征。而另一位欧洲的建筑师赫尔佐格设计的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。

　　难点3——电梯

　　在超高层建筑中，快速、高效、平稳的垂直服务是难点之一。

　　电梯作为垂直交通工具，对其数量的配置、控制方式及有关参数的选定将不仅直接影响建筑物的一次投资(一般电梯投资约占建筑物总投资的10%左右)，而且还将影响建筑物的使用安全和经营服务质量。在建筑物内，恰当地选用电梯的台数、容量、运行速度、控制方式非常重要，而建筑物内的电梯一经选定和安装使用就几乎成了永久的事实，以后若想增加或改型非常困难，甚至是不可能的了，因此，在设计中应该在设计开始时对电梯的配置应予以充分重视。

　　现代超高层建筑大都超过60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的电梯的关键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的空中候梯厅之间的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的速度运送到达目的地，一般以建筑每30～35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，判断各站台的呼叫信息和各电梯的位置、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，提高超建筑的经济效益。

　　难点4——供电安全性和稳定性（词条“稳定性”由行业大百科提供）

　　作为超高层建筑，安全性必然是供电系统设计所需要格外注意的地方，其次是供电可靠性。配电系统的设计上，需考虑多回路供电及备用发电机组的配置。因超高建筑的高度，变配电房可以考虑设置在塔楼中部的楼层，以减少低压配电的损耗。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，保证配电至塔楼的高层。

　　在超高层建筑的配电系统上，供电距离、电缆的长度、电缆大小的适当调整以及安装时的施工工艺也是难题之一。由于超高层面积大、楼层多，自然会出现远距离供电的问题，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的是，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的摇摆度，在上升主干线的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的拉扯压力，减少发生故障及维修的机会，也相对地增加了主干系统的寿命。

　　建成后业主的使用方便也是必须要考虑到的，在电气设备的空间安排方面要有可调整的空间。作为超高楼，楼层多，机电方面的设备自然也多，为了让业主获得更多的使用空间，在排布电缆和竖井方面要尽量减少转换竖井和缩小竖井等所占用的空间，以便提供出更多的空间给业主使用。

　　难点5——消防

　　消防难点：超高层建筑由于其特殊的构造和功能要求，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，形成重大火灾的隐患大。如2009年2月中央电视台新址的附属文化中心大火，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，进行早期探测和初期扑救;二是把火灾控制在较小范围，在建筑物平面和竖向划分防火分区和防烟分区，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，加强建筑结构构件的耐火稳定性，使其在火灾中不致失效。

　　难点6——测量

　　超高层建筑，一般由超高层塔楼和多层地下室组成，工程测量难度大，施工测量如果失误，造成的损失会非常严重，并且难以弥补和修复，因此工程测量是超高层建筑的重点、难点。

　　难点7——侧向风影响

　　高层、超高层建筑要承受侧向的风力，一般说，在正常的风压（词条“风压”由行业大百科提供）状态下，距地面高度为10m处，如风速为5m/s，那么在90m的高空，风速可达到15m/s。若高达300-400m，风力将更加强大，即风速达到30m/s以上时，摩天大楼产生的晃动将十分剧烈。对大楼的这种晃动，首先要考虑它对电梯的影响，电梯被视为超高层建筑的“生命线”。当电梯高速运行的同时，如果大楼的晃动超过一定尺寸，电梯的钢缆就会因时紧时松的受力不均受到伤害，并造成危险。

　　难点8——烟囱效应

　　冬天，在气温较低的情况下，会由于低层(特别是一层大堂)和地下室的冷空气窜入电梯井，经烟囱效应形成强大气流，造成电梯关不上门。而且会将底层的一些气味带到高层，如厨房的气味、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的缝隙很小，在电梯移动时，气流的摩擦会产生啸叫，这种现象在金茂大厦也有出现。目前，这是个国际性难题，目前尚未找到很好的解决办法。

　　难点9——管理维护问题

　　一些超高层大楼都曾出现过断电、跑水等事故。从管理上看除了做好预案，防止事故发生和做好备用系统以外，一旦事故出现，如何抢救，是否有一位掌握全局、了解本系统一切 细枝末节的人十分重要。上海金茂大厦的管理层就曾对没有一位掌握该建筑14000多个阀门 的人感到十分遗憾。 擦玻璃也成了管理这些庞然大物的一个麻烦。金茂大厦的幕墙有10.l8万平方米，据说两架擦窗（词条“窗”由行业大百科提供）机连续工作，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，有的地方达3m以上，擦玻璃相当困难。

　　难点10——施工难点

　　1.超高层基础采用深基础。由于建筑高，体量大，支撑高层的地基必须达到足够的强度，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。一是要满足建 筑功能方面的要求，比如人防面积、停车位数量 等;二是要解决在施工过程中的结构抗浮问题。

　　3.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。它们的共同特点是：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和主要的结构形式。

　　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。超高层建筑的装饰工程的安全性功能尤其 重要，抗风压，风、水、气的密闭性要求高。

　　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。

　　针对超高层建筑的特点，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是建筑楼层数量上的叠加、施工的延长，而在施工技术方面必须注 入新的元素，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，按照设计的桩类型进行施工，主要考虑的是技术能力、设备能力、安全和质量控制能力。工程总承包项目就需要考虑成本因素以及获得这些能力的难易程度。

　　(2)大基坑土方开挖和支护技术。按照我国 现行的政策和建筑本身的需要，超高层建筑必然有一个超大、超深的地下室结构部分，这部分工程施工的最大难点在于土方开挖和基坑支护。超高层建筑一般在城市的主要路段，场地狭窄，周 围环境复杂而且重要。土方开挖的方案至少应该 解决以下几个问题：

　　a.进出土路线的选择

　　b.挖运土方设备数量和性能的选择以及进退场安排

　　c.最后土方的挖、运的具体措施

　　d.基坑支护技术的优化和周围环境建(构)筑物以及基坑边坡的变形监测

　　e.土方开挖和基坑支护，乃至桩基础施工的配合。

　　2.施工组织要有新思维

　　超高层建筑的竖向跨度非常大，在施工组织 中首要解决垂直运输效率的问题。利用有限的机 械设备解决庞大的人员、材料的上下，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，核算和分析需要使用人货电梯运输的原材料、周转材料、成品、半成品的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、货电梯的规格型号和数量;选择混凝土输送泵的性能和数量。在实际中，超过150m的建筑应考虑布置一台高速施工电梯和一台普通施工电梯，分别服务不同的施工区域。应选用一次泵送到位的混凝土输送泵，油泵和电泵均要配备。塔吊的性能和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的吊装和安装需要。慎密规划，紧贴实际，科学统筹大型机械平面布置。分析现场条件和地理位置情况，按照最短运输路径和最大运输能力的原则，进行大型机械平面布置。快速提升架和施工电梯首要考虑楼层内的运输路线;塔吊要考虑安装和拆除的便利、覆盖面积和附墙的可行性。

　　(2)既要合理而不富余的配置机械，就必然存在机械使用的冲突问题，机械的使用计划就显得十分必要。对各工种、工序现场作业的先后顺序要预先安排并强制执行。体现在垂直运输设备的使用安排计划上，每个人、每一件物都要清楚自己的运输时间、顺序。有计划有组织地调节设备的使用频率，提高使用效率。

　　(3)采取技术措施，减少对垂直运输的依赖。钢筋网片的使用，机械接头的使用，大模板的使用，可以有效地提高现场作业人员的劳动生产率，减少对作业人员和操作设备的需求，从而减少垂直运输的压力。

　　3.施工质量要求高

　　以建筑总高度允许偏差值来说，超高层建筑的质量要求已经与普通建筑有了差别，特别体现 在结构的安全性能和建筑功能要求上。超高层建筑承受的风压非常大，对气密性、水密性有很高要求，玻璃或幕墙的三性检验报告不可缺少。装饰工程中，外墙粘贴砖的施工质量关系到建筑的使用安全，必须引起足够重视，应从技术、工艺上予以解决。外墙的防水工程应从材料的选用、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的不同

　　超高层文明安全施工管理与普通建筑施工有许多的不同。装饰工程、安装工程的立体交叉施工。必须设立安全分隔区和防火分隔区。脚手架的搭设、拆除方案必须经过审批、落实和检查。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。

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