超高层10大技术难点及解决方案.docx
《超高层10大技术难点及解决方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超高层10大技术难点及解决方案.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
超高层10大技术难点及解决方案
资深工程总必须知道的：
超高层10大技术难点及解决案
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，存在着平安、部交通、环境、能源消耗等多种难以妥善解决的问题，越是向高处开展，平安性、耐久性及适用舒适等问题就愈多，对构造、建筑、机电、暖通、电梯等专业的要求就越高。
难点1——构造系统
由于超高层建筑构造的特殊性，建筑部的梁柱将会不可防止的存在，在构造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、躲避及利用是设计的难点。
对于构造设计来讲，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、平安、可靠的设计原那么，选择相应的构造体系，一般分为六大类：
框架构造体系、剪力墙构造体系、框架-剪力墙构造体系、框-筒构造体系、筒中筒构造体系、束筒构造体系。
除上述构造体系得到广泛应用外，多筒体构造、带加强层的框架-筒体构造、连体构造、巨型构造、悬挑构造、错层构造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，钢构造、钢-混凝土混合构造逐渐采用。
如金茂大厦、地大厦都是钢-混凝土混合构造。
此外，型钢混凝土构造和钢管混凝土构造在高层建筑中也正在得到广泛应用。
高层建筑构造采用的混凝土强度等级不断提高，从C30逐步向C60及更高的等级开展。
预应力混凝土构造在高层建筑的梁、板构造中广泛应用。
钢材的强度等级也不断提高。
高层和超高层建筑在构造设计中除采用钢筋混凝土构造〔代号RC〕外，还采用型钢混凝土构造〔代号SRC〕，钢管混凝土构造〔代号CFS〕和全钢构造〔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-筒构造体系较为经济合理，这种构造体系的剪力墙或筒体是很好的抗侧力构件，常常承当了大局部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。
一般钢构造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，这样既不平安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，那么可以节约楼层和屋盖钢梁的用钢量20%左右，而且不需对钢梁进展稳定验算。
难点2——垂直交通设计
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、在构造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。
随着高层建筑建立的开展、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“核〞空间构成模式。
1.核式：
中央核心筒布局
在建筑处理上，为了争取尽量宽阔的使用空间，希望将电梯、楼梯、设备用房及卫生间、茶炉间等效劳用房向平面的中央集中，使功能空间占据最正确的采光位置，力求视线良好、交通便捷。
在构造面，随着筒体构造概念的出现、高度的增加，也希望能有一个刚度更强的筒来承受剪力和抗扭。
在建筑的中央局部，有意识地利用那些功能较为固定的效劳用房的围护构造，形成中央核心筒，而筒体处于几位置中心，还可以使建筑的质量重心、刚度中心和型体核心三心重合，更加有利于构造受力和抗震。
这种“核〞空间构成模式，经过长期的实践检验，以其构造合理、使用便和造价相对低廉的优势，很快便成为高层建筑中最为流行的空间布局形式。
尽管中央核心筒式布局的筒体围的房间需要人工采光和机械通风，总会多少给人带来不适感，但“核〞式的布局形式及其变种在数量上占有绝对优势，大多数著名的超高层写字楼建筑也都采用这种形式。
但是作为超高层住宅建筑，这种核式的布局存在着诸多不便利之处。
2.外核式：
双侧外核心筒布局
随着时代的开展、技术的进步，人们对建筑需求的变化和设计侧重点的不同，以中央核心筒为主流的高层建筑“核〞空间构成模式开场受到了挑战。
第一次变革主要还是出于造型上的需要和建筑设计理念的变化，如70年代前后出现的“双核〞构成模式。
双侧外核心筒的布局，不仅有利于避难疏散，而且也使高层建筑的外观造型产生了巨大的变化。
贝聿铭设计的新加坡“华侨银行中心〞和日建立计设计的日本“IBM本社大楼〞等等就是当年风行一时的双侧外核设计手法的代表。
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的是设备专业，他们认为随着建筑设备的日趋增多和越来越复杂，如果把设备用房和管道井从核心筒中别离出来，可能会更有利于管理和维修。
而80年代以后，智能化建筑的普及和电信设施的不断增加，导致了在高层建筑量应用计算机和电信通讯设备，甚至多建筑在竣工之后，仍然频繁地改造布线系统和增添新设备。
智能化办公楼中的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的需要，便开场将“核〞分散化，分置多处设备用房和管道井，以便于局部更改。
对于构造专业来说，加强建筑边的刚度也会有效地抵抗地震对高层建筑的破坏，所以如果将垂直交通和设备用房等分散地布置在边，那么无疑也会对构造抗震有利。
同时，这种分散的多个外核的空间构成模式，也正好适用于新兴的巨型框架构造，使这种构造体系中的巨型支撑柱具有了使用功能。
其最典型的实例就是丹下健三设计的日本“东京都新都厅〞。
而从建筑设计的角度来看，核的移动、垂直交通、效劳性房间和管道井分散到建筑的边，对于高层建筑的空间构成模式和立面造型上的变化也是极具革命性的。
它不但适应了其它专业的需求，而且还有利于避难疏散，创造更大的使用空间和使高层建筑的底部获得解放。
这种空间构成模式所具有的灵活性和先进性，很快便被推崇技术表现的欧洲建筑师们所发现，并创造性地应用在他们的作品之中。
罗杰斯设计的英国“伦敦劳埃德大厦〞、88木街办公楼和福斯特设计的“XX汇丰银行〞等等即是分散式核心筒的杰作，它们从部的空间构成到外部立面，均与中央核心筒式的高层建筑大相经庭。
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别离化的现象，垂直交通、效劳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。
从构造的角度来看，核的刚度较大，而主体较柔，两局部各自分别工作，既受力合理又相对经济。
当然，连接局部的设计是这类高层建筑设计的关键所在，不过这种设计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别离还可以使楼梯间、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那么。
因此，近几年强调生态、节能的高层建筑多采用这种布局式。
马来西亚建筑师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、平稳的垂直效劳是难点之一。
电梯作为垂直交通工具，对其数量的配置、控制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平安和经营效劳质量。
在建筑物，恰当地选用电梯的台数、容量、运行速度、控制式非常重要，而建筑物的电梯一经选定和安装使用就几乎成了永久的事实，以后假设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场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展效劳，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展效劳，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、向、开闭状态、轿厢呼叫等各种状态，以提高运送能力，改善效劳质量，提高超建筑的经济效益。
难点4——供电平安性和稳定性
作为超高层建筑，平安性必然是供电系统设计所需要格外注意的地，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时机，也相对地增加了主干系统的寿命。
建成后业主的使用便也是必须要考虑到的，在电气设备的空间安排面要有可调整的空间。
作为超高楼，楼层多，机电面的设备自然也多，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，进展早期探测和初期扑救；二是把火灾控制在较小围，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平安距离，切断火灾蔓延途径，减小成灾面积，便于实施救援。
耐火，加强建筑构造构件的耐火稳定性，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，风速可到达15m／s。
假设高达300-400m，风力将更加强大，即风速到达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方法。
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。
XX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.l8万平米，据说两架擦窗机连续工作，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，有的地达3m以上，擦玻璃相当困难。
难点10——施工难点
1.超高层根底采用深根底。
由于建筑高，体量大，支撑高层的地基必须到达足够的强度，所以多采用深根底，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面的要求，比方人防面积、停车位数量等；二是要解决在施工过程中的构造抗浮问题。
3.超高层构造形式多为混合型。
如型钢混凝土、钢管混凝土、钢筋混凝土构造或全钢结。
它们的共同特点是：
施工简便、工期短、构造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构造形式。
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平安性功能尤其重要，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，而在施工技术面必须注入新的元素，必须有新突破。
〔1〕深根底施工技术。
根据地质条件，深根底一般采用大直径人工挖桩，冲〔钻〕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展施工，主要考虑的是技术能力、设备能力、平安和质量控制能力。
工程总承包工程就需要考虑本钱因素以及获得这些能力的难易程度。
〔2〕大基坑土开挖和支护技术。
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、超深的地下室构造局部，这局部工程施工的最大难点在于土开挖和基坑支护。
超高层建筑一般在城市的主要路段，场地狭窄，围环境复杂而且重要。
土开挖的案至少应该解决以下几个问题：
a.进出土路线的选择
b.挖运土设备数量和性能的选择以及进退场安排
c.最后土的挖、运的具体措施
d.基坑支护技术的优化和围环境建〔构〕筑物以及基坑边坡的变形监测
e.土开挖和基坑支护，乃至桩根底施工的配合。
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，在施工顶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。
结合工期方案，核算和分析需要使用人货电梯运输的原材料、转材料、成品、半成品的总用量以及转率要求，核算工作时间。
在此根底上，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，分别效劳不同的施工区域。
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，而且必须考虑钢构造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那么，进展大型机械平面布置。
快速提升架和施工电梯首要考虑楼层的运输路线；塔吊要考虑安装和撤除的便利、覆盖面积和附墙的可行性。
〔2〕既要合理而不充裕的配置机械，就必然存在机械使用的冲突问题，机械的使用方案就显得十分必要。
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。
表达在垂直运输设备的使用安排方案上，每个人、每一件物都要清楚自己的运输时间、顺序。
有方案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异，特别表达在构造的平安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平安，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、过程质量监视等面格把关。
4.文明平安施工管理与普通建筑的不同
超高层文明平安施工管理与普通建筑施工有多的不同。
装饰工程、安装工程的立体穿插施工。
必须设立平安分隔区和防火分隔区。
脚手架的搭设、撤除案必须经过审批、落实和检查。
另外，大型设备要有平安保护措施等等。
总之文明平安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
升级会员 