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上海中心大厦:“沙滩”上如何建立摩天大楼?

发布时间:2019-11-24 13:06:23 | 人气: 4903

上海中心大厦是一座教科书式的超高层建筑,是世界超高层建筑技术的杰作。它有118层,高632米,超过金茂大厦和世界金融中心。它已经成为上海当之无愧的新地标,它的高度也代表了中国建筑技术的最新高度。

上海中心大厦将金茂大厦和世界金融中心有机结合,形成上海浦东的天际线。这座闪亮的建筑能容纳40,000人和2,000辆汽车,是一座当之无愧的“垂直城市”。它已经引起了全世界的注意,但是它最大的困难来自人们看不见的地方--地下几十米深。

如何在“沙滩”上建造摩天大楼?

上海也被称为“上海海滩”。几千年前,这里曾经是中国东海的一部分,土地是随着长江的影响而形成的。但是这样的土地不是由稳定的土壤和坚硬的岩石组成的,而是由充满水的沙子组成的。

想象一下,如果我们粗心大意,我们走在沙滩上,在沙滩上滑倒。上海中心大厦的总重量达到80万吨,甚至超过了世界金融中心和金茂大厦的总重量。如果你想让这样的建筑屹立在上海海滩上,无论台风、地震或多年的侵蚀,它都不会倒塌、不会歪斜,甚至一点也抵消不了。技术难度是可以想象的。

此外,上海中心大厦旁边有许多摩天大楼。这些摩天大楼都很大。它们有些轻,有些重,有些大,有些小,它们相互影响,这使得土层中的应力情况非常复杂。任何粗心的设计或建筑都会扭曲建筑——就像比萨斜塔一样。它不仅被摧毁了,而且周围的建筑也遭受了损失。

著名的比萨斜塔因土层软弱而倾斜,这对于上海中心大厦来说显然是不可容忍的。互联网上的图片

桩筏基础——像钢钉一样锁住土层

为了处理这种复杂的土层,工程师们采用了技术难度较高的桩筏基础。所谓桩筏基础,就是先将几十米深的桩打入土层,然后在其上浇筑一层厚的筏形底板。即使土层很弱,几十米长的桩也会像钢钉一样紧紧地锁住土层来固定建筑物。如果在上面放一块又厚又硬的木筏板,整栋建筑就会稳定下来。

俯瞰上海中心大厦建筑工地

对于上海中心大厦来说,筏板的厚度已经达到了6米,相当于一栋两层楼的高度,里面全是钢筋混凝土!

桩筏基础最大限度地依靠打入土中的深桩和顶部筏板的合力来保证稳定性。这张照片来自互联网。

如何在大体积浇筑混凝土时治愈“癌症”成为一个难题?

能够浇筑这么大体积的混凝土,还要保证它不开裂,强度均匀,这是世界著名的工程问题。坦率地说,恐怕只有中国工程师有系统而熟练地处理这个问题的经验。那么,为什么浇注大体积地板如此困难呢?

答案很简单:热膨胀,冷收缩。在混凝土由软变硬的过程中,会释放出大量的热量。如果是在普通建筑中,混凝土的体积很小,热量就会随风而逝,这不会对建筑的安全构成威胁。然而,对于6米厚的地板来说,热量是无法散发的,它会储存在混凝土中,将温度提高到80度。煎鸡蛋只需几分钟。

只要气温上升,问题仍然很小。但是当温度上升时,它总是会散发出来。表面温度降低,表面混凝土收缩。里面的温度仍然很高,里面的混凝土仍然在膨胀。混凝土是一种能抵抗压力和张力的材料,能支撑1000磅,但它最害怕被人“拉”。这种膨胀和收缩,混凝土在张力作用下,会发生裂缝。随着裂缝、有害二氧化碳、水和许多有害离子从外面进入混凝土,这座建筑将很快死去!

混凝土中的裂缝就像混凝土的癌症。如果这些问题得不到妥善解决,后果将不堪设想。这张照片来自互联网。

每秒钟需要浇注一头牛重的混凝土!

为了控制这个问题,工程师们设计了复杂的浇注步骤。这项技术的核心是在60小时内浇注整个底板!这意味着每秒钟会有一头牛的重量的混凝土倒在地板上。过程中的任何错误都会导致整个“战役”的失败。

为了“赢得这场战斗”,上海动员了全市80%的搅拌车将混凝土从全市搅拌站运送到施工现场。经过60个小时的连续工作,前所未有的大型楼板浇注成功了,这是只有中国工程师才能做到的。

混凝土地面浇筑现场。互联网上的图片

据说“吉他拨片”设计+双层玻璃幕墙能够抵御15级的台风。

从顶部看,上海中心大厦的形状像吉他拨片。随着高度的增加,每层地板都会扭曲近1度。这种设计可以延迟风流。当风包围建筑物时,会形成旋涡脱落效应,导致摩天大楼剧烈摇晃。缩尺模型风洞试验表明,外形设计可使侧向力减小24%,这对于经常遭受台风考验的上海建筑非常重要。

上海中心大厦创造性地使用了双层玻璃幕墙。内层是圆形的,外层是圆形和三角形的。这个设计非常漂亮。这是世界上第一次在超高层建筑中安装14万平方米的柔性幕墙。难度系数是世界上最高的。但是它的功能不仅仅是美丽的。除了挡风遮雨、保温隔热、降低能耗之外,还有一项更重要的任务:确保建筑内24个空中花园的运行。这些空中花园必须能够接收外部阳光,并与恶劣天气隔离开来。很难实施它们。

上海中心大厦的外幕墙采用120度旋转和向上分离设计,形成一个“V”形导风板,可以分流部分风力,使整个建筑能够承受每秒50米以上的风速,相当于抵御15级台风。

“绿色旅行”——不能完成建筑中的一切

上海中心大厦是上海最高的建筑,但是工程师们不仅仅是在寻找高度。上海中心大厦应该是一个巨大的综合体和微生态智能城市。它包括四个核心内容:垂直社区、绿色社区、文化社区和智能社区。其中,绿色社区的理念是上海中心大厦的核心。

绿色首先体现在节约土地资源上。在30,000平方米的土地上建造570,000平方米的建筑物可用作农田和植树造林。一栋大楼里有旅馆、商业区、办公楼,甚至还有24个空中花园。无论是商务还是休闲,人们几乎可以在不离开大楼的情况下完成他们需要的一切,从而直接减轻城市交通的压力。

垂直城市节省了大量的土地和运输成本,这本身就意味着环境保护。这张照片来自互联网。

雨水收集系统-上海多雨,所以建筑物的屋顶和周围表面都装有雨水收集系统。经过处理后,水变成“再生水”,可用于浇灌绿化、冲洗厕所和清洁地板。用水量已达到该建筑总用水量的25%。

风力发电——上海仍然有风,所以风力发电也安装在上海中心大厦,有效地利用上海上空600米的“恶魔风”造福居民。

地源热泵——建筑夏季也使用地源热泵来冷却建筑,冬季使用地下恒温来温暖建筑。

建筑功能分区示意图。不同地区不依赖外部交通来相互通信,这是有效的。

交通压力减轻了。这张照片是从丁解民拍的。上海中心大厦绿色结构设计关键技术

浦东的地平线,互联网上的照片

上海中心大厦是上海最高的摩天大楼,它与金茂大厦和世界金融中心形成了一个和谐的超高层综合体,在小刘家嘴中心区形成了一个新的天际线。

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