阿布扎比首都塔.doc

广东技术师范学院天 河 学 院土木工程鉴赏报告题目： 阿布扎比斜塔 系 别： 建筑工程系 班 级： 本土木083 姓 名： 许伟成 学 号： 21号 指导教师： 陈铃培 日 期： 2011年 6 月 目录一 工程建筑概况二 工程的独特之处和创新之处三 工程的设计理念和考虑因素四 工程在施工中所遇到的问题和解决办法五 工程对新工艺和新材料的应用六主要参考文献阿布扎比斜塔首都门鉴赏报告一工程建筑概况迪拜以大胆工程著称，工程难度在阿联酋堪称第一，但如今，临近的城市阿布扎比可能一举后来居上。首都门，地球上斜度最大的摩天大楼，比起意大利的比萨斜塔超出近4倍。首都门位于西亚国家阿联酋首都阿布扎比， “首都门”，全称：“首都门”饭店大厦（Capital Gate tower），由建筑师事务所RMJM 设计。“首都门”占地总面积为5万2000平方米，顶楼将建为五星级饭店。为了让这座建筑能够承受倾斜所造成的重力、风力压力和地震压力，整座斜塔建造在密集的网状钢筋之上，光是地基就打了490个地桩，深度达到地面以下30米。另外，为了搭配出塔楼弯曲的形状，728块菱状玻璃面板上的每一片玻璃都不大相同，摆放的角度也不一样。可以说，“首都门”无论在建筑美学还是建筑工学上都是非凡作品。“首都门”预计将在2010年底完工，届时将成为阿布扎比另一个夺目的城市地标。二 工程的独特之处和创新之处 首都门刻意设计成倾斜的建筑物，跟比萨斜塔随着年月逐渐斜歪不同。它由地面至十二楼都是垂直的，十二楼以上逐渐向西倾斜，倾斜度达十八度，比起比萨斜塔的倾斜度多逾四倍。如此特别的设计令它成为阿布扎比新地标。三 工程的设计理念和考虑因素座落在波斯湾岸边的正是阿布扎比酋长国，统治者谢赫想打造一座建筑奇景，讲立刻成为在不扎比的国际象征，就如帆船酒店之于杜拜一样，而这，意味着需要寻找非比寻常的工程设计，且有可能重写摩天大楼的建筑规则。谢赫苏丹请了一支建筑团队，提出清楚的设计宗旨：无须在量体和高度上突破，而要挑战建筑学的规则，而对于所有的建筑师而言，这是绝无仅有的机会和挑战。他们从阿布扎比的景致寻找到灵感，就在迎风的沙丘和波斯湾起伏的浪潮间，采用风和水的概念，而两者都是动态的大自然流畅的节奏。设计团队提出一个非比寻常的设计，塔楼从地面旋转上升160公尺，灵感来自沙漠的旋风，和沙漠边缘拍案的海浪。这栋抵抗重力的摩天大楼，比起意大利比萨斜塔斜度多了近5倍，这栋大楼每个角度各有不同，注定让人看得目瞪口呆，且这样的建筑会在你看之后两秒钟就会产生第一印象。四 工程在施工中所遇到的问题和解决办法这样的一栋摩天大楼确实是空前的尝试，这栋建筑的造型非常夸张，要怎么才能盖起来呢，要把首都门抵抗重力的设计化为实体，需要别出心裁的工程设计，而挑战和遇到的困难从第一天就开始了。顶楼从底部向悬挑了33公尺，由此而形成可巨大的力矩，而这巨大的拉力很有可能将大楼的地基从地底剥离出来。要首都门屹立不倒是一项艰巨的工程学挑战，不能只靠一个解决方法来克服地心引力需要的种种首创先河的技术，但首先要把地基打入地底深处，大楼的一侧的重量深入地底深处，大楼的一边的重量会被抽离地底，这是因为大楼巨大的悬挑。而解决方案要动用四百跟混凝土基桩，以两种不同方式运作，在大楼倾斜的这一侧，半数基桩把悬挑的力道推入地底，而在另一边，剩余的基桩锚固在更深的岩床里，抵抗可能将大楼从地面扭脱的张力。最后，为了把首都门的力道平均分配到每根基桩上，在顶上铺一层深厚的钢筋混凝土板。地基只是这座工程的第一个难题，由于斜度相当大，施工方法必须和传统摩天大楼大相径庭。正常的摩天大楼需要坚固的核心使大楼矗立，但以首都门的弧度标准，核心只会断裂倾覆。正常的摩天大楼的正中央是细长的垂直核心，帮忙讲大楼的重量传送到地底，这栋大楼悬挑的部分很大，因此传统的核心行不通，根本不能盖直立的核心，因为不够坚固。首都门的设计讲迫使传统核心产生危险的弯曲，巨大悬挑的牵引力不断拉张一边的核心，最后导致混凝土的裂开。结果，工程师们研发了两个破天荒的解决方案，他们的计划是首先要打造弯曲的核心，弯曲的方向和大楼倾斜的方向相反，当大楼越盖越高，他的重量会把核心拉直，原本被悬挑的牵引力拉张的混凝土，如今已被压实和加固。先盖弯曲的核心，然后再较高的楼层加上厚板，把核心拉回垂直状态，基本上整座垂直核心处于手拉状态，因而具有莫大的强度。这时另外一个问题又出现了，阿布扎比白天气温高达50摄氏度，完全不适合灌混凝土，因为混凝土这这种气温下干燥得太快，可能有裂缝。为了以适当的速度凝固，钢筋在白天安装，混凝土在凉爽的夜里浇灌。当核心越盖越高，液态的混凝土泵送的距离也越来越远。每一批混凝土的稠度，要先做坍落度试验检查，确保不会塞住输送管。一看到车子里流出的混凝土，通常看得出拌合料是稠密还是松散，坍落度试验其实就是测试这一点，只要把混凝土堆成圆锥状把坍落度筒拿起，看高度降低多少就清楚坍落度是多少。但打造弯曲的核心，在其中填充钢筋，仍然不足以阻止地心引力推到首都门，工程师们想出了后张法的解决方案，在核心墙填入更多大钢筋，然后再利用张拉过程，基本上是把高抗拉钢纹线插入核心墙中央，到了指定高度，只要施加张力。其实就是拉张贯穿核心墙的钢腱，实际上是把钢筋拉紧。这是由一台拉力机负责，事实上一旦钢腱完全拉紧，当荷载施加在核心上，核心依然毫发无伤，而且外加的钢筋可防止核心倒塌，为了后张核心，吧146条钢腱垂直穿过混凝土，每一条长20公尺，有五层楼那么长，钢腱彼此重叠以达到最大强度，当钢腱被拉张，应力抵消了巨大的悬挑形成的牵引力，防止混凝土断裂。现阶段超高层建筑外墙，玻璃幕墙是首选，但依照这栋抵抗力建筑的设计，立面也需要革命性的工程设计。首都门倾斜的弧形构造镶嵌玻璃是个大问题，如果用弧形的玻璃覆盖大楼罕见的轮廓，势必将极大的超出预算，所以要包裹大楼的弧形，必须设法采用具有成本效益的扁平玻璃板。而幸好，古希腊的几何学派上了用场：要用直线仿真弧形唯一的办法是用三角形。三角形玻璃板可以随三条轴线转动，一旦衔接起来可以覆盖复杂的几何表面。解决了外墙问题，另外一个问题又冒出来了：为了赋予首都门的五星级旅馆旅馆大厅令人惊艳的元素，建筑师们打算盖一座无边际泳池和一家餐厅悬挂在一百公尺的空中，这个设计需要一个两层楼的扩建物，靠隐形的支撑物悬挂空中，但光是游泳池里的水就重达150吨，结构物的块体巨大因此必须要强化。而这栋大楼盖不出用以支撑如此重量的悬臂，解决的方法唯有用钢支架从下方支撑这个设计，而支架会把荷载传送回大楼。这些衔接物背后的概念，是要宛如能在水上行走的昆虫，本身能够轻盈靠表面的张力留在水面上，因此这些小托架把所有重量的力道分散。因为首都门独特的造型，导致中部以上悬挑结构越高上半部楼层的重量就越伤脑筋，所以摩天大楼必须要减重。这次建筑师想出了一个巧妙的解决方案：就是内部巨大的中庭。中庭想个采光井把天空的光线引进大楼深处，中庭的深度超过半栋大楼，因此底部非常非常的小，然后宛如一个大漏斗张开，这个深邃的开口有助于减轻重量，把力道降到最低。但中庭的设计是一把双刃剑，因为荷载是靠楼板传给核心，但楼板却有一个贯穿十八层的大洞。一般来说，楼板上最好不要有开口，且最好有多一点的钢筋混凝土来转移荷载，但首都门的设计使得工程师只能想新的奇招转移这些力道，而这个全新的奇招就是比照外部的斜交格构在内部再弄一套，这个内部斜交格构是结构体的重要部分，这个漏斗形的内部骨架把一栋18层的建筑的力道传送到逐渐变细的底部再进入核心，但漏斗形结构最底部这么小的面积却难以承受如此巨大的荷载。为了避免中庭贯穿核心墙，混凝土需要加以保护，而解决之道，是把六大片钢板衔接装置固定在核心墙上，这些衔接装置是很精巧的工程设计，有八公尺高，跨越两个楼层，再衔接到核心。作为一名建筑工程师，在施工过程中最不想遇到的事情中，修改设计肯定是名列前几位的，而在首都门的施工过程中也遇到了这件事。追加一个直升机停机坪，咋听之下似乎不算什么，作为全球最富有的地区，作为阿布扎比最高的地方，有停机坪是应该的，但这背后其实产生了两个严重的问题，第一，停机坪的重量并不轻，这产生的新力道必须由早已拉紧的核心所吸收，很可能造成结构的损坏；第二，难以预测的风流会造成致命的飞行条件，因为有一种东西叫风切，它可以影响直升机螺旋桨的浮力，飞机可能被吹离航道，或名副其实的从天而降。作为一栋地标性建筑，安全上绝对不容丝毫误差，而要预测大楼顶端的风切效应，唯一的办法就是风洞模拟。而测试结果表明风切的存在，而更严重的是吹向停机坪的风不但让停机坪形成一个乱流区，更形成了巨大的吸力，力量大约相当于七辆大卡车试图把整个停机坪拉开。为了维护停机坪安全，建筑师违背传统思考模式，把停机坪的高度降低为楼顶上方两公尺，这个设计虽然可能不是最好，但大幅降低了风切的威胁，同时让首都门的核心也能耐得住额外的荷载。五 工程对新工艺和新材料的应用打造核心用的是滑升模施工法。滑升模板法施工具有施工进度快，混凝土质量好，安全可靠等优点，故广泛应用于高墩台，桥塔的施工。施工方法是先组装一个稠密的钢筋网结构，再用模子包围钢筋，塑造出核心的形状，再把钢筋网注满混凝土，然后把模子或升模顺着核心墙上升，接着整个过程重来一次，滑升模式一种液压式平台，只要通过四公尺高的一层楼，就把平台扣在滑道上，用液压式千斤顶滑升到下一个楼层，被拉直的核心变得更为坚固。根据设计的要求，首都门需要一座弧形的倾斜外部构架，但大楼的剧烈斜度再度形成棘手难题。依照设计图，构架必须细薄，而尽量增加楼面面积，也能安装大片全景视野窗，但构架细薄必然影响其受力。没想到卑微的小鸡竟帮忙解决了这个工程难题。基本上，大楼外部结构的外皮和鸡蛋大同小异，鸡蛋能承受巨大的荷载，是因为它把力道透过蛋壳往下平均分配，这表示外壳可以纤薄，从而创造更大的内部空间。首都门当然不能用蛋壳传送力道，但可以运用蛋壳的原理，采用斜交格构，斜交格构是巨大的钢筋网，包裹着大楼核心，钢梁衔接到一个结点或结合点，形成一个十字行组件，把720个形状独特的组件衔接起来，形成的纤薄但又无比坚固的斜交格构，这些十字形组件一起把力道