超高层建筑10大技术难点及应对措施

超高层建筑的十大技术难点和对策包括施工、结构、机电、消防等理论和经验分析表明，一般在40层(约150米)左右，是超高层建筑设计的敏感高度(建筑物的长尺度特性引起建筑设计概念的变化)，这一变化必须为建筑师提供有效的设计对策，调整设计观念，应用合适的建筑技术。摩天大楼就像所立的街道一样，存在着安全、内部交通、环境、能源消耗等多种问题，发展得越高，安全性、耐久性、舒适性等问题就越多，结构、建筑、电气机械、暖气、电梯等专业要求就越高结构系统的难点1由于超高层建筑结构的特殊性，建筑内部梁柱是不可避免的存在，在结构设计中必须考虑异形柱的使用。 特别是超高层住宅户型设计，充分考虑梁柱的影响、避免和利用是设计的难点。关于结构设计，根据建筑使用功能的要求、建筑高度的差异和建筑工地抗震设计的震度，以经济、合理、安全、可靠的设计原则，选择相应的结构体系，一般分为六种：框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、框架-筒结构90年代以来，除上述结构体系得到广泛应用外，多筒体结构、带加强层的框架筒体结构、连体结构、巨大结构、悬垂结构、错误结构等也逐渐在工程中被采用。进入90年代以来，随着我国钢材产量的增加，采用了钢结构、钢-混凝土的混合结构。 例如，金茂大厦、地王大厦都是钢-混凝土混合结构。 另外，型钢混凝土结构和钢管混凝土结构也广泛应用于高层建筑。 高层建筑结构采用的混凝土强度等级不断提高，从C30发展到C60和更高的等级。 预应力混凝土结构广泛应用于高层建筑的梁、板结构。 钢材的强度等级也在不断提高。高层和超高层建筑在结构设计中除了采用钢筋混凝土结构(符号RC )外，还采用型钢混凝土结构(符号SRC )、钢管混凝土结构(符号CFS )和全钢结构(符号s或SS )。建筑物高度100m，柱网8.4m，抗震补强度6度，采用框-剪力壁和框-筒结构体系经济，该结构体系的剪力壁和筒体是非常好的耐侧力部件，经常承受大部分风荷载和地震荷载引起的水平侧力，整体刚性大，横向移动小，玻璃渣超高层建筑的地板和屋顶具有较大的平面刚性，是垂直钢柱和剪力墙或筒体的平面反作用力构件，同时钢柱和各垂直构件(剪力墙或筒体)发挥变形协调作用。一般的钢结构建筑物的地板和屋顶用压延的冲压钢板加固钢筋混凝土(简称钢承混凝土)的地板和屋顶，厚度一般在150mm以上。 目前，在设计钢承混凝土地板和屋顶时，没有考虑到钢承混凝土地板和屋顶和钢梁的共同作用。 主要是不理解板底呈波形的计算原理，或考虑到计算麻烦，用平板计算不安全，钢梁的使用钢量增加了。如果采用钢梁和钢承混凝土地板的共同作用，简称MST组合梁，计算正确，配筋合理，栓钉可靠，就可以节省约20%的楼层和屋顶钢梁使用钢量，不需要稳定地管理钢梁。“第三届高层和超高层建筑论坛”将于2017年8月2426日在沈阳隆重举行，这次论坛专业有傅学怡、李霆、出剑、林冰、令狐延、朱建潮、周健、刘鹏、许立山、苏亚武、唐世宇、潘春龙、李胜兵、黄勇等垂直交通设计难点2高层建筑核心筒的设计需要平衡采光、节能、维护方便、减少摊位、上下统一不同行业核心筒等多种要求，是建筑设计的难点之一。高层建筑和其他建筑最大的区别在于，垂直交通和管道设备集中，在结构体系中有着重要的作用。 这个“核”也确实对形态构成很重要，决定着高层建筑的空间构成模式。随着高层建筑建设的发展、高度的增加和技术的进步，在高层建筑的设计过程中，中央核心筒的“核心”空间构成模式逐渐进化。1 .核心式：中央核心筒布局在建筑处理中，为了尽量以广阔的使用空间为目标，把电梯、楼梯、设备用的房间和厕所、茶炉间等服务用的房间集中在平面的中央，要求功能空间占据最佳采光位置，视线好，交通方便。 在结构方面，随着筒体结构概念的出现、高度的增加，为了受到剪切力和扭转阻力，希望刚性更高的筒。在建筑物的中央部分，利用有意识地固定了它们的功能的服务室的包围结构，形成中央的中心筒，筒体位于几何位置的中心，可以使建筑物的质量的重心、刚性的中心与型体的中心三心一致，更有利于结构的受力和抗震性。这个“内核”的空间构成模式经过长期的实践验证，具有结构合理、易用性和成本比较便宜的优点，很快就成为高层建筑中最受欢迎的空间配置形式。中央配置有核心筒的筒体周围的房间需要人工采光和机械通风，总是令人不舒服，而“核心”式的配置形式及其变种在数量上占了压倒性优势，许多著名的超高层办公楼也采用了这种形式。 但是，作为超高层住宅建筑，这种核心的布局有很多不便之处。2 .外核式：两侧外核筒布局随着时代的发展、技术的进步，人们随着建筑需求的变化和设计方面的重点差异，开始挑战以中央核心筒为主流的高层建筑“核心”的空间构成模式。第一次变革主要是造型需求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。 两侧外核心筒的布局不仅有利于避难，也给高层建筑的外观造型带来了很大的变化。 贝聿铭设计的新加坡“华侨银行中心”和日建设计的日本“IBM总公司大楼”等是当时流行的两侧核设计手法的代表。3 .多核式：分散多个核心的布局第二次变革最初给核心筒提出革命性的建议是设备的专业，他们认为，随着建设设备的增加和复杂化，把设备用的房间和配管井与核心筒分离，有可能对管理和修理更有利。 80年代以来，智能建筑的普及和电信设施的增加，在高层建筑中大量应用了计算机和电信设备，在更多的建筑完成后，也频繁地改造了布线系统，增加了新的设备。 智能办公楼的光缆和计算机网络的管道井、接线箱、中继装置等，各层必须设置3处以上，才是不合理的。 因此，在建筑上，为了满足机电设备频繁变动的需要，将“核”分散化，将多个设备用的房间和配管井分开，使局部的变更变得容易。对于构造专家来说，强化建筑周边的刚性对地震对高层建筑的破坏也是有效的，所以如果在周边分散配置垂直交通和设备用住宅等，肯定对构造抗震也有利。 同时，这种分散的多个外核空间结构模型也正好适用于新兴的巨大框架结构，使该结构体系中的巨大支柱具有使用功能。 其中最典型的例子是丹下健三设计的日本“东京都新都厅”。从建筑设计的角度看，核的移动、垂直交通、服务室和管井分布在建筑物的周边，高层建筑的空间构成模式和立面造型的变化也是革命性的。 它不仅适应了其他专业需求，而且有利于避难，创造了更大的使用空间，释放了高层建筑的底部。 这种空间构成模型所具有的灵活性和先进性，很快被建议技术表现的欧洲建筑师们发现，并创造性地应用于他们的作品中。 罗杰斯设计的英国“伦敦劳埃德大厦”、88木街办公大楼和福斯特设计的“香港汇丰银行”等是分散型核心鼓的杰作，从内部空间到外部立面，都与中央核心鼓的高层建筑相差很远。另外，在规模较小的高层建筑中，近年来出现了核和主要使用空间分离的现象，垂直交通、服务用住宅和设备配管井分别独立，与建筑主体分离。 主要使用空间更完整，面向外侧，核与主要使用空间之间在连廊相接。 从结构的角度看，核的刚性大，主体柔软，两部分分别工作，受力合理经济。 当然，连接部分的设计是这种高层建筑设计的重点，但这种设计方式对建筑外观的变化引起了建筑师们的关注，很快就在欧洲和日本流行起来。 德国汉诺威建筑博览会管理办公楼、艾森豪威公司办公楼、日本东京的东急南大井大楼和大坂的凯恩斯总部办公楼。核和主要使用空间的分散和分离可以直接对楼梯间和厕所等进行自然采光通风，节省能源，省去消防所需的加压送风设备，符合低功耗、可循环的现代设计原则。 因此，近年来，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，不仅楼梯和厕所等都是对外的，电梯筒壁也是有目的地用于遮挡阳光的，可以说是“分散外核空间构成模式的生态设计方式”。 “吉隆坡广场大楼”及其最新设计的“新加坡展览大楼”反映了这一设计的特征。 另一位欧洲建筑师赫尔佐克设计的上述德国汉诺威建筑博览会管理办公楼也因其生态观念而受到称赞。电梯难点3在超高层建筑中，快速、高效、平稳的垂直服务是难点之一。电梯作为一种垂直交通工具，其数量配置、控制方式及相关参数的选定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% )，还影响建筑物的使用安全和经营服务的质量。 在建筑物内，适当地选择电梯的台数、容量、运行速度、控制方式是很重要的，但是建筑物内的电梯如果选定设置使用，则成为几乎永久的事实，今后增加和改造变得困难是不可能的，所以在设计中，在设计开始时应该充分重视电梯的配置。现代超高层建筑多超过60层，建筑内人口众多，纵向交通主要依赖电梯，有效地设计超高层建筑电梯的关键是利用各种局部电梯提供服务，组织局部区域电梯系统。 通往这些局部地区的服务是从地面起点到局部地区空乘处的快速往返电梯，乘客到空乘处后换乘区间电梯。 为了能最快地把乘客输送到目的地，一般建筑物每隔3035层成为局部区域。由于高层建筑采用多台阶系统，采用微机电梯控制系统，用计算机控制系统及时处理大量信息，判断各站台的呼叫信息和各电梯的位置、方向、开闭状态、轿内呼叫等各种状态，提高运输能力，提高服务质量电力供应的安全性和稳定性的难点4作为高层建筑，安全性必然应该特别注意电力供给系统的设计，其次是电力供给的可靠性。 配电系统的设计需要考虑多电路供电和备用发电机组的配置。 因为超高层建筑的高度，配电室设置在塔的中央层，可以考虑减少低压配电的损失。 备用柴油发电机设在地下楼层，供电电压采用10千伏输出，通过变压器降压到低压配电，保证给塔高层配电。在超高层建筑的配电系统中，供电距离、电缆长度、电缆大小的适当调整、设置时的施工技术也是课题之一。 由于超高层面积大，楼层多，自然会发生远距离供电的问题，所以备用电源可以考虑用高压发电机发电，解决了这个问题。另外需要特别注意的是，如果摩天大楼遭受强风的话，有可能会发生左右摇晃。 由于超高层建筑物有一定的摇晃，在上升干线的设计上，考虑把电缆连接到铜母布线槽上进行配电，在超高层建筑物摇晃时降低了铜母布线槽布线部件的位置上拉压力，减少了故障和维护的机会，相对增加了主干系统的寿命。还要考虑建设后业主的使用方便性，电气设备的空间配置需要可调整的空间。 作为摩天大楼，楼层多，机电面的设备当然也多，为了让业主获得更多的使用空间，在配置电缆和竖井方面，要尽可能减少竖井转换和竖井缩小等占有空间，为业主提供更多的空间。消防难点5消防难点：超高层建筑根据其特殊结构和功能要求，内部火灾负荷大，火势蔓延快，人员避难困难，救援困难，形成重大火灾的危险大。 2009年2月，中央电视台新地的附属文化中心火灾一样，造成了伤亡和财产损失。消防设计要点：防火-控制火-耐火在防火、建筑施工中使用防火材料、防火部件、防火配件，在装修施工中使用不燃性、阻燃性建筑材料，在容易燃烧的地方加强通风，设置防爆电气，使用不燃性的地面等。控制火，一是在初期阶段控制火灾，设置火灾自动报警、自动灭火系统，进行早期检测和早期救助，二是把火灾控制在狭小的范围内，与建筑物平面垂直地分开防火区和防烟区，在建筑物之间保留适当的防火安全距离，火灾蔓延规则加强耐火、建筑结构构件的耐火稳定性，避免火灾中发生故障。测定难点6超高层建筑一般由超高层塔和多层地下室构成，工程测量困难，工程测量错误的话，损害很严重，而修复困难，工程测量是超高层建筑的重点、难点。 侧方风影响难点7高层、超高层建筑必须承受横向风力，一般来说，在通常的风压状态下，距地面的高度为10m，风速为5m/s的话，90m上空的风速就能达到15m/s。 达到300-400m时，风力会进一步增强，风速达到30m/s以上时，摩天大楼的摇晃会加剧。 大楼的这种摇晃，首先考虑到对电梯的影响，电梯被视为超高层建筑的“生命线”。 电梯在高速运行的同时，如果大楼的摇晃超过了一定的大小，电梯的绳索就会因那时的松弛力的不均衡而受到损害，成为危险。烟囱效果的难点8冬天，气温低的情况下，低层(特别是大厅)和地下室的冷气侵入电梯井，烟囱效果形成强气流，电梯关不上。 并且，把底层的气味带到上层，厨房的气味，油烟的气味等，这种情况下，如果在底层和地下室有电焊操作和气体泄漏，就有可能把火源带到上层，极其危险。 另外，由于轿厢和井壁之间的间隙小，电梯移动时，在金茂大楼也能看到因气流摩擦而产生啸叫的现象。 现在，这是一个国际难题，现在找不到好的解决方法。管理保养问题的难点9在摩天大楼里，发生过切断电源、冲水的事故。 在管理方面，除了制定预案、防止事故发生、建立备用系统以外，是否有人理解事故发生后如何应急处理、整体、理解本系统的所有细节很重要。 上海金茂大厦的管理层很遗憾没有人掌握这座建筑物的14000多个阀门。 擦玻璃也是管理这些巨大的东西的问题。 金茂大楼的幕墙有10.l8万平方米，据说两台擦窗机连续工作，一年就能擦拭所有的玻璃。 而且，建筑物外形的凹凸起