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广深第一高楼PK

[发布日期:2014-10-27 11:18:38]

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平安中心

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广州东塔

  明日,广州周大福金融中心(以下简称广州东塔)即将封顶,高度为530米,超过广州原第一高楼—广州西塔430米的高度,成为名副其实的广州第一高楼。10月13日,在建的深圳平安金融中心(以下简称平安中心)高度也超过500米,成为深圳第一个超过500米的高楼,年底118层主体结构将封顶。

  广深两地摩天大楼你追我赶,高度不断刷新。而2001年的“9.11”事件后,高楼安全备受关注,超高层建筑技术研究也进入新阶段。振动工程学会随机振动专业委员会理事、中国建筑学会抗震防灾分会结构减震控制专业委员会委员、哈尔滨工业大学深圳研究生院土木工程学科肖仪清教授认为,高楼安全问题主要有3个:首先是抗延续性倒塌,也就是世贸大楼遇到的问题,其次是抗地震,三是抗台风。

  其中,如何控制楼体在强风中的摆动幅度,是位于多台风广深地区摩天大楼设计者要着重考虑的问题。摩天大楼在风中既不能不晃(否则容易折断),也不能摆动幅度过大;既要考虑到结构所能承受的最大摆动幅度,更要考虑人在楼里的舒适度。

  受访专家普遍认为,高层建筑是最安全的建筑,越是高层建筑,抗震和抗风技术就越好。例如在建的广州东塔和平安中心,抗震设防烈度均为8度,也可抵抗100年一遇的风荷载。肖仪清的课题组对深圳的高楼进行了风环境与结构风效应的观测研究,根据这几年对深圳京基100的观测结果显示,高楼抗台风能力基本没问题,原先准备的两个重达600吨的阻尼器虽为全国最大,但至今没有用上。

  和防震防风技术相比,高层建筑在防火方面受到更多限制。有专家认为,目前的研究成果尚不能满足超高层建筑结构抗火设计的需要,只能通过增强预警、增加自动灭火措施以及设置避难层来应对。



  技术对比

  平安中心
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  周边环境

  所处位置决定了地基施工的难度,处于深圳福田中心区,周边高楼林立管线密布,北侧最近处离地铁构筑物不足2米,东侧紧邻广深港高铁。

  地基

  8根钢柱入花岗岩 与地壳连体

  外框8根巨型钢骨柱采用超大型直径人工挖孔桩,直径达8米,深度均超过30米,最深离地面近70米,全部入微风化花岗岩超过0 .5米,直接连到岩石层,使大楼就像跟地壳长成一体,确保稳固。中心核心筒下16个桩基直径也达到5.7米,属国内外罕见。

  整幢大楼所用钢材总重达10万吨,超高层建筑太重不经济、太轻又不稳,所以400米以上高楼一般不会采用纯钢结构,而是钢结构加混凝土,该楼总重达3000万吨。另外钢结构在500-600℃的温度下就会变软,失去稳定性,纯钢结构的美国世贸大厦正是因此垮塌。

  楼体结构

  8根巨柱+7根腰带

  外框由8根巨型钢骨混凝土柱组成,被誉为8根“定楼神针”,巨柱最大截面长5.5米、宽2.3米,580米高,最大重量的单节巨柱达115吨。

  外框还均匀分布7道桁架加强层,桁架层对加强结构强度具有很重要的作用,桁架层中的伸臂结构是连接外框和内筒的重要构件,是抗侧力体系的关键部位,7道巨型斜撑和7道环带桁架被喻为7条“金腰带”。



  广州东塔
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  周边环境

  西侧是珠江新城地下空间,南侧是广州图书馆和丽思卡尔顿酒店,东侧为冼村路,附近还有地铁三号线和A PM穿过。

  地基

  采用静态爆破技术 减少对周边扰动

  为避免对地铁和周边建筑的影响,东塔地下室开挖前全部先做好支护,同时在地下岩石爆破时采取静态爆破方式,即通过人工风镐在岩石中钻孔,然后注入微量炸药,将岩石炸出缝隙后再人工开挖,这种方式和普通爆破相比耗时更长,但冲击力较小,不会对周边建筑产生破坏。

  在地下室挖至-26.7米后,施工人员将东塔的8根钢柱植入地下,巨柱最大横截面积为3.5米×5.6米,单个钢构件最重为17吨。为将这些庞然大物顺利运至施工场地,采用了号称“民用建筑塔吊之王”的M 1280D塔吊,一次可以吊起100吨。

  楼体结构

  8根巨柱+6根腰带

  东塔有两套骨架:8根巨型钢柱加6道巨型环形钢桁架是主骨架,是东塔承重的主要受力系统;双层钢板剪力墙是次骨架,帮助分担受力。这套结构系统也是目前国内400米以上超高层建筑通用的结构体系。

  8根巨型钢柱为钢柱内浇注高强度混凝土做成,中下粗上细,最高达515米,最大横截面5 .6米×3 .5米,以陆地上体型最大的大象为例,单根巨柱上可以并排站立两只成年非洲象,整根巨柱需要12个人才能围抱。

  专家点评

  建筑钢结构教育部工程研究中心主任、同济大学多高层钢结构及钢结构抗火研究室主任李国强教授:我国现在超高层建筑在中间都有一个混凝土核心筒,大大减少了抗延续性倒塌的风险。

  中国建筑科学研究院工程抗震研究所副所长杨沈教授:要想使房屋不倒塌,柱子或墙要足够结实。承担竖向荷载的叫支撑力,承担水平荷载的叫抗侧力,现在说的大部分倒塌都是水平荷载,一般抗侧力构造好,抗倒塌能力就比较好。国内的大部分高层建筑(10-30层)都是钢筋混凝土混合结构,可以说高层建筑是最安全的建筑。

  安全设计

  抗风抗震

  有阻尼器

  113层设2个阻尼器减震装置,每个重约500吨,造价达3500万元,可以抵消30%的位移。

  结合主体结构基础形式以及阻尼器,平安中心主楼抗震设防烈度为8度,结构抗震等级特一级,可以抵抗100年一遇的风荷载。

  抗风抗震

  无阻尼器

  两家风洞实验室试验显示,50年一遇台风中,东塔顶部最大位移为50至60厘米,100年一遇台风中最大位移70厘米,塔身完全安全。

  中国建筑科研院的试验显示,在烈度为7度的地震中,东塔结构保持较好完整性,塔顶最大位移幅度为50厘米到60厘米;在8度地震下,东塔结构顶部最大位移约为70厘米,整体仍能保持结构完整性,而且关键构建完好,只有轻微损坏且可以修复。

  专家点评

  建筑钢结构教育部工程研究中心主任、同济大学多高层钢结构及钢结构抗火研究室主任李国强教授:主要有两种防风技术。一种在建筑外形上,不同的建筑对风的敏感性不一样,比如在楼顶上开个洞,对减少风的影响作用很大,太规则的反而不太好,在圆形建筑上加些凹凸会更理想。另一种就是阻尼器。

  武汉大学土木建筑工程学院副教授邹良浩:根据风洞试验等模拟,在400到600米的高空,因为强风导致的建筑摇摆位移可能达到1米左右,但这种位移使人害怕却并不危险,危险的是来回猛烈晃悠的加速度。风经过不同外形的建筑,产生的荷载不一样。高层建筑外形上应该选择像广州小蛮腰或迪拜塔那样变截面的外形,比常规的矩形风荷载要小。

  中国建筑科学研究院工程抗震研究所副所长杨沈教授:越是高层建筑,它的抗震和抗风技术就越好。通过减震装备承担一部分地震作用的能量,分担了一部分侧力构件的受力,保护了侧力构件,比常规建筑物更能抗地震力或者能消耗强风作用下的振动。高层建筑的隔震技术在日本应用比较多,就是把房屋跟地基隔断,让下面的零件来承受能量,更好地保护上部建筑。

  防火设计

  7个避难层

  根据国家有关规范,平安中心各防火分区间耐火极限达到3小时,层间防火达到1.5小时。

  大楼共有7个避难层,避难区域最大面积约为930平方米;避难层一般设在桁架层内,也就是7根“金腰带”处,结构体系与材料均为特殊设计,在大楼立面上形成7道“防火墙”。

  防火设计

  6个避难层

  所有钢结构表面都涂上3-5厘米厚的防火材料,能承受3小时高温火烧。设置6层避难层,每隔12层左右就有1层,火灾发生后所有人可以在一分钟内就近疏散到避难层。

  塔顶设有可装1700立方米水的消防水池,塔身内部分布数个消防水箱,一旦发生火灾,消防水箱都可打开,水流自上而下倾泻而灭火。

  专家点评

  中国建筑科学研究院副总工程师肖从真:由于超高层建筑结构具有荷载大、构件截面大、结构体系构成复杂等特点,超高层建筑结构的耐火能力与普通建筑结构有很大不同,现在有关结构耐火的研究成果尚不能满足超高层建筑结构抗火设计的需要。

  抗火难题的一部分来自人员疏散困难。超高建筑有疏散楼梯,但靠人跑下来不现实,600米的楼相当于两个北京香山摞在一起,体力好的年轻人从顶部跑下也要两小时。应从超高层建筑结构构件的防火性能、维护结构材料的防火性能、火灾疏散、扑救等方面全方位提升超高层建筑的防火性能。

  超高层建筑需要可以防火的消防电梯来疏散人员,但救火很难依靠不够高度的消防梯,更多要依靠使用抗火材料,防范于未“燃”。

  建筑钢结构教育部工程研究中心主任、同济大学多高层钢结构及钢结构抗火研究室主任李国强教授:高楼应对火灾,一是增强预警,增加自动灭火措施;二是要设避难层,在避难层就像躲在防空洞里一样,防火效果比较好。

 
来源:网易