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1、超高層建筑被業(yè)界稱為“垂直城市”,其功能多樣、體量大、系統(tǒng)復(fù)雜、環(huán)境影響明顯,給建筑設(shè)計和運(yùn)營管理帶來極大挑戰(zhàn)。 人類建造超高樓的歷史,可以追溯到1909年,美國紐約大都會人壽保險大樓主體50層,樓高213.4米,成為人類歷史上第一座200米以上的大樓。之后,這個紀(jì)錄一次又一次被打破。數(shù)字也從200米攀升至千米。 2月27日,英國每日郵報報道,沙特阿拉伯將建造一棟高達(dá)3000英尺(914米)的未來摩天大樓。這棟名為王國高樓的建筑將在吉達(dá)建造,但目前仍存在很多需要克服的巨大挑戰(zhàn),包括如何建造高聳入云的電梯和減少整體的重量。 報道稱,研發(fā)者已經(jīng)證實(shí)高級建造科技服務(wù)公司(ACTS)已經(jīng)開始調(diào)查建造這2、棟摩天大樓所需要的材料。據(jù)稱需要100萬立方米的混凝土和8萬噸的鋼鐵。這棟建筑將成為王國城市的中心裝飾品,它將有200層樓,其中160層可用于居住,預(yù)計花費(fèi)12.3億美元,它將比迪拜的哈利法塔高173米。 但是,對于超高建筑,總有人抱著質(zhì)疑的態(tài)度。就在2012年,我國湖南省長沙市還計劃建造一座名叫“天空之城”的超高建筑,計劃高度為838米。可惜的是,就在宣布建造一個月之后,這座超高樓就因?yàn)闆]有完成相關(guān)法定的報建手續(xù),被有關(guān)部門叫停。曾有媒體稱,被叫停并不僅是因?yàn)檫@個原因,事實(shí)上,“天空之城”自醞釀階段就爭議不斷。 安全性與否、資金是否充裕、周邊配套等都讓“天空之城”陷入輿論的漩渦。 為何各地爭3、先恐后地建造世界第一高?如此超高的建筑,又有哪些 建筑難點(diǎn)? 超高層建筑設(shè)計有要求 要了解超高建筑,首先要明確超高建筑的概念。1972年8月,在 美國賓夕法尼亞州的伯利恒市召開的國際高層建筑會議上,專門討論并提出高層建筑的分類和定義,規(guī)定40層以上(高度100米以上)的為超 高層建筑。 當(dāng)樓層高度超過一定極限時,要解決的問題就比普通住宅多,首當(dāng)其沖的就是建筑材料。中國工程院院士、東方明珠塔總負(fù)責(zé)人江歡成在接受中國科學(xué)報記者采訪時表示:“隨著建筑材料的不斷進(jìn)化,建筑的高度已經(jīng)不是技術(shù)難題。不用說沙特正在建的接近1000米高度的建筑,就算是3000米高的建筑也不是沒有實(shí)現(xiàn)的可能。” 現(xiàn)代超高建筑往4、往選擇鋼材作為主材料,這是因?yàn)殇摬谋旧韽?qiáng)度高、自重輕、剛度大,而且材料勻質(zhì)性和各向同性好,屬理想彈性體,最符合一般工程力學(xué)的基本假定。再加上其材料塑性、韌性好,可有較大變形,能很好地承受動力荷載。因此,鋼材成為超高建筑的首選。 若想建高樓,地基也是重中之重,因此超高建筑的地基比普通建筑要求更高。江歡成進(jìn)一步解釋說,超高層建筑的高度和地基的寬度有恰當(dāng)?shù)谋壤?只有達(dá)到一定面積,其單位面積的負(fù)荷才能被分散,不至于承載過重的壓力。 而外部結(jié)構(gòu)卻只是對超高建筑考驗(yàn)的第一步。清華大學(xué)土木工程系教授錢稼茹在接受中國科學(xué)報記者采訪時表示,超高建筑,抗風(fēng)的難度極大,難點(diǎn)在于獲得符合實(shí)際的風(fēng)荷載,結(jié)構(gòu)如何滿足5、規(guī)范規(guī)定的舒適度要求,以及保證設(shè)備(如電梯)的正常運(yùn)行。一般來說,在正常風(fēng)壓狀態(tài)下,如果距地面高度為10米處風(fēng)速是5米/秒,那么在90米的 高空,風(fēng)速就可達(dá)到15米/秒,不難看出,風(fēng)速與高度成正比。因此當(dāng)超高建筑遭遇強(qiáng)風(fēng),那么其如何化解? 對此,江歡成告訴中國科學(xué)報記者,高層側(cè)風(fēng)對于超高建筑確實(shí)是個難題,但是因?yàn)楝F(xiàn)在鋼材質(zhì)量越來越好,而且具有一定的延展性,因此超高層建筑可以通過隨風(fēng)輕微擺動化解風(fēng)力。“住在超高層建筑中的住戶,并不會因?yàn)榇髽堑妮p微擺動感到不舒服。因?yàn)樽屓烁杏X眩暈的不是擺動幅度,而是擺動速度的加速度。”江歡成說,“至于擺動角度,這些都會在設(shè)計之初就被考慮進(jìn)去。”至于現(xiàn)代建筑中應(yīng)用最6、廣的玻璃外墻結(jié)構(gòu),江歡成則表示不會對超高建筑產(chǎn)生威脅,因?yàn)閴w與玻璃之間可以留出縫隙,為層間結(jié)構(gòu)變形留出余地。 但是對于地震這種自然災(zāi)害,專家表示目前沒有固定的解決方式。“對于位于地震區(qū)的900米高的建筑,結(jié)構(gòu)抗震是建筑面臨的巨大挑戰(zhàn)。”錢稼茹說。江歡成也認(rèn)為,地震中如何逃生是居住在超高層建筑中居民的最大難題,目前沒有更好的解決辦法,需要人們自備逃生設(shè)備。 對于人們擔(dān)心的另一項(xiàng)災(zāi)害火災(zāi),建筑師們似乎并不那么憂心。因?yàn)樵谑澜绺鞯囟加懈髯缘姆阑鹪O(shè)計規(guī)范。我國的高層建筑防火設(shè)計規(guī)范中就規(guī)定,超過100米的公共建筑應(yīng)設(shè)立避難層(間)。“火災(zāi)時, 很多人都因?yàn)槲霟煔舛旅Ｒ虼嗽趯娱g建造避難層是非常必7、要的,提供給人們相對安全的環(huán)境等待救援。”江歡成說。 距離綠色節(jié)能還有距離 超高建筑在功能上滿足了人們居住的需求,但是在環(huán)保意識提升的今天,人們對建筑的功能賦予了更多的意義節(jié)能、環(huán)保、綠色、生態(tài)。但是,超高層建筑想要滿足這些條件,似乎顯得有些力不從心。 上海市建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司教授級高工范宏武認(rèn)為,以現(xiàn)階段的節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)來評判的話,傳統(tǒng)的超高層建筑都不能滿足要求,因?yàn)檎{(diào)研結(jié)果顯示,傳統(tǒng)的超高層建筑都對城市風(fēng)、光、熱、聲等微環(huán)境造成光污染等負(fù)面影響。為維持正常運(yùn)營,其單位面積能耗是目前我國大型公共建筑(建筑面積超過2萬平米)的23倍,是一般公共建筑的410倍,這說明超高層建筑在高速發(fā)8、展的同時,也帶來了資源消耗大、環(huán)境影響大、能源消耗大的問題。因此,如果要發(fā)展超高層建筑,就必須對其實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。 超高層建筑被業(yè)界稱為“垂直城市”,其功能多樣、體量大、系統(tǒng)復(fù)雜、環(huán)境影響明顯,給建筑設(shè)計和運(yùn)營管理帶來極大挑戰(zhàn)。超高層建筑為了減輕自重,幾乎全部采用了玻璃幕墻系統(tǒng)。“而玻璃幕墻系統(tǒng)的應(yīng)用不僅對室外光環(huán)境帶來影響,也對室內(nèi)熱舒適環(huán)境造成不利影響,因此超高層建筑玻璃幕墻系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保設(shè)計是難點(diǎn)之一。”范宏武說,“而隨著建筑高度的增加,室外溫度、風(fēng)速和太陽輻射都會對建筑產(chǎn)生一定的影響,如果按照我國目前公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的熱工分區(qū)方式,一棟超高層建筑可能會涵蓋2到3個熱工分區(qū),因此9、超高層建筑的系統(tǒng) 設(shè)備如空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等設(shè)計邊界的確定就成為難點(diǎn),另外現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備的承壓能力也給超高層建筑設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計提出挑戰(zhàn)。” 不僅是樓體本身很難達(dá)到要求,它對于再生能源的利用,也缺少相應(yīng)的研究成果和設(shè)計依據(jù)。“即便是在超高層建筑頂部考慮安裝高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),也要對如何保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行進(jìn)行研究,將風(fēng)力發(fā)電機(jī)對整個建筑的安全影響降到最低。”范宏武說。 為了主動引導(dǎo)超高層建筑的可持續(xù)發(fā)展,建設(shè)部組織力量頒布實(shí)施了綠色超高層建筑評價技術(shù)細(xì)則(以下簡稱細(xì)則),希望能夠?yàn)槌邔咏ㄖ脑O(shè)計、施工與運(yùn)行提供依據(jù)。但是,范宏武認(rèn)為,僅僅依靠細(xì)則并不能完全解決超高層建筑的可持續(xù)發(fā)展問題,還需10、要進(jìn)一步針對超高層建筑加強(qiáng)研究力量,爭取盡快達(dá)成共識,完善建筑規(guī)劃、建筑設(shè)計、空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)等一系列的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,超高層建筑的可持續(xù)發(fā)展才有可能真正落地。 虛榮心作祟還是發(fā)展需要? 自超高建筑誕生的第一天,人們關(guān)于超高建筑的爭論就從未停止。破壞環(huán)境、占地面積大、光污染、舒適性等都成為超高建筑被人詬病的因素。有些專家也認(rèn)為超高層建筑只是人類追逐政績、利益的“手段”,因?yàn)樵S多超高層建筑的窗戶基本上無法打開,至于住在其中是否舒適,則是如人飲水冷暖自知了。 隨著超高建筑越來越多,世界上已有一些高樓因選址和運(yùn)營不佳而出現(xiàn)大面積空置。美國哈佛大學(xué)建筑技術(shù)教授基爾莫曾在接受英國金融時報采訪時說:“無論從城市規(guī)劃還是生態(tài)學(xué)角度看,在郊外建設(shè) 繼續(xù)閱讀