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超高层建筑设计(一)从竹子、通天塔、天空之城谈超高层建筑2014-10序毛竹我们居住的这个蓝色星球已经存在了45亿年,她孕育出来的万千物种长期一直相互依存。但只有20万年历史的人类,却快速掌控了这个星球并为所欲为,过度索取资源,打破了亿万年来的固有生态平衡。序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹序毛竹高层建筑发展竹子以及其他的植物都在以自己的方式长高。人也希望往高处走,无论学习、工作、生活,都希望有个高的起点和位置。自从人类开始盖房子,建筑就越盖越高。高层建筑发展1931年的帝国大厦高层建筑发展1974年的西尔斯大楼高层建筑发展1992年香港的中环广场高层建筑发展1996年的吉隆坡石油双塔高层建筑发展摩天大楼不只着眼于功能,更代表繁荣与权力它是财富与工业力量的象征高层建筑发展摩天大楼起源于美国,芝加哥与纽约是经典代表高层建筑发展过去的20~30年亚洲各地纷纷出现摩天大楼。近年亚洲出现许多巨型建筑与工业。高层建筑发展迪拜高层建筑发展上海高层建筑发展麦加高层建筑发展广州高层建筑发展台北高层建筑发展香港高层建筑发展世界十大高楼有9栋在亚洲,4栋在中国大陆世界摩天大楼排行排名中文名称英文名称高度楼层所在城市500米以上1哈利法塔BurjKhalifaTower828m160迪拜2上海中心大厦ShanghaiCentre632m118上海3麦加皇家钟塔饭店AbrajAlBurj601m95麦加4广州塔CantonTower600m107广州5台北101Taipei101508m101台北400米以上6上海环球金融中心InternationalTradeCentre492m101上海7环球贸易广场InternationalCommerceCentre484m118香港8双峰塔PetronasTowers452m88吉隆坡9紫峰大厦GreenlandSquareZifengTower450m89南京10西尔斯大厦SearsTower442.3m110芝加哥11京基100KingKeyFinancialCenter441.8m100深圳12金茂大厦JinMaoTower420.5m88上海13国际金融中心二期TwoInternationalFinanceCentre415.8m90香港高层建筑发展设计师的目标也越来越高台北101地产商林鸿明是台湾数一数二的成功企业家,希望能建一栋能引起全世界瞩目的建筑台北101台湾位于地震带上,在台北盆地的范围内,又有三条小断层,为了兴建台北101,这个建筑的设计必定要能防止强震的破坏。且台湾每年夏天都会受到太平洋上形成的台风影响.防震和防风是台北101两大建筑所需克服的问题台北101为了评估地震对台北101所产生的影响,地质学家陈斗生开始探查工地预定地附近的地质结构,探钻4号发现距台北101200米左右有一处10米厚的断层。依据这些资料,台湾省地震工程研究中心建立了大小不同的模型,来仿真地震发生时,大楼可能发生的情形。台北101为了增加大楼的弹性来避免强震所带来的破坏,台北101的中心是由一个外围8根钢筋的巨柱所组成。台北101但是良好的弹性,却也让大楼面临微风冲击,即有摇晃的问题。抵销风力所产生的摇晃主要设计是阻尼器,而大楼外形的锯齿状,经由风洞测试,能减少30-40%风所产生的摇晃。台北101这两种概念的集合是破天荒的:台北101打地基15个月,挖出70万吨土,基桩由382根钢筋混凝土构成。中心的巨柱为双管结构,钢外管,钢加混凝土内管,巨柱焊接花了约两年。台北101所使用的钢至少有5种,依不同部位所设计,特别调制的混凝土,比一般混疑土强度强60%,还创造了当时混凝土泵送高度的世界纪录。台北101要成为真正的地标,它必须有独特的外形。竹子象征坚强与韧性,宝塔代表沉稳。台北101花朵盛开的完美图形代表“花开富贵”,以及代表好运和发达的幸运数字“8”台北101结果就是从地面拔起的508米,101层的台北101大厦台北101TAIPEI101由李祖原建筑师设计,为世界首创的多节式摩天大楼第27层至第90层共64层中,每8层为一节,一共8节,有节节高升,花開富贵的意象。每八层所组成的倒梯形方块形状來自中国的鼎。裙楼顶楼的采光罩,外型就是中国的“如意”。为了先前“金融中心”的主题,24~27层的位置有直径近4层楼的方孔古钱币装饰。传统风格的外观台北101结构体系结构体系:巨柱、核心系统及外伸桁架梁。巨柱:自地下5层至地上90层,最大尺寸为2.4mx3m。核心系统:有16根柱子,与巨柱两者合起来形成垂直支撑架构。外伸桁架梁:每8层楼就有一个专用机械楼层,其中包含一层楼高的巨大钢制悬臂椼架(outriggertruss)。这些椼架负责连接建物中心的柱子以及外围的超大型柱子,有效地扩大建物宽度,避免倾覆台北101特殊结构外斜7°的结构,在玻璃帷幕墙使用特殊设计的框架,每八楼為一模組,能兼有支撑楼地板重量的作用,且为了应付地震与台风的搖晃,该框架具有弹性。台北101特殊结构——巨大钢制悬臂椼架台北101特殊结构台北101在结构设计上实际可承受2500年一遇的大地震,在抗风设计上则可承受相当于17级每秒60公尺以上之强烈台风。利用660吨抗风制震重球-风阻尼器,自行调整移动方向及振幅,遇风力或地震时可降低大楼摇晃程度。台北101全球最大之阻尼器为了因应高空強风及台风吹拂造成的摇晃,大楼內设置了「调谐质块阻尼器」,是在88至92楼挂置一个重达660公吨的巨大钢球,利用摆动來减缓建筑物的晃动幅度。这颗大球是由41层12.5厘米厚的实心钢板堆迭焊接而成,宛如一颗金黄色的球体,重达660吨。台北101世界第一座防震阻尼器外露於整体设计的大楼,重达660吨,在85、86、与88楼用餐可以看到这个带有装饰且外型像大圆球的阻尼器,其直径5.5米也是世界第一。台北101调制阻尼器这个大圆球会吸收大楼的振动,再将能量传递、发散到下方的弹簧系统。这是大楼安装史上最大的阻尼器,巧妙地解决了摇晃问题。像是个重达660吨的摆锤。这颗阻尼球造价400万美元,平常只会摆动个几公分。摆荡时,阻尼装置内的液体会穿过小孔,藉此消散风的能量。若是发生了大型灾难,如百年一次的超级地震或台风,阻尼球将摆荡1.5公尺,撞上一个防撞环;防撞环上另有8个的黏性缓冲器,可防止阻尼球进一步摆荡。这是第一套没有藏起来,反而融入大楼整体设计的调谐质量阻尼系统。到时到88楼与89楼用餐的顾客将可360度的全方位见到这个装饰华丽、直径5.5公尺世界建筑史上最大的阻尼球!台北101调制阻尼器能抗大风或是强震吗?外界误以为这颗大球左右摆荡可以抗强震,事实上,这颗球只是平衡平时大楼微幅摆动产生的不舒适感,一旦强烈台风和地震来袭时,这颗球是无用武之地的。这颗大球的专业名称是“调质阻尼器”,平时大楼受风吹袭时会有左右的微幅摆动,放一杯水在桌上,水都会左右晃动,如果不做任何处理,坐在大楼里的人会有晕眩的感觉,很不舒服;这颗阻尼器的主要目的,在于平衡风力造成大楼的摆荡,提高人的舒适感,一旦遇上强风和强震,整栋大楼摆动更厉害,而且是全栋摇摆,这颗阻尼器悬吊在高楼里,就失去作用了。当强风、强震时,大楼屋顶部分的左右摆动,来回可能长达3米,在塔尖(448~508米处)部分,年均约有18万次的来回摆动,这里也是摆动造成变形最严重的地方,因此,为了防止“折断”,塔尖里也摆了两个条状的阻尼器,减少钢结构的疲劳应力。台北101抗震设计台湾位于地震帶上,在台北盆地的范围內,又有三條小断层,为了兴建台北101,这个建筑的设计必定要能防止強震的破坏。防震措施方面,台北101采用新式的「巨型结构」(megastructure),在大楼的四个外侧分別各有两支巨柱,共八支巨柱,每支截面长3公尺、宽2.4公尺,自地下5楼贯通至地上90楼,柱內灌入高密度混凝土,外以钢板包覆。台北101什么才是大楼抗震、抗强风的利器?总数达380支的基桩是重要基础,这些基桩平均长度有71米,打入岩盘的深度有33米,打进岩盘前先凿出洞来,基桩放进去时再灌入混凝土固定,因此,为数众多的大型基桩牢牢抓住地盘,已让大楼稳了一半。另一关键是大楼的八根巨柱,一般建筑的柱子约50乘50厘米粗,台北101大楼的巨柱有3乘2.4米粗,使用的钢板厚达8厘米,和一般建筑的2~3厘米相差很大。甘锡滢说,在巨柱内灌注每平方英寸承重1万磅的高性能混凝土,创岛内新纪录,一般建筑物的混凝土强度约为每平方英寸3000~6000磅,高雄东帝士大楼为8000磅。入岩的基桩、八大巨柱辅以每八层楼的巨型桁架,撑住大楼不被地震和强风震歪、吹歪,整栋大楼属于巨大结构(MegaStructure),可耐震度为6级(地动加速度为390gal)。万一来了7级大地震,大楼会不会倒?负责结构系统设计的结构技师甘锡滢笑说:“不敢保证!”但其结构设计原则是“可允许局部损坏,不能瞬间倒塌。”台北101世界最快的电梯TAIPEI101拥有世界金氏记录最快速恒压电梯,每分钟可达1010公尺。游客可由5楼直达89楼观景台,每趟上行37秒、下行46秒。其余还有59部将以较慢的速度上升,台北101的电梯每台造价超过200万美元。台北101世界最快的电梯台北101当时的世界第一高建筑1974年美国芝加哥SearsTower(西尔斯大楼)以总高442M稳坐世界最高宝座二十余年。1998年馬來西亚吉隆坡PetronasTowers(双子星大楼),总高451.9M让世界第一高首度出現在美国以外的地方。TAIPEI101高达508M,是在PetronasTowers之后第一个成为世界第一高的摩天大楼。台北101楼层功能B1:生活美食广场1F:101大道(流行品牌)2F:时尚大道3F:名人大道(顶尖的名牌精品)4F:都会广场(挑高40米,咖啡座及餐厅)5F:金融中心6F:健身中心5F:设参观入口89F:室内观景台91F:室外观景台(当时世界最高)台北101建造过程中遭遇地震台北101建造过程中遭遇地震台北101地震时塔吊震落,引发事故台北101地震导致停工,911恐怖袭击也让人们及投资人质疑建第一高楼的必要性台北101停工长达3个月台北101地震后结构检测台北101内部结构在地震中经受了考验,好发无损,工程得以继续台北101安全结构是台北101最骄傲的地方。美国世贸大楼被撞起火后20多分钟就轰然倒塌,但台北101因结构设计不同,即便发生火灾,8根巨大钢柱里灌入的1万磅防火混凝土及封闭式逃生设计,也可以支撑3个小时让高层民众安全脱险。台北10199年开工,04年年底完工。台北101成为代表了台湾高科技工业的成就上海环球金融中心上海,缔造中国经济奇迹的金融核心,也展开了诸多摩天大楼的建设上海环球金融红火的房地产宣示着上海成为亚洲金融之都的冲动上海环球金融98年完工的金茂大厦是一栋尖端的办公大楼和旅馆,高88层,420.5米上海环球金融但浦东区有一栋超大新建筑正急起直追,还没完工就让金茂大厦相形见绌上海环球金融2000民施工人员日夜赶工新建上海环球中心上海环球金融上海环球金融中心、金茂大厦和在建的上海中心,即将成为三足鼎立的态势,也将成为上海的新标志。上海环球金融上海环球金融中心为超高层建筑,高度为492m,地下3层,地上101层,是国内目前第3高的建筑。上海环球金融建造过程1997年年初首次开工;后遭1997年亚洲金融危机停工,于2003年2月工程复工。上海环球金融1997年的亚洲金融危机以及2001年的911恐怖袭击,投资方的撤资,让建设停工5年。上海环球金融2003年经济恢复后,新的投资方加入,但97年最高的88层双子塔已被台北101超越,投资方要求上海环球中心要与台北101比高上海环球金融97年建造的基础,只能支撑95层楼,另外增加6层,额外的高度和重量压在地基上恐怕难以支撑上海环球金融投资方要求不仅要增加高度,还要在2008年全球瞩目中国之前完工上海环球金融需要更轻盈的结构设计,其秘诀在于模数设计和悬臂桁架,从混凝土核心向外辐射的钢梁,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