台北101工程介绍

台北101工程介绍摘要：台北101，又称台北101大楼，在规划阶段初期原名台北国际金融中心，位于中国台湾省台北市信义区，由建筑师李祖原设计，KTRT团队建造，保持了中国世界纪录协会多项世界纪录。该专案主要由岛内十四家企业共同组成的台北金融大楼股份有限公司，与岛内外专业团队联手规划，并由国际级建筑大师李祖原精心设计，超越单一量体的设计观，以中国人的吉祥数字“八”（“发”的谐音），作为设计单元。每八层楼为一个结构单元，彼此接续、层层相叠，构筑整体。在外观上形成有节奏的律动美感，开创国际摩天楼新风格。本文通过对关于台北101大楼的资料进行整理，从设计特色和施工特色分别对该工程进行了详细的介绍，从而对其有了全面的了解。关键词：台北101、设计理念、工程特色一建筑概要台北101这栋超高摩天大楼位于台湾台北市的信义规划区内。信义规划区最早开发于1980年代，占地面积153公顷，并将规划成为台北市的金融、零售与娱乐中心地点，展现台北这个大都市的的国际观与活力。台北101的旧称为台北国际金融中心，是一个系兴建-营运-移转为一体的个案，于1997年间由台北金融大楼股份有限公司投资、开发并营运。建筑基地位于在新兴商业区，且有鉴于台北市有成为亚洲区域金融中心之潜力，经市政府指定为跨国性金融机构的所在地。整体开发案包含一座101层高的办公塔楼及5层的商业裙楼和5层地下楼面，总平面面积达到39.8万平方米。对于台北市的游客、消费者及企业团体而言，台北101是一座崭新时尚、顶级精品的高档写字楼地标。2003年11月，台北101购物中心正式营业，次年底写字楼启用，到了2005年1月间，位在89楼的台北101观景台也正式对外开放营业。无论在设计或兴建阶段，台北101自始便怀抱著一个长期的目标：以建筑本身来展现当地文化与价值，成为世界与台北的桥梁。台北101将经济因素、环境因素、社会责任三者予以完美整合，成为一座永续存在的摩天大楼。台北101多节式外观，以高科技巨型结构确保防灾防风的显著效益。每八层形成一组自主构成的空间，自然化解高层建筑引起之气流对地面造成的风场效应，透过建筑设计绿化植栽区的区隔，确保行人的安全与舒适性。大楼造型宛若劲竹节节高升、柔韧有馀，象征生生不息的中国传统建筑意涵。内斜七度的建筑面，层层往上递增；无反射光害的高度透明省能隔热帷幕玻璃，让人们在台湾的最高建筑内，观天看地。高科技材质及创意照明，以透明、清晰、营造视觉穿透效果，与自然及周遭环境大尺度的融合。二设计特色1结构设计概要超高层大楼的设计，对于安全的可靠度要求标准远高于一般建筑，相对于结构设计而言，在既定的设计载重标准下，需要以更加严谨的态度订定材质规格、施工标准与细部设计图说明。而结构与建筑设计之间的互动更显重要。1.1基础结构系统台北101大楼位于台北市信义计划区，其基础设计必须承载地上101层的塔楼与6层群楼的载重，其规划的开挖深度为22.25~22.95m，因基地坚硬承载层上方有30~40m厚的软弱粘土层，如使用浅基础时，可能会发生土壤承载力不足或导致较大的沉陷变形产生，因此必须使用深基础将载重传递到坚实的承载层，故设计时采用桩基础将大楼的荷重穿过软弱粘土层传递到较深的岩层。而为了进行可靠的基础工程设计，担任大地顾问的富国工程顾问工程公司所运用的基地地质调查钻探孔数多达151孔，为法规规定孔数的3倍之多。基础板为3.0~4.7m厚之巨形钢筋混凝土实心板，设计龄期之圆柱试体抗压强度为6000psi。主楼基础板下共配置380根φ1500mm平均入岩深度23.3m的基桩，主楼柱的载重则以群桩的方式支承。裙楼部分则于柱位配置167根φ2000mm平均入岩深度15.5m之基桩。地下室外围连续壁厚度为1.2m，又为配合塔、裙楼之整体施工进度规划及不同深开挖工法之需求，塔、裙楼间自B1FL以下规划一施工界面地中壁，该地中壁于地下室施工完成后视建筑需要开口位置予以敲除。地下结构之配置剖面示意如图1所示。图1地下结构示意图1.2上部结构系统本工程之的地上结构体包含1栋101层的塔楼及1栋6层的裙楼，两栋结构体于地上部份以伸缩缝形式完全断开，地下室共有5层且塔、裙楼相连。在平面配置上，服务核内共有16根箱型柱，主楼四周每侧采用2根巨型钢柱延伸至90层，其最大尺寸达2.4m×3m×80mm。主楼四周于26F以下并另外配置1.2m×2.6m～1.2m×1.6m及1.4m×1.4m～1.6m×1.6m等两种尺寸箱型柱，27F以上则配合建筑斜面造型而使用H900mm×400mm～H1000mm×500mm的H形斜柱并与H型梁组成抗弯构架，主要在于提供局部载重的传递使用。为提高抗风劲度与强度，62层以下的箱型钢柱均内灌10000psi自充填高性能混凝土，在立面配置上，图2为本工程的3种主要立面构架，其中X、Y方向各配置两组合计6道立面构架，服务核心的钢柱间以钢骨大梁、斜撑相连，斜撑主要为同心斜撑与V型斜撑，部分斜撑因开门需求而为偏心斜撑型式，但基于抗风劲度的需求予以加劲补强而未依偏心斜称细部设计。9楼以下的同心斜撑并与600mm厚的剪力墙浇灌一体以形成良好的水平力传递系统，机械层上下大梁间则以斜撑相接所形成的外伸桁架梁作为内外柱间的主要垂直剪力传递机构。从宏观的角度，主楼结构主要是由巨柱、核心系统与外伸桁架梁等构件所组成的101层巨形构架。图2标准立面构造图2设计特色2.1创新设计台北101大楼最引人瞩目的一个设计是：悬在大楼第88~92层之间的一颗“大球”——直径5.5米，重660吨，由41层实心钢板（每层厚125毫米）堆叠焊接而成。这个设计的作用是：依靠“大球”的摆动来平衡大风或地震造成的大楼的震动，以减少两者的危害；此外，还可用来平衡一般风力造成的大楼的微幅摆荡，以提高居住其间的人的舒适感。这个“大球”有一个专业名称，叫“调质阻尼器”。台北101大楼的“调质阻尼器”是目前世界上最大和最重的。通常，阻尼器是装在摩天大楼及其他建筑里的巨大混凝土块，通过弹簧、流体或摆锤的作用，平衡自然力量造成的大楼的振动，以减少其对大楼的危害。一般来说，可能对大楼结构产生有害振动的自然力量主要是大风和地震，比如在地震发生时，图3调制阻尼器从地下深处传来的地震波会使建筑物来回摇摆，甚至导致建筑物垮塌。因此，为了提高建筑物的防震性能，大楼特别是摩天大楼在设计上都会重视和考虑应用各种抗震技术。图4风阻尼器示意图2.2先进技术台北101重视安全、防灾、质量采用了前瞻性的建筑自动化、办公室自动化、通讯自动化等高科技技术，采用了建筑法规规定的高层建筑防震要求的10倍防震设计，以及1000年的耐震强度设计，而实际可承受2500年一遇的10级以上大地震在抗风设计上则可承受相当于17级以上的强烈台风。从抗震角度来看，地质钻探勘测也证实信义路没有断层通过另外建筑采用800t抗风制震设备和风阻尼器。自动计算摇晃幅度使建筑能自行调整移动方向确保大楼内人员的舒适性。以每8层为一组构成的空间，使超高层大楼的结构有如一栋川层的组合建筑，获得了最大稳定度。以八大巨型钢骨梁柱为骨干，围绕周边，兼具强度及韧性。并采用远超过一般建筑要求的4536g高性能混凝土，强化建筑结构大楼采用阻燃无烟材料装修每层均设置安全避难走道，每八层设有安全舱，防火避难室及避难阳台。2.3艺术风格每一栋世界级的建筑，如果没有充分和当时环境特色结合缺少人文内涵.就不能成为其区域中的代表之作。鉴于此，台北101在设计中溯源深层文化。,超越单一体量的设计观，以中国人的吉祥数字“八”作为设计单元层层相叠，构筑整体。在外观上形成有节奏的律动美感，开创了国际超高层大楼新风格。多节式外观，宛若劲竹节节高升、柔韧有余，象征生生不息的中国传统建筑意涵。内斜7度的建筑外墙面，层层向上扩增；采用高科技材质及创意照明，并利用透明、清晰造成视觉穿透效果与自然及周遭环境融合斜立面与多层次结构。有如鲜花绽放、富贵饱满。不同高度展现不同视野，实现“一花一世界，一台一如来，台台皆世界，步步是未来”的东方原创理念。2.4环保秉承着打造一个时空地表的理想，台北101在营建过程中兼顾经济增长和环境保护两个目标，以及持续经营的企业理念，将环保议题列入整体设计规划。墙面采用斜面处理，无反射光害，考虑了周围环境的使用者。高科技隔热玻璃建材，更可阻隔2/3热源，达到节约能源的目的。为了实现全面环保管理并顾及未来建筑实际使用，将水回收、垃圾分类、空气温度调节、灯光控制、废弃物处理等环保措施全部列入设计考虑的范围。三施工特色12.4×3m巨柱与10,000psi混凝土柱内灌浆考虑到巨型构架结构系统与整体施工进度的需求，巨柱型式之选择由箱型钢柱及柱内灌浆结合而成，柱内灌浆除了利用箱型钢柱为既成的结构模板外，柱内混凝土亦提供整体结构劲度与强度需求。巨柱共配置8支，巨柱尺寸由B5F(□2.4m×3.0m)～90F(□1.6m×2.0m)，柱内灌浆范围由B5F～62F，施作高度270m，10000psi混凝土使用量共23900m3，巨柱设计剖面与施工相片见图5、6。柱内灌浆施工程序为由下往上泵送以达到确实的充填性，灌浆口则于柱内设置向上的5#导引管以有利于向上充填及减低材料析离程度，施作前需确认供料足够后才开始施作。为考量灌浆时对钢柱产生的侧压力影响，配合柱内加劲板位置设置柱内加劲板及围束钢筋，小柱部分则设置井字拉杆予以围束。箱型钢柱4角隅采用全长全渗透的潜弧焊接，为了减少柱外灌浆开孔的现场补强工作，灌浆口的开口补强以厂内补强为主，灌浆完毕后以薄钢板封孔电焊。每次灌浆的高度以一节钢柱为限，单柱灌浆时间以不超过1.5小时为原则，施作前需确认供料足够后才开始施作。实际泵送速率约为每小时40m3～60m3，巨柱每分钟约仅上升8cm～10cm，其上升速率缓慢。柱面设置气孔以利于受火时消散蒸气压，该气孔并用以观察柱内灌浆时的施作高度。由于量产速率及施工时间的限制，巨柱部分约每2层楼浇置一次，其余部分平均为每4层楼、高度16.8m灌浆一次。图5巨柱剖面图图6巨柱施工照片210000psi高性能混凝土基于结构强度、劲度与整体施工进度的需求，62层以下采用内灌混凝土形式的箱型柱，62层以上则为纯钢柱以减轻结构自重。柱内灌浆除了利用既有的箱型钢柱作为灌浆时的模板外，柱内混凝土亦提供整体结构劲度与强度需求。国内自高雄东帝士85广场大楼起，已有相当多箱型柱内灌8000psi混凝土的工程实例，目前本工程所采用的柱内灌浆则为设计强度10000psi（7000N/cm2）的高性能混凝土。其中针对箱型柱内10000psi高性能混凝土而言，灌浆的施工程序为由下往上压送，因此必须确保混凝土的高流动性与充填性，新拌混凝土的工作性要求为60±10cm的高坍流度，且不得产生泌水与骨材析离，另外为了减少混凝土干缩及增进耐久性的考量，设计龄期订定为90d，并限制设计龄期的混凝土自体收缩量小于300×10-6m/m，以达到低水量、低水泥量、低干缩量及高耐久性的设计需求，又施工前则规划实作两次实尺寸模拟泵送试验(2.4mx3.0mx8.4m)以确认施作品质与施工可行性。3对施工可实施性的考虑由于巨柱的施工分节需考虑塔吊的能量与钢板的最大生产尺寸，本工程一般钢柱为每节4楼高，而巨柱的分节以2层高为标准，其中最大的单节拖吊重约达90t。而厚板的焊接品质较难掌握，因此焊接的方法与品质控制均需特别注意，本案工地现场所进行的巨柱续接部分，因焊道量超过100kg，现场采用6名焊工以包药焊线电弧焊接（FCAW）同时施作之方式，图7为巨柱平面配置与续接电焊示意图，焊接程序采对称焊接以控制焊接变形，其中长向左、右侧各配置2人，短向内、外侧则各配置1人，焊接中并以同一方向施作，且同步注意各处焊接量的均匀控制，每个接头的平均施作时间约为14h。另外因厚板焊接的预热控制非常重要、考虑柱尺寸、施工效率、连续性焊接及施工安全等因素，其焊接前的预热方法采用电热片施作。实际施作中约1h即可达110℃之最小焊序核准预热温度，因所需焊接时间长，若焊接中断时，电热片可持续保温以确保焊道之层间温度。图7巨柱平