零噪音打桩、千吨阻尼器、顶级玻璃幕墙,中国第一高楼超硬核

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摘要:

  上海中心大厦关键技术摘得2018年上海科技奖特等奖。

  上海中心大厦高632米,系目前中国第一、世界第二高楼,也是中国唯一超过600米高度的建筑。作为陆家嘴金融中心建筑群靓丽的收官之作,它于2008年底开工,历时6年多建设竣工,创造了一系列建造工程历史上的奇迹。

  陆家嘴地基土质松软,如何支撑85万吨的庞然大物?建筑高耸入云,如何降低大风天气下大楼的摇摆幅度?2万多块不同大小的曲面玻璃幕墙是如何安装的?……近日,澎湃新闻记者走进大楼,听工程师们介绍这栋超级摩天大楼的硬核科技。

  零噪音的打桩工艺

  站在上海中心大厦最高层环顾四周,仿佛腾云驾雾一般。但是,上海中心大厦可不仅仅是因为高才被世人瞩目,其建设难度也是前所未有的。

  摆在工程建设单位面前的第一个难题就是上海的地质结构。

  因为这里的陆地并不是由稳定的土壤和结实的岩石组成的,建造在冲击平原之上的上海,地下280多米的松软土壤,尤其是上海中心大厦所在的陆家嘴地基土质松软,含有大量粘土。常规的建设方案根本不足以支撑预估重量达到85万吨、接近85个埃菲尔铁塔的庞然大物。

  此外,要在此建立一座超级建筑,除了考虑复杂的地质,还要将台风、地震因素全部考虑进来,技术难度可想而知。

  为此,上海建工集团的工程师们建立了软土地区超高层沉降计算本构模型,突破了软土地基沉降发展历程精准预测难题。为了稳定地面以上的超高高度,工程师打了近1000个基桩,深度约达86米,而后浇筑结实的可以分摊建筑压力的钢筋混泥土底板,再在上面建筑大楼便可以稳如泰山。如此大体积的底板浇筑工程在世界建筑工程领域内开创了先河。

  澎湃新闻记者从项目第一完成人上海建工集团总工程师龚剑处了解到,上海中心大厦的基桩工艺也别有讲究:此次打桩突破了软土地基的打入式钢管桩传统工艺,率先在350米以上超高层中采用钻孔灌注桩。

  “和打入式钢管桩相比,钻孔灌注桩的承载力达到了钢管桩同样级别,但它能节省60%以上的造价,而且没有噪音污染。”上海建工集团总工程师龚剑指出,上海中心大厦建设之初,其地下周边已经分布了地铁线路,商业建设已具规模,“如若仍是采用打入式钢管桩工艺,不仅噪音扰民,而且打桩的震动非常大,会影响地铁线路的正常运营。”

  龚剑透露,此次钻孔灌注桩的尝试系国内最创新的打桩工艺,为此研发的新型成桩工艺体系及控制技术为后续超高层建筑建设采用钻孔灌注桩奠定了基础。

  如何降低大楼摇摆幅度

  上海中心大厦如此之高,遇到大风天气,大楼高层内的人员会不会有摇摇晃晃的感觉?

  据上海中心大厦建设发展有限公司工程总监孙峻透露,如果不安装阻尼器的话,在没有任何干预的情况下,上海中心大厦在大风天气下摇摆的幅度有可能会超过1米。

  听起来如此大幅度的摆幅,不免让人心生担忧。其实,并不需要这样的担心,因为在126层安放了一块重达1000吨的电涡流调谐质量阻尼器装置,可大幅降低大楼的摇摆摆幅,提高大楼的舒适度,而这个装置又颇具艺术性,被称为“上海慧眼”。

  “上海慧眼”由吊索、质量块、阻尼系统和主体结构保护系统四部分组成,是目前世界上最重的摆式阻尼器质量块。质量块和吊索构成一个巨型复摆,它与主体结构的共振,能消减大楼晃动。

  孙峻说:“和以往阻尼器利用机械原理不同,上海中心大厦首创了世界上第一个引入电磁原理的阻尼器,由上海材料研究所和上海市机械施工集团有限公司共同研发,填补了世界空白。”这一技术上的提升,可以有效提高大楼中人员的舒适度感受。

  据孙峻称,因为有了“上海慧眼”,即使上海刮13-14级的大风,楼内高层区域的人员也不会有很明显的晃动眩晕感。

  另外,考虑到风速问题,上海中心大厦建筑设计采用螺旋上升的方式,随着高度的升高每层扭曲近1度,这种设计有效延缓风流,避免大厦产生剧烈晃动。

  世界顶级幕墙工程

  令人瞠目的,还有那2万多块不同大小的曲面玻璃幕墙。

  历时2年多,上海中心大厦总面积达14万平方米的主楼玻璃幕墙于全部安装到位。谈起玻璃幕墙的奥秘,上海建工集团的工程师们无不透露着自豪。

  据上海建工集团技术总监朱毅敏透露,上海中心大厦外幕墙玻璃于2012年8月2日开始安装,其墙钢结构支撑体系结构复杂,以主体结构八道桁架层为界,共分为9区,每区幕墙自我体系相对独立,是世界上首次在超高层安装14万平方米柔性幕墙,被业界定义为“世界顶级幕墙工程”。

  上海建工集团总工程师龚剑透露,玻璃幕墙的安装要求极高,施工误差仅为1.5毫米。为了准确安装玻璃幕墙,建造团队发明了模块化集成智能控制的幕墙支撑结构安装升降作业装备,解决了悬、扭、空悬挂支撑结构及幕墙安装难题,实现2万多块、约76种不同类型的玻璃幕墙、悬挂支撑结构及主体结构的协同工作目标。

  记者了解到,整个玻璃幕墙体系,不仅需要克服上下跨度大、支撑玻璃幕墙钢环梁构建超长等难题,更要综合考量如何在台风、地震、高低温、幕墙玻璃版块自重加载等各种环境因素影响下,对幕墙变形及结构安全实施有效的控制。

  另外,上海中心大厦的幕墙玻璃,与一般楼宇的钢化玻璃不一样,采用的是国际上最新的超白玻璃,杂质少,自爆率接近零。同时,为了以防万一,双层玻璃中还加了胶片,这种胶片承载力大、耐久性强,即使玻璃在剧烈的锤击试验下慢慢破裂,所有碎片也能牢牢附着在胶片上,不会有一星半点碎片落地。

  上海中心大厦已成为世界瞩目的国际一流精品工程,也是我国改革开放40年城市建设成果的典范,其先进的建设理念、创新的设计和施工技术以及高效的运维管理,彰显了我国超高层建造技术国际领先的综合实力,引领了世界超高层技术发展。

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