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  • 樁與我國的高樓大廈建設

    2015-02-02 10:20  來源:巖土網  閱讀:11204
    世界著名媒體、英國《金融時報》2011年3月3日報道稱,“中國已成為全球頭號建筑大國”。建筑物涵蓋既廣,且數量龐大。最令人矚目的當推高樓大廈,亦即各類高層和大型建筑物,它們無不建造在樁基礎之上。

    第六節  樁與我國的高樓大廈建設

    世界著名媒體、英國《金融時報》2011年3月3日報道稱,“中國已成為全球頭號建筑大國”。

    建筑物涵蓋既廣,且數量龐大。最令人矚目的當推高樓大廈,亦即各類高層和大型建筑物,它們無不建造在樁基礎之上。

    我國歷史上第一座高層建筑是1923年建成的上海字林西報大樓(高10層,40.2m);由此引發了在上海、廣州、天津等沿海城市建造了數十座10層及以上的高樓。至抗日戰爭爆發而建設停止。其中1936年建成的上海國際飯店(高24層,82.5m)是民國時期的最高建筑物。有關史實參見第一章第三節。

    中華人民共和國成立后,1968年建成的廣州賓館,高87.6m,超過了上海國際飯店的高度;1976年建成的廣州白云賓館,高112m,首座超過100m。自改革開放后,我國興起了建造高層建筑之風,至今歷30余年而方興未艾。1990年建成的北京京廣中心,高208m,首座超過200m;1996年建成的廣州中天廣場,高322m,首座超過300m;1998年建成的上海金茂大廈,高420m,首座超過400m;2003年建成的臺北101大廈,高508m,首座超過500m;2014年建成的上海中心大廈,高632m,首座超過600m。上海中心大廈目前位居世界第二高樓,僅次于阿聯酋迪拜的哈利法塔828m,160層。

    圖2-45繪示了自1923年以來我國高層建筑高度攀升的軌跡??梢韵胂?,圖中所示一座座具有里程碑意義的高樓及高樓高度的攀升曲線,無異于像征著我國建筑科技文化和樁工技術發展的步伐,并從一個側面反映了我國經濟和科技發展的速度變化;該圖所示曲線之下意味著覆蓋了分布在全國各地不同高度各具特色的數萬座高樓大廈,包括各種公寓住宅樓、商務辦公樓、學校、醫院、賓館、會堂等公共建筑和為發展經濟文化、改善民生、進行國內國際交流,乃至舉辦會展和體育賽事活動等而興建的各種建構筑物。

    圖2-45 “欲窮千里目,更上一層樓”——我國高樓高度攀升圖(1923~2014)

    圖2-45 “欲窮千里目,更上一層樓”——我國高樓高度攀升圖(1923~2014)

    (承蒙方曉健繪制)

    如今我國已建成和正在建設的高樓中高度超過600m者已有四座,分別如圖2-46所示:

    上海中心大廈 121層 高632m;

    武漢綠地中心(在建) 119層 高636m;

    深圳平安國際金融中心(在建) 118層 高660m。

    蘇州中南中心(在建) 137層 高729m。

    這些高樓均采用鉆孔灌注樁基礎。

    圖片未命名

    上海中心大廈之建成,在上海浦東新區構成了3座各具獨特建筑風格、鼎足而立、總平面呈“品”字形的一組宏偉的摩天大樓建筑群(見圖2-47),為舉世罕見,其總建筑面積達124.3萬平方米,其主要參數見表2-2。

    圖2-47  上海浦東新區鼎足而立的摩天大樓建筑群

    圖2-47  上海浦東新區鼎足而立的摩天大樓建筑群

    (左—上海環球國際金融中心;中—金茂大廈;右—上海中心大廈)

    上海浦東鼎足而立的摩天大樓建筑群的主要參數                    表2-2

    上海浦東鼎足而立的摩天大樓建筑群的主要參數

    上海中心大廈是我國已建高樓中應用鉆孔灌注樁混凝土數量最多的單體工程,基礎面積8280m2,筏板厚6m,埋深30m,采用鉆孔灌注樁,樁徑1m,樁長核心筒內86m,筒外82m,建筑物總重量80萬t。樁筏基礎為八角形,核心筒荷載集中區采用梅花形布樁,其他區域正交布樁,如圖2-48所示。

    圖2-48  上海中心大廈布樁圖

    圖2-48  上海中心大廈布樁圖

    圖2-49是2010上海世博會中國國家館,呈現了“東方之冠,鼎盛中華,天下糧倉,富庶百姓”的中國文化氣質與精神。世博會結束后,更名為中華藝術館。其總建筑面積為10.6萬平方米,采用鋼框架剪力墻結構體系,核心筒柱高68m,屋頂邊長138m×138m?;A采用樁筏基礎,樁為直徑850mm、800mm、600mm的鉆孔灌注樁。

    圖2-49  上海世博會中國國家館/中國國家藝術館

    圖2-49  上海世博會中國國家館/中國國家藝術館

    北京CCTV新臺址(見圖2-50)以其罕見的建筑造型尤為引人矚目,一號塔樓52層,高234m,2號塔樓44層,高194m;其鋼結構總重達12萬噸,支承在1200根45m長的鉆孔灌注樁基礎上,整體筏板厚度達10.9m。塔樓采用大直徑超長鉆孔灌注樁,通過樁端樁側聯合后注漿提高承載力減少變形。

    圖2-50  北京CCTV新臺址

    圖2-50  北京CCTV新臺址

    北京鳥巢—中國國家體育場(見圖2-51),是2008北京奧運會的主體育場,也是2014 APEC的主會場。它由巨大的門式鋼架組成,其大跨度屋蓋支撐在24根鋼桁柱之上(柱距達37.96m),其下為24個巨大的鋼筋混凝土柱墩。采用鉆孔灌注樁,并采用樁側和樁端后壓漿工藝提高樁基承載力,樁端持力層為卵石、圓礫層。樁徑為1000mm和800mm。

    圖2-51  北京鳥巢

    圖2-51  北京鳥巢

    位于北京天安門廣場東側的中國國家博物館是21世紀初建成的重大標志性建筑之一。它以中國歷史博物館、中國革命博物館為基礎,東擴40m,下挖2層,上增1層(共4層)改建擴建而成,其體量由原6.5萬m2增加到近20萬m2,一躍而成為全球建筑面積最大的博物館。其中藝術長廊凈空高28m,寬30m,長330m,面積近1萬m2,為全球最大的展廳。其地下藏品庫房面積達3萬m2。

    首都機場T3航站樓(見圖2-53),是我國在21世紀初興建的最大單體建筑項目,建筑面積428萬平方米,采用Φ800~1000的鉆孔混凝土灌注后壓漿樁1.8萬余根。

    圖2-53  首都機場T3航站樓局部外景與內景

    圖2-53  首都機場T3航站樓局部外景與內景

    廣州塔(見圖2-49)由454m高的主塔和156m高的天線桅桿組成,總高610m,是我國第一高塔,采用后壓漿鉆孔灌注樁群樁基礎。

    圖2-49  廣州塔

    圖2-49  廣州塔

    廣州珠江大廈(見圖2-55)由塔樓和裙樓組成,塔樓高309米,71層;裙樓高27米,3層;地下室5層??偨ㄖ娣e21萬平方米,其中地下室4萬多平方米。它利用風能和太陽能自己發電,所生產的能源多于其消耗的能源, 可出售給國家電網;其污水循環系統可回收雨水,是當今世界上最節能的高樓,受到國際上的廣泛贊譽。

    圖2-55  廣州珠江大廈

    圖2-55  廣州珠江大廈

    我國從21世紀初開始在高樓大廈的鉆孔樁中埋管連接地源熱泵系統以制冷取暖,已在京、津、寧、滬、穗、冀、遼等地包括北京奧運村、上海虹橋交通樞紐站等一批重大建設項目中成功應用。

    江蘇南京華泰證券廣場大樓(見圖2-56)是利用上述技術的最大項目之一,該大樓建筑面積23萬平方米,打設鉆孔灌注樁2275根,埋管35萬平方米,與傳統空調系統相比,可節約能源20%-40%,且可減少二氧化碳排放。

    圖2-56  南京利用地下熱能的一座建筑物外景

    圖2-56  南京利用地下熱能的一座建筑物外景

    高樓大廈地下室的深基坑開挖施工,皆需采用各種樁進行圍護,其中包括地連墻、壁板樁以至錨桿和微型樁等,因地制宜,各選其長,優勢互補。如今有的城市街區對鄰近多座高樓的地下室進行成片開發,加以城市地鐵、地下車庫、地下商場、地下倉庫、地下街、地下變電站、地下民防工事等相繼興建,開發利用地下空間的規模越來越大。上海、北京單項基坑開挖面積達10萬至30萬平方米以上的地下綜合體已達數十個。且基坑型式多變,深度越來越大。上海中心大廈地下5層挖深31m;北京國家大劇院基坑深40m,銀泰中心基坑深27m,蘇州中心基坑深22.5m;天津津塔基坑深23.5m。近二十年來,深基坑、隧道與地下工程三學科及設計施工技術獲得了迅猛發展。

    上海世博會500kV地下變電站是我國首座全埋式大型變電站,也是亞洲乃至世界最大、最先進的地下變電站之一。該工程基坑直徑130m,開挖深度34m。地基土特別軟弱,采用全逆作法設計施工,取得了一批原創性技術成果(見圖2-57)。

    圖2-57  上海世博會500kV地下變電站

    圖2-57  上海世博會500kV地下變電站

    圖2-58所示是天津這117大樓(高597m,117層),重慶嘉陵帆影·國際經貿中心(468m,103層)及沈陽國際金融中心(高427m,89層);它們都支承在鉆孔灌注樁上,分別是我國華北、西南和東北地區的第一高樓。

    圖2-58  我國華北、西南和東北地區的第一高樓

    圖2-58  我國華北、西南和東北地區的第一高樓

    以上概述了首都北京及上海、廣州、深圳、天津、重慶等特大城市和一些省會城市特具標志意義的一些高樓大廈。實際上我國大陸31個省區市的主要城市和數百座二三線城市,按照國際高層建筑會議對高層建筑的定義(參見本節末相關鏈接),早已高樓林立。許多城市矗立著或即將豎起400m、500m以上的高樓,例如杭州西湖雙子塔(400m)、南京紫峰大廈450m)、寧波雙子塔(480m)、廣西防城港國際金融中心(528m)等皆是當地的第一高樓。參見圖2-59。

    圖2-59  杭州等四城市的400、500m以上的高樓

    圖2-59  杭州等四城市的400、500m以上的高樓

    著名的江蘇省華西村興建了74層、高328m的“空中華西村大樓”,此高度與首都北京最高建筑物相持平,為我國農村第一高樓(見圖2-60)。

    空中華西村大樓高于日本和英國的最高樓,日本的最高樓是為迎接2020年奧運會而興建的虎之門山大廈(高247m,52層);英國的最高樓是倫敦的坎那瑞碼頭大廈(高237m,50層)。華西村大樓的興建受到了國際著名媒體《紐約時報》等的關注。

    華西村大樓兼具會議、餐飲、賓館、休閑、娛樂等設施和對內對外服務之功能,村民男女老幼可定期定時免費入住大樓享受休閑或度假。它為我國各地農村發展生產和繁榮經濟提供了范例和借鑒。

    圖2-60  我國農村第一高樓—空中華西村大樓

    圖2-60  我國農村第一高樓—空中華西村大樓

    半個多世紀之前“打樁”是高等學府的一門進修課程,如今它已成為我國城鄉婦孺皆知的事物。樁改變了我國城鄉的天際線,沒有樁就沒有我國的高樓大廈。

    相關鏈接——關于高層建筑的表觀特征與定義

    世界各國對高層建筑的定義并不一致。

    在世界高層建筑的故鄉美國芝加哥乃至整個北美洲,曾認為高度在22~25m以上或7層以上的建筑為高屋建筑。美國的高層建筑專家C.H.Thornton曾提出,凡層數在40層及高度在152m以下者為低高層建筑,層數在40層以上及高度在152~365m為高層建筑,超過100層及高度在365m以上者為超高層建筑。

    德國規定,凡經常有人停留的最高一層的樓面距地面22m以上者為高層建筑。

    法國規定,凡居住建筑高50m以上,其他建筑高28m以上者為高層建筑。

    比利時以建筑物入口的路面以上,其高度達到25m者,作為高層建筑的起始點。

    英國以高度在24.3m以上者為高層建筑。

    日本曾把8層以上或建筑高度超過45m者稱為高層建筑,后又把30層以上的旅館、辦公樓和20層以上的住宅稱為高層建筑。

    前蘇聯規定,10層以上的住宅為高層住宅。

    1972年在美國賓夕法尼亞州伯利克市召開了國際高層建筑會議,對高層建筑的定義取得了較統一的認識,并將其劃分為以下四類:

    第一類高層建筑:9~16層(最高到50m);

    第二類高層建筑:17~25層(最高到75m);

    第三類高層建筑:26~40層(最高到100m);

    第四類超高層建筑:40層以上,或高度在100m以上者。

    1996年,我國《高層建筑巖土工程勘察規范》(JGJ72—96)將高層建筑的起始點定為8層以上的建筑物,并包括高度在50m以上的重要構筑物和100m以上的高聳構筑物。1999年我國《高層建筑箱形與筏形基礎技術規范》(JGJ6—99)對高層建筑的含義未作任何說明。

    高層建筑在英語中稱為tall building(高樓),也稱為high-rise building(高聳建筑)或skyscraper(摩天大廈)。德語則稱為wolkenkratzer(凌云大廈)。

    美國高層建筑和城市環境協會第30委員會曾組織世界各國的32位高層建筑知名專家集體撰寫了一部巨著《高層建筑設計》(Architecture of Tall Buildings,Mc Graw-hill Inc,1995)。該書全面闡述了高層建筑設計的發展歷史和新理論,指出:“高層建筑并不以其高度或樓層數為定義。重要的準則在于它的設計是否在某些方面受到‘高度’(tallness)的影響。高層建筑是它的高度會強烈地影響其規劃、設計、構造和使用的建筑物;是它的高度會產生不同于某一時期或某一地方‘一般’建筑的設計施工條件的建筑物?!辈⒅赋?,超高層建筑(supertall building)是70層至80層以上的高層建筑。

    以上應是迄今各國專家對高層建筑的一個最具權威性的共識或界定。

    與上述tall building,high-rise building,skyscraper,wolkenkratzer或supertall building等外文名詞相對照,可以注意到,這些名詞并沒有包含任何“層數”的意義。而我國常稱為“高層建筑”,似乎使此類建筑物局限于既高聳又具有很多樓層的建筑物。

    ——引自史佩棟“高層建筑的表觀特征與定義”,見史佩棟、高大釗、桂業琨主編《高層建筑基礎工程手冊》,北京:中國建筑工業出版社,2000. pp3~4。

    第七節  本章小結

    以上各節分別闡述了樁在我國鐵路建設、城市地鐵建設、公路建設、橋梁建設、高樓大廈建設等領域所發揮的重要作用。然而,樁尚涉及與經濟發展攸關的港口碼頭建設、航空港建設、新能源開發建設、海洋海島開發建設、舊城改造及新型城鎮化建設,乃至國防科技和軍事設施建設等諸多領域,由于本章篇幅有限,凡涉及國家機密,皆未能展開介紹。所幸,除涉密內容外,對其他諸端,在本手冊后續各篇章中均可見到相關論述和工程案例。故查閱本手冊全書,將可以進一步全面理解樁在我國經濟發展乃至成為世界第二大經濟體中的擔當。

    作為本章小節,尤須指出,樁基工程在我國經濟建設各領域以及國際經濟文化交流乃至體育賽事活動和會展場館等方面持續地大量應用,它反過來又極大地促進了我國樁基工程設計施工技術水平和樁基學科理論水平的不斷提高,各種新的樁型和創新技術不斷產生,并且催生了我國的樁工機械產業和多個自主品牌。對于這些豐碩成果,本書將在后續各篇章中作系統的反映和闡述。

    本章參考文獻

    [1]史佩棟,我國深基礎工程技術發展現狀與展望:21世紀頭10a情況綜述[J].巖土工程學報,2011.33[S2]:1~14

    [2]史佩棟,我國深基礎工程技術發展現狀與展望:21世紀頭10年情況綜述(節略本)[J].施工技術,2011.40(350):1~9

    [3]史佩棟,海峽兩岸軌道交通建設與環境工程高級技術論壇[M].北京:人民交通出版社.2008

    [4]張慶賀、朱合華、莊榮等,地鐵與輕軌[M].北京:人民出版社.2008

    [5]丁大鈞,中國橋梁建設新進展(1991— )[M].南京:東南大學出版社.2009

    [6]肖汝誠等,橋梁結構體系[M].北京:人民交通出版社.2013

    [7]姜友生,橋梁總體設計[M].北京:人民交通出版社.2012.

    [8]劉自明,橋梁深水基礎[M].北京:人民交通出版社.2003.

    [9]史佩棟、高大釗、桂業琨,高層建筑基礎工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社.2000

    [10]史佩棟、高大釗、錢力航,21世紀高層建筑基礎工程[M].北京: 中國建筑工業出版社.2000

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    全部評論(10)

    • ringfeng發表于 04月12日 13:30這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 很好的科普
    點評:
    • royvshe發表于 03月27日 14:11這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 專業??!
    點評:
    • tangjiafeng1發表于 03月20日 10:01這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 專業挺好
    點評:
    • 824364827發表于 02月27日 11:25這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 向各位前輩學習
    點評:
    • binyang16發表于 02月16日 11:22業精于勤
    • 文章總結的非常好,歡迎大家討論豐富并完善!
    點評:
    • ywq2824121發表于 02月10日 11:41這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 向各位前輩學習
    點評:
    • haodongqiang發表于 02月10日 09:33這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 學習
    點評:
    • 花開花落等你發表于 02月05日 10:10這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 學習啦!樁基礎
    點評:
    • sxsnzj發表于 02月03日 09:26執子之手,方知子丑,淚流滿面,子不走我走。
    • 大師的案例很豐富??!
    點評:
    • issn04510712發表于 02月02日 15:15這家伙很懶,沒有個性簽名!
    • 學習拉,樁基礎是高大建筑的支承和基石。
    點評:

    史佩棟

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