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关键词:高层建筑;混凝土;施工技术;要点;措施
一.高层建筑中混凝土施工技术应用的要点
在国内高层建筑混凝土施工中,混凝土施工技术的应用范围极为广泛,混凝土施工技术的发展与创新是保证高层建筑物质量的根本,也是促进国内建筑行业施工技术全面发展的关键部分。高层建筑中混凝土施工技术的应用过程中,既要坚持与高层项目建设实际需要相结合的原则,还要严格把握施工技术应用的要点。高层建筑中混凝土施工技术应用的要点,主要表现在以下几个方面:
1.高层建筑的裂缝预防与控制高层建筑中混凝土施工中,由于受到人为、外界气候、技术手段、机械作业等原因的影响,经常会出现建筑体地面或墙体出现局部裂缝的现象。混凝土施工技术人员一定要考虑到由于外部气候条件、天气状况的不同,混凝土的结构自然也会有所差异,其裂缝宽度的控制也会有不同的控制标准。目前,国内高层建筑中混凝土施工技术对于裂缝问题的预防与控制,普遍以施工期间的技术强化与重点监管为主。如果等到建筑物出现裂缝问题时,再采取补救措施就为时过晚了,很难达到理想的施工效果与质量标准。为了科学保证高层建筑工程的整体质量,技术人员必须采取有效的方法提高混凝土的强度与韧性。但是在实际施工中混凝土使用量很大,难免会出现建筑物墙体裂缝的现象,所以现场技术管理人员必须严格控制混凝土的强度,以保证高层建筑物的内部质量和整体美观感。
2.高层建筑整体强度的控制在高层建筑混凝土施工中,建筑整体强度的控制是至关重要的,也是建筑工程质量达到国家相关检验标准的根本保障。高层建筑混凝土施工中,技术人员一定要根据国家及地区相关工程质量标准的要求,调配出不同强度等级的混凝土样品,并要将其送到指定的质检机构进行级配强度试验,混凝土施工中要严格按照级配报告的标准进行大批量的混凝土调配。高层建筑中混凝土施工技术应用中,技术人员一定要注意到混凝土的强度会随着砂、石的含水量不同而有所变化,因此,在混凝土调配中要按照规范的技术手段严格控制水泥、砂、石等材料的质量参数,进行科学的调配。同时,在混凝土现场施工环节,技术人员还要加强原材料的质量控制与强度检验,一旦发现水泥、砂、石的配级难以达到标准的情况,一定要及时制定调整方案,采取相应的补救措施,以确保对于高层建筑整体强度的控制。
3.高层建筑的养护措施近年来,在国内高层建筑中混凝土施工技术应用中,多使用泵送混凝土的施工技术模式。泵送混凝土可以有效缩短工期,而且还能够改善混凝土的整体性能。在高层建筑工程的具体施工工作中,在进行配比、原材料、振捣等控制措施的情况下,往往会出现混凝土强度难以达标的现象。混凝土难以达标的主要原因是,高层建筑工程对工期的要求比较严格,养护时间严重不足。这是一个十分矛盾和较难解决的问题,因此,在高层建筑中混凝土施工技术应用中,技术人员必须重视对建筑材料的养护措施,确保建筑材料符合高层建筑混凝土施工的基本技术要求。
二.高层建筑中混凝土施工技术的强化措施
1.强化混凝土施工技术的创新与研究目前,国内高层建筑混凝土施工技术中沿袭或借鉴的部分较多,自主创新与研究程度远远低于实际要求。国内建筑行业管理部门,建筑技术研究机构,以及相关高等院校都要顺应时展需求,组织专业人员进行混凝土施工技术的深入创新与研究,力争实现混凝土施工技术的适用性、科学性都由大幅度的提升。同时,高层建筑施工技术管理人员也要注意对于工作经验的积累与总结,通过长期施工技术应用的实践,有针对性的提出自己的观点与合理化建议,并且不断地在工作中寻求技术问题与解决方案。
2.强化混凝土施工技术交流环节的作用在高层建筑混凝土施工全面开展之前,技术管理人员一定要对于每一环节的施工节点进行必要的技术交流,技术交流的对象主要为工程设计单位和监理单位。混凝土施工技术管理人员要完全掌握高层建筑工程的技术要求与质量检验标准,并且结合施工单位现有施工技术力量、施工人员素质、原材料、机械设备等实际条件,进而制定科学、合理的混凝体施工技术方案。同时,强化混凝土施工技术交流环节的作用还表现在对于工程整体进度和质量的促进,也是工程建设方经济收益与社会效益实现的先决条件。
3.如何以混凝土施工技术促进建筑行业技术应用模式的科学化管理混凝土施工技术在建筑行业技术应用模式的作用和地位日益凸现出来,混凝土施工技术的发展是时展必然产物,也是建筑行业是先技术应用模式的科学化管理的需要。混凝土施工技术对于建筑工程整体技术管理工作有着一定的促进和强化的作用。混凝土施工技术的不断进步促使建筑行业技术应用模式科学化管理的新形势,技术化施工管理对于工程施工的各个环节,都有明确的要求和规定。混凝土施工技术为建筑行业技术应用管理提供了必要的技术保障,也客观的强化了国内建筑行业整体管理模式构建的科学依据。
以国内建筑行业的发展形势而言,混凝土施工技术对于建筑行业技术应用管理模式科学化发展的作用是绝对不容忽视的。如果始终坚持建筑行业的整体技术发展与创新,混凝土施工技术促进建筑行业技术应用模式的科学化管理的过程中,必然会发挥极大的促进作用与意义。
参考文献
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【3】汪国煊. 浅谈混凝土建筑物的裂缝[J]科技创新导报, 2009,(13) .
关键字:超高层建筑;避难层;防火疏散;城市形象;利弊Abstract: My high-rise building started relatively late, by the age of 90, had entered a period of rapid development. In the super-high rapid development has also brought a series of problems, climate, environment, safety, economy, psychology etc.. In the face of a high-rise building, how should we measure it? In the face of the advantages and disadvantages, we should make what kind of choice?
Key words: High-rise building; refuge; fire evacuation; city image; advantages and disadvantages
中图分类号: TU97
超高层建筑是伴随着社会经济快速发展及科学技术的巨大进步而发展起来的,它发展的速度非常快,如雨后春笋,日新月异。其数量之多,规模之大,设计技术之先进,艺术之动人是过去所不能比拟的,它创造了崭新的城市轮廓线,显示出人类塑造自己的空间环境,形成现代城市风貌的优越技术与才能。
1972年国际高层建筑会议上把高层建筑分为四类:第一类9-16层(50米以下),第二类17-25层(75米以下),第三类26-40层(100米以下),第四类40层以上(超过100米),
随着现代社会经济的发展,摩天大楼高度不断被刷新,它也越来越受到人们的重视。
图一:全球高层一览
我国超高层建筑起步比较晚,到了90年代,才进入一个快速发展时期。在超高层的快速发展过程中也带来了一系列的问题,气候,环境,安全、经济、心理等,尤其是9.11事件后,超高层的防火疏散问题,成为困扰及制约超高层建筑发展的重要因素。
图二:国内高层一览
首先介绍一下超高层建筑对人居环境的持续发展的许多不利影响,主要表现为:1.超高层建筑要比同等面积的多层建筑消耗更多的资源,人力和财力。2.超高层建筑为保持正常运作,在电梯,空调,供水,供暖,管理等方面要多消耗大量的能源。3.超高层如遇地震火灾等灾害,易造成更大的伤亡和损失。4.超高层建筑体量巨大,在城市空间、日照、电磁辐射、风环境和景观等方面都容易对城市环境及周围建筑产生不利影响。5.超高层建筑把大量人员聚集在一起,势必会给城市交通带来极大的压力。6.超高层建筑使人远离地面和自然环境,容易形成对人类健康不利的室内环境,诱发高层综合症。
超高层带来的安全问题,超高层建筑的防火疏散是不可避免的首要问题,在超高层建筑中缺乏地面消防行动展开的场地,导致外部灭火受到限制,而现在配置的消防云梯最高仅能到五十多米,相对数百米的超高层显得无能为力。安全方面中点介绍一下避难层的设置,避难层是指在超高层建筑中发生火灾时供受灾人员临时避难用的楼层,超高层建筑,如果每层高以3m计,一般都有35层以上,如每层居住人数以100人计,一幢超高层少则3一4千人,多则上万人,这么多人要在火灾时依靠几个楼梯安全疏散至室外是很困难的,何况容易在楼梯通道内互相碰撞,既影响疏散和救火,又会造成意外伤亡事故,因此,在超高层建筑中必须设置一定数量的避难层避难区面积亦经计算确定,按我国要求每平方米容纳5人计,有周密的引入措施,避难层的防烟楼梯应在避难层分隔,同层错位或上下层断开,但人员必须经避难层方能上下。避难层一般每隔15层左右设置,通常可与设备层或多功能建筑中的空中大堂相结合而设置。在避难层中应设有通讯和照明系统;同时也应设置室内消防栓和自动喷水灭火器,以保护避难层不受火灾侵害"总之,避难层的设置应以人的生命安全为最终目标,而且应该尽量加入一些人性化的设计以缓解人们在逃生中带来的心理压力。
然而在大城市中,超高层建筑也有它利的一面:
1.超高层建筑高度很高,容易形成一个地段地标,是经济发展与科学技术的结晶。
图三:曼哈顿城市高层景观
2.从城市建设角度来看,建筑物向高空发展可以缩短道路以及各项管线设施的长度,从而节约大量城市建设的总投资,在经济上有优越性。
3.超高层建筑可以增加人们的聚集密度,缩短互相联系的距离,把横向水平交通与竖向垂直交通相结合,使人们在地面上的分布方式空间化,节约了时间,增加了效率。
4.在同样的建筑面积与基地面积比值下,高层建筑能提供更多的地面自由空间,作为绿化休息场所及布置公共服务设施之用,有利于美化城市环境。
5.人口俱增,城市化加快,土地价格高涨,客观上要求空间的集约化,高层化发展是一种历史的必然。
6.科学技术及观念的进步,提供了新型建材!结构方式,新型电梯、水暖、空调、供电自控等设施为超高层的发展提供了支撑。
其中最重要的因素便是超高层建筑可以节约大量的土地,能在有限的地面空间之中争取更多的面积,并有利于市政设施的节约和办公效率的提高,我国是人口大国,土地资源很缺乏,允许一定的高层和超高层建筑是必要的。如将节约下来的土地作为交通绿化用地或辟为城市开敞空间,将使人居环境大为改善。同时,智能化的超高层建筑也符合现代化大型公司的发展需要,超高层建筑造型挺拔,经妥善才处理后还可丰富城市景观,提供标志性建筑。阿托艾(Attone)说过“天际线已成为/一个城市集体的主要象征……一个城市的标志。”事实上人们已把天际线看作自己的城市!自己的地区,有时还包括自己生活方式的象征",而超高层对于丰富城市的天际线来说必不可少。国内最典型的代表就是上海的城市天际线高低错落,蔚为壮观。
图三:上海市天际线
【关键字】多高层建筑;钢框架结构;发展情况;市场发展现状;计算机辅助设计应用
【 abstract 】 steel frame structure has been in many is widely applied in high-rise buildings, this paper analyzed the domestic and foreign many high-rise building development situation and the structure of the high-rise construction steel structure in our market development present situation, this paper introduces in computer aided technology in steel structure design and application of the steel structure of the market development present situation and application.
【 keywords 】 high-rise building construction; Steel frame structure; Development; Market development present situation; Computer aided design application
中图分类号:[TU208.3]文献标识码:A 文章编号:
一. 国内外高层建筑钢结构的发展情况
1. 国外超高层建筑的发展情况
在1995年的国际高层建筑会议上了当时世界上100栋200米以上的超高层建筑概况表。表1中摘录了前10位超高层建筑的高度、材料、功能情况,由此我们来分析国外超高层建筑的发展情况。
表1世界前10位超高层建筑的高度、材料、功能情况
注:S为钢结构,C为混凝土结构,M为钢—混凝土组合结构
* 世贸中心1、2在9.11事件中倒塌
(1)200m~300m的超高层建筑数量在不断增加
在国外,超高层建筑出现于20世纪30年代,在二战中增长有所缓慢,70年代以后,增速更是明显加快。在公布的100栋的高层建筑里,20%的建筑高度为300~450m,80%的高层建筑高度为200~300m。
(2)超高层建筑材料的多样化
70年代之前的超高层建筑大部分采用钢结构,80年代后增加了钢-混凝土结构。
(3)超高层建筑的用途在拓展
80年代之前的超高层建筑大多用于办公,90年代建设的超高层建筑增加了住宅等多种功能。
2. 国内高层建筑钢结构的发展情况
80年代之后,我国的多高层建筑数量也呈现快速增长趋势,表2是对我国80年代之后建设的多高层建筑高度、材料、功能统计状况,由此我们来分析国内多高层建筑的发展情况。
表2我国多高层建筑高度、材料、功能统计状况
(1)大多数多高层建筑高度在50~300m。
(2)大多数多高层建筑的使用材料为钢—混凝土结构。
由于钢—混凝土结构具有抗震性能好,承载力高、节约材料和施工便捷等优点,因而在多高层建筑中被广泛使用。
(3)多高层建筑功能的多样化。
二.建筑钢结构的计算机辅助设计
目前,由于钢结构的具有自重轻、抗震性能好等有优点,被广泛应用在民用和工业建筑中。但是钢结构的设计技术难度大,图形表达繁琐,给人们造成了极大的困扰和不便。近年来,由于计算机技术的迅猛发展,计算机辅助设计(简称CAD技术)已被广泛应用于建筑结构的设计中, 在结构设计中的分析、绘图、统计等功能,给人们带来了极大的便利。
建筑结构设计是建筑设计和施工设计中的重要环节。设计人员需要在自身实践经验的基础上,根据建筑设计的要求,在保证安全性和经济性的前提下,通过力学分析与设计,确定建筑物尺寸并构造细节,并将设计结构通过文本和图性表达出来。在设计过程中,设计方案的参数设置、结构分析、约束验算以及满足规范性和性能安全的需求等一系列环节都通过计算机辅助技术来完成。计算机辅助技术通过图形技术与用户交互技术来完成对结构模型的输入和调整,并通过三维图形来进行直观表现与查询;通过有限元技术来进行准确的结构分析从而得到满足满足工程精度要求的构件内力和位移等反应。同时,计算机辅助设计软件可以根据相应规范和性能要求进行统计、调整、设计和验算,通过自动图纸生成来完成结构图纸表达。随着计算机辅助技术的发展,将实现方案调整中引入优化技术,实现钢结构的较优化设计。利用计算机辅助技术设计钢结构,不仅提高了施工图放样的速度和计算的精度,而且实现了CAD数据的共享,增大了荷载数目的组数,便于找出不利情况,同时提高了变更、修改的调整能力,减少了设计人员繁重的查表和计算工作。
目前, 国内外已开发出不少CAD软件,比如中国科技咨询中心建筑工程专家组联合开发推出的BDS/SCN一97高层建筑钢/钢筋混凝土三维结构CAD系统、浙江大学土木工程系研究开发的MSTCAD空间网格结构微机设计系统、同济大学建筑工程系研究开发的3D35微型空间钢结构杆件系统CAD软件、同济大学建筑工程系研究开发的DELSF轻型门式刚架设计软件、清华大学土木程系研究开发的LWSS一98.1金属薄壁折皱拱壳结构分析软件、欧洲钢结构CAE/CAD/CIM/一体化SCIA、德国公司开发的SDDF、STADE钢
结构设计软件等,这些软件各有特色,适合不同的设计规范和建筑要求,为钢结构设计提供了极大的便利。
二.多高层建筑钢结构的市场发展现状和应用
(1)多高层建筑钢结构的市场发展现状
改革开放以来,经济的飞速发展为钢结构的广泛应用提高了有利的环境。十一五期间,大力推进钢结构的发展和应用技术水平的提高,钢结构和钢—混凝土结构在高层和超高层建筑中被广泛采用,为开发钢结构住宅建筑体系,实现产业化打开了良好的局面。 据统计,2008年我国钢结构产品的产量是500487771.95吨,同期相比增长了1.13%,2009年钢结构产量约为2300万吨,产值超过3000亿,钢结构结构产量每年按10%左右的速度增长,预计到2015年达到5000—6500万吨,钢结构的房屋建筑占全国房屋建筑的15—20%左右。
(2)多高层建筑钢结构的应用
由于钢结构的承载能力大、抗震性能好、自重轻等优点,一般50层以上的高层建筑均为钢结构,采用H型钢梁,上下翼缘用对接焊、腹板用高强螺栓作抗剪连接,柱与翼缘对应处有强加板,楼板用压型钢板加钢筋网加细石砼构成组合板,用销钉连接板与梁。
由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社等36家企业,偕同政府系统机构日本海外经济协力基金(OECF)联合投资的上海环球金融中心,位于陆家嘴金融贸易区,建筑总面积335,420平方米,地下3层,地上101层。建成后的高度达492米,总用钢量达26000吨,该工程于2008年8月完工。 大楼主体采用巨型框架—核心筒组合结构体系。巨型框架结构系统包括位于角部的巨型柱和位于巨型柱之间的巨型斜撑、带状桁架(相当于巨型梁)。大楼工程钢结构深化设计采用Xsteel软件进行设计、校核和出图,应用CAD的参数化设计技术进行钢结构下料、放样设计以及文档及资料管理等,出图快,大大提高了准确率和效率。钢结构在安装时,采用150t履带式起重机安装F1—F5层的巨型钢柱,采用两台M900D塔式起重机安装F5—F90层的巨型钢柱及核心桶外的所以钢柱,核心墙内及核心筒中的所有钢构件由M440D塔式起重机吊装。钢结构在上海环球中心建造过程中发挥了关键作用。
【总结】
钢结构已经被广泛应用于人们的生产活动中,在高层建筑的建设中发挥着重要的作用,在我国也有着广阔的市场前景。随着科学技术的发展,钢结构设计中计算机技术也会越来越成熟,更好的服务于多高层建筑中钢结构的设计运用。
【参考文献】
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[6]. 钢结构发展现状及未来发展趋势,?from=related&hasrec=1,2011.
【关键词】高层建筑;结构设计
1.高层建筑结构概念设计的基本原则
1.1结构的简单性。应将复杂的变成简单、将结构的受力与传力途径设计越简单、直接和明确就越好、尽可能避免出现以抗扭为主导的关键性传力构件、传力途径越复杂就越易形成内力与变形的不协调和难以预料的薄弱环节。同理,对结构进行分析计算时,应该运用最简单、最直接、概念很清除地计算方法,切忌使用概念含糊不清,有的甚至连概念都看不出来,系数套系数的繁琐计算方法。
1.2结构的规则性和均匀性。
1.2.1建筑平面规则,平面内结构布置宜规则、对称、均匀、减少偏心,使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递,并使质量分布与结构刚度分布协调,限制质量与刚度之间的偏心、建筑平面规则、结构布置均匀,有利于防止薄弱层的结构过早破坏、倒塌,使地震作用能在各结构之间重分布,增加结构的超静定的数量,发挥整个结构耗散地震能量的作用。
1.2.2沿建筑物竖向的结构布置宜规则、均匀,避免刚度、承载能力和传力途径的突变,避免有过大的外挑和内收,,以限制结构在竖向某楼层或少数几个楼层出现敏感的薄弱部位,以致在这此部位因产生过大的应力集中和过大的变形而使结构不安全。
2.高层建筑的施工技术分析
2.1混凝土施工技术。在国内高层建筑混凝土施工中,混凝土施工技术的应用范围极为广泛,混凝土施工技术的发展与创新是保证高层建筑物质量的根本,也是促进国内建筑行业施工技术全面发展的关键部分、高层建筑中混凝土施工技术的应用过程中,既要坚持与高层项目建设实际需要相结。合的原则,还要严格把握施工技术应用的要点、高层建筑中混凝土施工技术应用的要点,主要表现在以下几个方面:
2.1.1高层建筑的裂缝预防与控制一高层建筑中混凝土施工中,由于受到人为、外界气候、技术手段、机械作业等原因的影响,经常会出现建筑体地面或墙体出现局部裂缝的现象、混凝土施工技术人员一定要考虑到由于外部气候条件、天气状况的不同,混凝土的结构自然也会有所差异,其裂缝宽度的控制也会有不同的控制标准。目前,国内高层建筑中混凝土施工技术对于裂缝问题的预防与控制,普遍以施工期间的技术强化与重点监管为主。
2.1.2高层建筑整体强度的控制、在高层建筑混凝土施工中,建筑整体强度的控制是至关重要的,也是建筑工程质量达到国家相关检验标准的根本保障、高层建筑混凝土施工中,技术人员一定要根据国家及地下相关工程质量标准的要求,调配出不同强度等级的混凝土样品,并要将其送到指定的质检机构进行级配强度试验,混凝土施工中要严格按照级配报告的标准进行大批量的混凝土调配、在混凝土现场施工环节,技术人员还要加强原材料的质量控制与强度检验,一旦发现水泥、砂、石的配级难以达到标准的情况,一定要及时制定调整力案,采取相应的补救措施,以确保对于高层建筑整体强度的控制。
2.2转换层施工技术。
2.2.1控制网的布置、高层建筑转换层的结构分为顶层、转换层以上标准层、转换层、转换层以下等四个层面、在高层建筑转换层施工中,由于受施工范围的限制,为了全面保证施工的整体进度和质量,以及施工过程中各个控制点不遭受破坏,主楼的垂直度和施工测量数据都必须得到有效地控制,各项数据存在某此误差是不可避免的,但是只有充分应用现代施工技术和测量仪器,是完全可以把误差控制在科学范围之内的。高层建筑转换层施工中。
2.2.2钢筋制作和绑扎工艺、高层建筑转换层施工中,钢筋作为最主要的建筑材料,对于其应用的施工技术形式为钢筋制作和绑扎工艺、高层建筑转换层施工过程中,首先要在钢筋沿体周围一定的距离安置一定数量的U形钢支架,这样不但可以有效保证钢筋的整体垂直度和外部保护层的厚度,而且对于转换梁钢筋的绑扎具有一定的稳定和定位作用、转换梁钢筋的绑扎必须严格按照施工技术要求,及相关规范来开展和进行,钢筋捆绑的科学顺序为:架设U形支架,放置开口底箍、绑扎牢固,放置内开口箍,从中间向两边分层放置水平主筋、绑扎牢固,从两侧插入水平开口箍、只有严格遵守钢筋制作和绑扎工艺,才能保证高层建筑施工的基本质量要求。
2.3连体结构施工技术。抗震性能要求,高层建筑物连体结构一般是由两栋或多栋建筑之间设置的架空连接体而形成、高层建筑物连体结构的跨度因建筑的实际需要及用途的差异而略有不同、在国内现阶段应用的高层建筑物连体结构施工技术中,连接体与主体结构的连接一般采用刚性或柔性连接两种形式、由于高层建筑物连体结构得竖向刚度容易发生突变,结构扭转效应也相对较大,且竖向与水平地震组合作用对连接体及其附近主体结构有不利影响,受力复杂、因此,在连体机构施工技术的应用中一定要强化建筑物的整体抗震性能,全面保障建筑物的使用安全与整体性能、另外,节点刚度对高层建筑物整体刚度的影响也很大,屈曲是在施工中必须引起重视的重要技术问题之一。
3. 结论
高层建筑结构概念设计是运用人的思维和判断能力、从宏观上决定高层建筑结构设计中的基本问题、具体说来,就是要有效地选择结构体系,与高层建筑物的使用要求相互协调、采用由大到小、自顶向下的原则选定结构型式,使所选结构型式在适当条件下能使建筑具有形体美和环境美,并且满足地形、地质、材料、施工等条件,综合处理好功能、技术、艺术、经济等方面的矛盾。
参考文献
[1] 马洪涛.国内高层建筑施工的控制与管理,[M].北京:中国社会科学出版社,2004.
具象的高层建筑的核,让人在想象中抽象,在感性中理性。但非理性的思维却一而再,再而三地去从众多表象中将最本质的精髓剥离,让我们见证了高层建筑最真的本质。
与覃力教授结缘,需追溯至几年以前,因杂志改版,需要众多专家支持,他也就成了我们的编委,每年的联系虽不是很紧密,但是那根由时间串联的线牵着他,也牵着我们。再后来就是“深圳话题”,他的积极、他的奔放在这次论坛组织中一展无疑,覃力教授是一位学者型建筑师,他在从事建筑教育和研究工作的同时,还始终坚持创作实践,本期专访中所刊登的建筑作品均为覃力教授近期完成的设计项目。而本次专访的内容,则主要是围绕覃力教授的研究成果展开的。此时此刻,唯有聆听,让我们去静静地聆听他关于高层建筑之核的研究。
核:必不可少
本刊记者:高层建筑与其他建筑的最大区别,就在于它有一个起重要作用的“核”。而这个“核”在形态结构上起着举足轻重的作用,并决定着高层建筑的空间构成模式,请问如何理解高层建筑的“核”?
覃力:高层建筑,最重要的是结构,要使建筑物能够建造得更高,合理可行的结构支撑是不可或缺的先决条件。由于高层建筑要考虑水平荷载的作用,所以通常会采用刚度更大的简体结构,于是,便有了起结构作用的核心筒。它是建筑、结构、设备等多个专业,从技术上、空间上进行整合之后,而形成的一个集消防疏散、垂直交通、设备管井和结构支撑等功用为一体的“核”。 “核”是高层建筑的主要特征之一,多层建筑不一定有核,但是高层建筑,尤其是钢筋混凝土结构的高层建筑,一般都有“核”,而且核也有许多种形式。
本刊记者:高层建筑“核”的重要性体现在哪里?
覃力: “核”的重要性,对于高层建筑来说,不仅仅是各专业之间的设计优化和空间整合的结果,其关键之处还在于,这个在结构体系中起着重要作用的“核”,在高层建筑的形态构成上,也是举足轻重,决定着高层建筑的空间构成模式,即整个建筑空间的组--织方式和整体的空间效果。核的位置、核的方式、核的形状,跟整个高层建筑的空间组织都有着非常密切的关系,而且,核的不同位置、不同方式,都会引起高层建筑空间组织上的重大变化。
本刊记者:可以举例解释一下吗?
覃力:比如说:早期的高层建筑,在一百多年前,以美国为代表,当时的高层建筑设计并没有“核”的概念,垂直交通、设备管井和结构体系均没有经过设计上的优化整合,而带有明显的随意性和分散性,基本上都是延续多层建筑的方式,各自按照不同的要求进行设计。这样,无论是在经济上还是使用上,都带来了许多不利的因素。后来,设计慢慢地不断进行优化,才逐渐形成了目前这种,在高层建筑或超高层建筑中都普遍存在着的“核”。
核:三心合一
本刊记者:您曾在文章中提到,上海金茂大厦属于“内核空间”构成模式,请问何为“内核空间”构成模式。可否简单地介绍T?
覃力:金茂大厦的平面中央,有一个包括电梯、楼梯,还有各种设备管井的核心筒。由于它位于平面的中心位置,所以被称为“内核空间”构成模式,或者叫做中央核心筒式的空间构成模式。由于筒于建筑物的几何位置中心,这就使得建筑物的“质量中心”、 “刚度中心”和“型体核心”三心重合,非常有利于结构受力。这种内核空间构成模式,自形成之后,经过长期的实践,以其结构合理、使用方便和造价相对低廉的优势,很快便发展成为高层建筑中最为常见的空间组织形式。时至今日,世界上很多高层建筑,尤其是超高层建筑,基本上多采用这种空间构成模式。
本刊记者:除了内核空间构成模式之外,还有其他的空间构成模式吗?
覃力:上海的金茂大厦,属于内核空间构成模式,不过,除了内核空间构成模式之外,还有“外核”和“多核”等不同的空间构成方式。 “外核”也有几种不同的形式,其中应用得比较多的是“双侧外核”,这种情况大部分适用于长方形、矩形的平面,矩形平面的两端会做垂直交通、设备管井等,形成“双侧外核”的空间构成模式,当然,也有在高层建筑物一侧做外核的情况。
核:与时俱进
本刊记者:随着时代的发展、技术的进步,人们对建筑需求的变化和设计的侧重点不同,高层建筑的内核空间构成模式开始受到了挑战,您认为“双核构成”模式出现的原动力是什么?
覃力: “双侧外核”空间构成模式的出现,主要可能是由于建筑造型上的变化所致,因为,人们都希望建筑的空间组织不能过分单一。“内核”空间组织模式的建筑平面,基本上都接近于方形,或者说,这是一种从中间的“核”到其它几个方向、基本等距的空间组织方式。如果是长方形建筑的话, “核”做在中央,那么“核”到建筑周边四个方向的距离就不同,横竖两个方向的受力情况就不一样,而且,长方形两端的疏散距离,就可能超过规范的规定,再做中央核心筒效果就不一定好,而且,核心筒必须落地,起着垂直交通和结构的作用。因此,入口大厅会比较堵,很难看穿,因为中间有一个“核”挡着。为了更好地解决消防疏散的问题,同时,也使底层空间更加通透,于是“双侧外核”式的空间构成方式就应运而生了。 “双侧外核”的空间构成模式是这样:两侧的外核可以直接落到地下,中间部分可以完全架空,主入口门厅非常通透,上部建筑的空间组织也灵活了很多。
本刊记者:通透产生双侧外核吗?
覃力:双侧外核的出现,也不光是为了解放底部空间,高层建筑的上部空间组织也会很不一样。内核是在中间被使用空间所包围,四周都是功能用房,中间的垂直交通是封闭的,有时候“核”里面也会做一些卫生间、杂物间一类的附属房间。这样,垂直交通(包括电梯厅)、卫生间和所有的附属空间都是黑的,因为周围被一圈使用空间所包围。 “中央核心筒”在中心,不能直接对外采光、通风,核心筒内的空间效果不是很好。但是,如果做成外核, “核”本身便可以直接对外采光、通风。所以,无论是交通空间也好,还是卫生间、杂物间也好,都是直接露明的,全部可以自然采光、通风。因此,人们对整个空间的感受也会完全不一样,所以“内核”与“外核”在空间感觉上的差异很大,前者比较封闭,后者非常开放。
核:中国特色
本刊记者:马来西亚建筑师杨经文设计的高层建筑,不但楼梯、卫生间全部对外,而且电梯的筒壁也刻意用来近挡日晒,可否叫做分散外核空间构成模式的生态设计方式?能否举例解释一下。
覃力:其实,不光杨经文这么做,所有的“外核”或是“分散核”的空间构成方式,基本上都是把垂直交通、卫生间、茶炉间等放在外侧。放在外侧,就要考虑放在哪一侧更有利。杨经文也并不是把所有的核都放在建筑的西侧,其他建筑师做的设计,
如一些高技派建筑师,包括福斯特,他们设计的高层建筑,也常常采用这种“外核空间”的构成模式。就是把我们所说的垂直交通、还有设备用房和辅助用房等,都做在建筑的外侧,这样自然会起到一定遮挡西晒的作用。比如福斯特设计的香港汇丰银行,他就采用了“双侧外核”的空间构成方式,外侧的“核”也有一定的遮挡西晒作用。
但是,中国的情况就不太一样,国内的高层建筑多追求高度,相对于国外的高层建筑来说,标准层的面积比较小。有人做过这方面统计,国内的高层建筑标准层面积一般都是在2000m2以内,它就不太容易做成“分散核”式的空间构成模式。所以说,国内基本上到现在为止,从空间构成模式的角度来探讨的话,还是以中央核心筒模式为主,较少做其他的类型。但是,国内也有一些采用“双侧外核”空间构成方式的高层建筑,然而非常少, “分散核”的情况基本上没有,像非常有日本特色的“核”与主体建筑分离的情况,就更谈不上了,国情不一样,设计的方法也不同。
国内目前还不太强调在建筑空间上有什么创新,或是有些什么特殊的效果,也不太在乎空间效果怎样才能做得更好,而是过分地注重外观、注重外在形态,追求高度。要建高层建筑的话,一定要做得很高,很挺拔,所以中国的高层建筑都相对比较瘦高,这就是中国的现实吧。
本刊记者:中国特色?
覃力:对,也可以说是中国特色,与其他国家不太一样。
核:诱发变革
本刊记者:那您在做设计的时候,也主要是采用中央核心筒的形式吗?在高层建筑中引入中庭,可以说是诱发了高层建筑空间构成的又一次变革,这种变革的实质是什么?产生了什么样的效果?
覃力:我设计的高层建筑,大部分也都是中央核心筒的形式,当然不一定是中央内核,比如我设计的深圳横岗大厦的核心筒,两侧是对外开放的,可以直接采光通风、属于开敞式的核。但是,毕竟在国内做分散式的核心筒,还是有一定难度的。
您提到将中庭引入到高层建筑之中,这是一个很关键的问题,其实,除了“核”的变化之外,影响高层建筑空间组织方式最重要的因素,就是中庭空间的介入。这是高层建筑空间构成上的又一次重大变革。
中庭空间的介入,始于20世纪80年代前后,这在日本的高层建筑里表现得比较明显,欧洲也有这种情况,特别是高技派建筑师,他们在高层建筑的设计中,也会做一些中庭空间。
中庭空间有几种方式,一种是做成通高的大中庭,还有一种就是分散的多个小中庭,中庭可以做成封闭的,也可以做成开敞式的空中花园。在国内,小中庭特别是所谓的空中花园,应用的比较多,大中庭应用的较少,只是近年在北京的个别高层建筑中所有尝试。国外那种通高的大中庭,比如说100m高的高层建筑,中庭可以整个通高,也是100m,建筑围绕在中庭的周边,中间是一个通高的大中庭。这种方式在日本、欧洲都蛮多的,福斯特设计的德国法兰克福商业银行总部就是这种形式,中间有一个很大的通高中庭。
本刊记者这种变革的实质是什么呢?
覃力:变革之后的建筑效果要好得多,内部空间也丰富很多。如果把大中庭引入到建筑的内部,室内的交通空间和公共空间便可以更加通透,而且各层可以连通,空间流动,人的视线从这边通过中庭可以看到另一边。功能空间与公共活动空间之间相互融合、相互贯通,人流动线的可视化程度有了很大的提高。而同时,这种空间组织方式,也使得高层建筑的空间构成模式,发生了革命性的变化,由层层封闭的“积层式”,演变成为上下贯通的“动态流动空间”。
这种做法在国外较为普遍,中庭结合电梯一起做,垂直交通采用玻璃电梯,很像商业建筑中的中庭,玻璃电梯在中庭中穿行,坐在电梯里,可以看到不同楼层的办公空间。在办公空间里,也可以看到公共空间、走廊和电梯上人们的活动情况。有些高层建筑的中庭里面,还会相应地做一些天桥,整个内部空间就会更加丰富,而且大中庭还可以起到风井的作用,使空气流通起来,有一定的节能作用。
此外,还有小中庭的做法,每隔两三层做一个中庭,一个一个从下向上一串,做很多个小的中庭。这样的话,可以将小中庭做成公共休闲空间,人们可以在工作之余到这里放松一下,缓和紧张的工作氛围。还有把小中庭直接对外,做成开放的或是半封闭的空间(也可以是封闭的)的做法,这就变成了空中花园,可以种植物进行绿化,把地面的花园搬到空中,夸张一点说,这也可以被称做是所谓的生态设计手法。小中庭在国内高层建筑中应用的比较多,深圳就有很多高层建筑采用这种做法。
核:趋势多元
本刊记者:您曾就日本的高层建筑内核空间进行过研究,提到过日本创造了应用于长方形平面高层建筑的“双侧外核空间构成模式”,日本和中国之间的区别在哪里?
覃力:这个,不好说是日本创造的,全世界差不多同时在发展。高层建筑从一百多年前开始,到20世纪70至80年代前后,曾经流行过一阵“双侧外核”空间构成模式的高层建筑。日本70年代的时候,正是大规模建设高层建筑的时期,所以为了追求空间结构上的变化,那时建造的“双侧外核”式的高层建筑,相对来说比较多。但是,也不能说是日本创造的,美国也在做,别的国家也有一些这方面的实践,如贝聿铭先生设计的新加坡华侨银行中心办公楼,就是“双侧外核”的空间构成模式。其实,很多建筑师都做过这种“双侧外核”的高层建筑方案,只不过日本那个时候“双侧外核”的高层建筑做的比较有特点,从内部空间到建筑外形都很有日本特色。
本刊记者:它的特点是什么,我想您特意去研究日本的高层建筑,那日本就应该有自己独特的地方。所以您才会研究。 覃力:对,但这个特点,不是一句话就可以表达清楚的,它是一个过程,是高层建筑空间构成方式发展的过程。从“无核”到“有核”,从“内核”发展到“外核”,再到“多核”、“分散核”等等。即便是“内核空间”,也有好多种变形,不一定是正方形的核在中间,建筑物的形状可以很自由。
“外核空间”的构成模式大概有两类:一类是前边提到过的“双侧外核”;另一类是“单侧外核”。这样就可以把高层建筑的空间,做得比以前更丰富、更有意思,变化也更多。但同时,高层建筑的空间构成模式还在继续变化,而且越来越丰富。
在日本比较突出的是,核的“分散”和“分离”。所谓“分散核”,就是有多个“核”被分散布置在建筑的周边及内部,而“核”与使用空间分离的做法,侧是“核”独立,并脱开主体建筑。后一种做法多用在规模较小、占地有限、比较瘦高的高层建筑中,很有特色,其他国家做得相对较少。日本现在的高层建筑,基本上是一个多元化的发展趋势,不是只有中央核心筒一种方式,而是出现了“双侧外核”、 “单侧外核”, “分散核”,以及“核与主体分离”等多种情况。
本刊记者:是核的发展让空间更加丰富多彩,还是人们的需求让核不停地在发展?
覃力:首先是人们的需求在不断地变化,人们都希望建筑的空间效果不要过于单调,希望空间组织更加丰富、更加舒适,所以建筑师为了适应这种需要,便不断地追求变化和创新。另外,就是设备在进化,结构设计理念也在逐渐地变化,所以是多方面的原因,导致了高层建筑的空间模式也在不停地发展变化。
比如说:从结构的角度来讲,并不是一个中央核心筒,就能够解决所有的问题,有时候基于抗震的需要,还要加强建筑物四个角部的钢度,那么这四个外角就有可能做成剪力墙或筒体。这种情况就不仅仅是一个中央核心筒了,而是多个核,四个角有四个核,中间还有一个核,这就变成了一种多核并存的情况,这种设计从结构的角度来看自然更为合理。
另外,设备的发展变化也很大,从20世纪后期到现在的这几十年,发展变化特别快,各种设备都在不断地进化。特别是弱电方面,随着智能化建筑的普及,以及电信、网络设施的不断升级,不仅导致了在高层建筑中大量地应用计算机和通讯设备,甚至,许多高层建筑在完工之后,还仍然需要频繁地改造布线系统和增加新设备。实际上,在很多情况下,为了适应经常性的局部改造,光缆和电脑网络管道井、配线箱以及中断装置等等,每层都必须设置三处以上才算合理。这样,在建筑上,为了满足电信设备经常变动的需要,便将核分散化,分别设置多个设备用房和管道井。于是便出现了这种“分散核”的情况,应该说,这是多方面的需求一起整合出来的空间上的变化。
本刊记者:是一种必然的趋势?