超高層建筑建設(shè)問題的探討

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摘要：多高的建筑就可以稱為“超高層建筑”？在我國的建筑規(guī)范中并無明確的規(guī)定。在我國的（高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50045-2001年版）中，只規(guī)定了：10層及10層以上的居住建筑，或高度在24m以上的公共建筑，稱之為“高層民用建筑”。至于對“超高層建筑”則無明確的界定……關(guān)鍵詞：超高層建筑建設(shè)多高的建筑就可以稱為“超高層建筑”。在我國的建筑規(guī)范中并無明確的規(guī)定。在我國的（高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB50045-2001年版）中，只規(guī)定了：10層及10層以上的居住建筑，或高度在24m以上的公共建筑，稱之為“高層民用建筑”。至于對“超高層建筑”則無明確的界定。在該規(guī)范中，只在避難層、停機(jī)坪、消防水壓、滅火設(shè)施、正壓排煙及火災(zāi)自動報警等方面，對于高度超過100m或?qū)訑?shù)超過32層的民用建筑有特殊要求。依此理解，是否100m可以作為“超高層”與“高層”的一個界限呢？我認(rèn)為是合適的。從日本的（消防法）來看，它對高層建筑的界限是定在31m高或10層的建筑物。在1999年日本出版的一本著作中，進(jìn)一步將高度在100m以上或25層以上的建筑物定義為“超高層建筑”，并將高度在300m以上或，5層以上的建筑物稱為“超超高層建筑”。實際上，到2000年，日本的第一高樓還只有296m高（橫濱的置地大廈，地上70層，地下3層，1993年建成）。我國高度在百米以上的超高層建筑的建設(shè)，開始自20世紀(jì)70年代。當(dāng)時突出的例子是115m高的廣州白云賓館，它建成于1976年。80年代，我國在經(jīng)歷文革浩劫之后，轉(zhuǎn)入改革開放的局面。為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，有一批百米以上的高樓崛起于沿海開放地區(qū)。首先集中在廣州和深圳，上海、天津間有一些，尚形成不了氣候。真正成群的高樓聳立是在90年代。特別是在1992年以后，改革開放的大好形勢進(jìn)一步形成，一棟棟擎天巨廈矗立在祖國的土地上。僅從中國建筑科學(xué)研究院的統(tǒng)計來看：截至1996年底，全國最高的百棟建筑物中，最低的為120m，高度在200m以上的有8棟。到了1998年底，全國最高的百棟建筑中，最低者為150m，200m以上者有20棟，最高為420m.其中高度在300m以上的就有深圳的地王大廈（325m，81層，1996年建成，世界高樓第十一位）、廣州中信廣場（322m，80層，1996年建成，世界高樓第十二位）和上海金茂大廈（420.5m，88層，1998年建成，世界高樓第三位）。這都夠得上“超超高層建筑”了。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國現(xiàn)有高層建筑46660棟，百米以上的超高層建筑有850棟。到了2000年左右，全國好幾個地方都提出了擬建超超高層建筑的規(guī)劃，僅在北京見諸報端的就有兩棟300m以上的高樓和3棟500m以上的高樓。2000年8月，金茂大廈開業(yè)一周年，上海舉辦了國際超高層建筑經(jīng)營管理研討會，邀請了世界上最高的4棟大廈的物業(yè)主管經(jīng)理參加，即吉隆坡的雙塔、芝加哥的西爾斯大廈、上海的金茂大廈和紐約世貿(mào)中心。紐約世貿(mào)中心的物業(yè)主管經(jīng)理AlanReiss相當(dāng)仔細(xì)地介紹了紐約世貿(mào)中心的管理經(jīng)驗，特別是在1993年遭受恐怖分子汽車炸彈襲擊之后，所采取的一系列應(yīng)付突發(fā)事件的措施。我們當(dāng)時聽了，很佩服他們考慮周到。但是當(dāng)時沒有想到的是，僅僅過了一年，“9.11”事件就將紐約世貿(mào)中心夷為平地。而Reiss先生是否罹難，亦不得而知。這次會議還邀請了日本第一高樓橫濱置地大廈和韓國第一高樓漢城的六三大廈的主要負(fù)責(zé)人參加了會議。這次會議開得很成功，但是對國內(nèi)建設(shè)界的影響并不大。超高層建筑由于其體型巨大，功能復(fù)雜，容納人員眾多，投資十分龐大。通常由于它特殊的地位，成為一個地區(qū)的地標(biāo)式建筑。近年，對這類建筑物稱之為科技的集中體現(xiàn)，綜合國力的象征，城市的標(biāo)志等等，都是恰當(dāng)?shù)?。其本身確實是體現(xiàn)了多方面的物質(zhì)成就。它要耗費(fèi)大量的人力、物力、財力。金茂大廈的每平方米造價大體上要20000元人民幣，每天的正常運(yùn)行費(fèi)用約需上百萬元人民幣。所以，超高層建筑的建設(shè)和維護(hù)要耗費(fèi)大量財富。就現(xiàn)代超高層建筑的巨大維護(hù)費(fèi)用來說，已經(jīng)失去了早期建造這一類建筑是為了節(jié)約用地的意義。按照英國DEGW在1999年公布的文件，將建筑物的壽命（生命周期）定為65年的話，其建設(shè)費(fèi)用與維護(hù)費(fèi)用之比約為1：3至1：4.若以上海金茂大廈每天的維護(hù)費(fèi)為100萬元人民幣計算的話，65年壽命約需237億元，差不多為建設(shè)費(fèi)用的4.5倍左右，這是個很大的數(shù)字，是任何建設(shè)者不得不考慮的問題。一、普通問題轉(zhuǎn)化成特殊問題從土建工程角度來看，建造超高層建筑，技術(shù)上應(yīng)該是沒有什么問題的。我國幾度提出過要建造高度在500m以上的大樓就說明技術(shù)是可行的，有人說“從技術(shù)上說，建筑？km高的大樓也是可以的”。但是，從設(shè)備和設(shè)備系統(tǒng)角度看就不那么些簡單了，超高層建筑絕不是普通建筑的拉伸或簡單疊加。在一般建筑物中的一般問題，到了超高層建筑中都成了特殊問題，需要特別關(guān)切和處理。在這些問題之中，某些問題到了超超高層之中會更加變本加厲地凸現(xiàn)出來，甚至，一些問題成了國際性的疑難雜癥。高層建筑要承受側(cè)向的風(fēng)力，這一點是勿庸置疑的。但是，對建筑物影響多大？一般說，在正常的風(fēng)壓狀態(tài)下，距地面高度為10m處，如風(fēng)速為5m／s，那么在90m的高空，風(fēng)速可達(dá)到15m／s.若高達(dá)300-400m，風(fēng)力將更加強(qiáng)大，即風(fēng)速達(dá)到30M／s以上時，摩天大樓產(chǎn)生的晃動將十分劇烈。紐約世貿(mào)中心在春季刮風(fēng)時，通常搖晃偏離中心6-12英寸（15-30cm），在強(qiáng)颶風(fēng)作用下，位移可達(dá)3英尺（1m），設(shè)計按最大風(fēng)力下的最大偏離為4英尺（7.3m）。據(jù)報告的資料，芝加哥西爾斯大廈在大風(fēng)情況下最大偏離中心可達(dá)6英尺（2m），據(jù)說他們裝了陀螺平衡裝置后可調(diào)到5英尺。上海金茂大廈的項點位移按風(fēng)洞試驗可達(dá)0.9-1.2m.對大樓的這種晃動，紐約世貿(mào)中心的經(jīng)驗是首先考慮它對電梯的影響。電梯被視為超高層建筑的“生命線”。紐約世貿(mào)中心有246部電梯，當(dāng)電梯高速運(yùn)行的同時，如果大樓的晃動超過6英寸，電梯的鋼纜就會因時緊時松的受力不均受到傷害，并造成危險。為此，他們專門設(shè)計了一套報警系統(tǒng)和電梯鋼纜的隨動跟蹤機(jī)構(gòu)，可以及時調(diào)整電梯鋼纜的長度喬口受力情況。另外一個在普通房屋中不會出現(xiàn)的現(xiàn)象是：到了冬天，在氣溫較低的情況下（紐約世界中心的資料是氣溫低于-6攝氏度），會由于低層（特別是一層大堂）和地下室的冷空氣竄入電梯井，經(jīng)煙囪效應(yīng)形成強(qiáng)大氣流，造成電梯關(guān)不上門。而且會將底層的一些氣味帶到高層，如廚房的氣味、油煙味等，此時如在底層或地下室有電焊操作或燃?xì)庑孤┚涂赡軐⒒鹪措S氣流帶到高層，極端危險。同時，由于電梯轎廂與井壁間的縫隙很小，在電梯移動時，氣流的摩擦?xí)a(chǎn)生嘯叫，這種現(xiàn)象在金茂大廈也有出現(xiàn)。據(jù)對于超高層建筑設(shè)計極有經(jīng)驗的美國SOM設(shè)計事務(wù)所說，這是個國際性難題，目前尚未找到很好的解決辦法。幾棟超高層大樓都曾出現(xiàn)過斷電、跑水等事故。從管理上看除了做好預(yù)案，防止事故發(fā)生和做好備用系統(tǒng)以外，一旦事故出現(xiàn)，如何搶救，是否有一位掌握全局、了解本系統(tǒng)一切細(xì)枝末節(jié)的人十分重要。上海金茂大廈的管理層就曾對沒有一位掌握該建筑14000多個閥門的人感到十分遺憾。擦玻璃也成了管理這些龐然大物的一個麻煩。金茂大廈的幕墻有，0.8萬平方米，據(jù)說兩架擦窗機(jī)連續(xù)工作，一年才能把所有的玻璃擦一遍，而且，由于建筑外形凹凸起伏太大，檐部又挑出很多，有的地方達(dá)3m以上，擦玻璃相當(dāng)困難。以上幾個例子，只是說明對一般房屋或者一般樓房來說很普通的不成為問題的問題，到了超高層建筑中都成了問題，及至成了大麻。原因就在于它特別高，特別復(fù)雜，造成了設(shè)計、施工和管理維護(hù)諸多方面與眾不同之處，點點滴滴都要認(rèn)真對待。二、消防是重中之重在上海會議上，6座國際頂尖知名建筑的管理者都提出了一個共同的重中之重的問題，那就是：防火。在這方面要有更多的考慮和預(yù)防措施。超高層建筑通常功能多元化，設(shè)備又十分復(fù)雜。其本身可能引起火災(zāi)的因素甚多，如電器設(shè)備多，維護(hù)、管理和使用不當(dāng)；明火管理不善、吸煙；機(jī)械故障或施工操作不當(dāng)。如再加上天災(zāi)（雷擊起火）、人禍（縱火破壞），可以說火災(zāi)的潛伏性和可能性是很大的。若就火災(zāi)的成因來分析，盡管一般的普通房屋潛伏的火災(zāi)危險性和成因也不外乎這幾條，但對于超高層建筑來說，一旦火災(zāi)形成，較一般建筑具有更大的危害性。據(jù)上海市消防局總工程師沈友弟分析，主要有以下三個方面：1、火災(zāi)迅速蔓延擴(kuò)大。這除了超高層建筑中有較多的可燃物質(zhì)（裝修材料、家具、物品、管道保溫材料、電線包皮）以外，超高層建筑的垂直管道、井筒形成了若干縱向的煙筒?；馂?zāi)時，其拔風(fēng)抽力效應(yīng)會助長火焰和煙氣的蔓延，而高度愈高、抽力愈大，此種煙筒效應(yīng)就更加強(qiáng)烈。在超高層建筑中煙氣沿樓梯間或井筒垂直上升的速度約為每秒3-4m.一座100m的建筑，如無阻擋，只要半分鐘即可將火勢引至頂層。應(yīng)當(dāng)說，對超高層建筑來說，這種“煙筒效應(yīng)”是最可‘咱的，也是最難于防范的。盡管可以在某些管道中設(shè)防火閥，但有時控制失靈或不能嚴(yán)密閉合都可能有火溢出而延燒。此外，火焰自窗口噴出沿外墻延燒至上一層，或借風(fēng)勢將火星或火焰水平吹出，引燃附近其他建筑物的情況也時有發(fā)生，建筑物愈高，可能吹得愈遠(yuǎn)，危害愈大。2、人員疏散困難。超高層建筑特別是超超高層建筑，常常聚集了大量人員在內(nèi)工作、生活，如紐約世貿(mào)中心雙塔內(nèi)容納的工作人員為40000人，每天還有6000名觀光客。一般來說，300m以上的高樓均可容納萬人以上，在火災(zāi)發(fā)生的時候，除消防專用電梯以外，一切客貨電梯均須立即降到底層，不能使用。于是大量人流需通過樓梯疏散。層數(shù)愈高、人員愈多，所需的疏散時間也愈長。成千上萬人要從數(shù)百米的高樓走下、走出，少則數(shù)十分鐘，多則要數(shù)小時。而且，這種疏散不能寄希望于消防云梯車，一則是數(shù)量有限，何況這些云梯車還要進(jìn)行滅火等高空戰(zhàn)斗作業(yè)；另一個是云梯車高度有限，我國的規(guī)范中消防的高空作業(yè)高度定在24m，而上海、北京等幾個大城市消防云梯車的最大高度也就只能到達(dá)33m.3、火災(zāi)撲救困難。超高層建筑發(fā)生火情，在滅火戰(zhàn)斗中，往往遇到建筑周圍場地狹小，登高高度有限的具體困難。因此，即使在規(guī)范中也列有“高層建筑由于從外部撲救困難，應(yīng)立足自救”的內(nèi)容。如前所述高層建筑火勢蔓延極其迅速，這一點造成撲救的巨大困難。此外，還有諸多不利因素形成撲救的障礙。例如，大面積玻璃幕墻在內(nèi)部高溫烘烤下，向外爆炸，玻璃碎片橫飛形成的玻璃雨，有如刀劍橫飛，使外部消防戰(zhàn)斗隊伍無法靠近。又如高空救火，水源不足或水壓不夠。再如，當(dāng)無消防專用電梯時，消防員只能憑體力登高，而且還需全副武裝，一般攀登到8-9層，體力的消耗即已不能維持正常滅火戰(zhàn)斗，因此使得火災(zāi)的撲救更加困難重重。綜上所述，高樓怕失火，樓愈高、愈大，隱患愈大，一旦形成災(zāi)害，其危險性以及人、財、物方面的損失，都難以估量。若建超高層建筑，尤其是對超超高層建筑的火災(zāi)預(yù)防是不能不做慎重考慮的。