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(guó)的建筑規(guī)范中并無(wú)明確的規(guī)定。在我國(guó)的（高層民用建筑設(shè)計(jì)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(duì)“超高層建筑”則無(wú)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(guó)的建筑規(guī)范中并無(wú)明確的規(guī)定。在我國(guó)的（高層民用建筑設(shè)計(jì)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(duì)“超高層建筑”則無(wú)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(dòng)報(bào)警等方面，對(duì)于高度超過(guò)100m或?qū)訑?shù)超過(guò)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(gè)界限呢？我認(rèn)為是合適的。從日本的（消防法）來(lái)看，它對(duì)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(shí)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(guó)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(shí)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(guó)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(shì)進(jìn)一步形成，一棟棟擎天巨廈矗立在祖國(guó)的土地上。僅從中國(guó)建筑科學(xué)研究院的統(tǒng)計(jì)來(lái)看：截至1996年底，全國(guó)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(guó)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(chǎng)（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?jí)虻蒙?ldquo;超超高層建筑”了。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)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(guó)好幾個(gè)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(bào)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(guó)際超高層建筑經(jīng)營(yíng)管理研討會(huì)，邀請(qǐng)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(yàn)，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(shí)聽了，很佩服他們考慮周到。但是當(dāng)時(shí)沒有想到的是，僅僅過(guò)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(huì)議還邀請(qǐng)了日本第一高樓橫濱置地大廈和韓國(guó)第一高樓漢城的六三大廈的主要負(fù)責(zé)人參加了會(huì)議。這次會(huì)議開得很成功，但是對(duì)國(guó)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(gè)地區(qū)的地標(biāo)式建筑。近年，對(duì)這類建筑物稱之為科技的集中體現(xiàn)，綜合國(guó)力的象征，城市的標(biāo)志等等，都是恰當(dāng)?shù)摹Ｆ浔旧泶_實(shí)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(cái)力。金茂大廈的每平方米造價(jià)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(wàn)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(cái)富。就現(xiàn)代超高層建筑的巨大維護(hù)費(fèi)用來(lái)說(shuō)，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(guó)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(wàn)元人民幣計(jì)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(gè)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(lái)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(guó)幾度提出過(guò)要建造高度在500m以上的大樓就說(shuō)明技術(shù)是可行的，有人說(shuō)“從技術(shù)上說(shuō)，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(jiǎn)單了，超高層建筑絕不是普通建筑的拉伸或簡(jiǎn)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(huì)更加變本加厲地凸現(xiàn)出來(lái)，甚至，一些問題成了國(guó)際性的疑難雜癥。高層建筑要承受側(cè)向的風(fēng)力，這一點(diǎn)是勿庸置疑的。但是，對(duì)建筑物影響多大？一般說(shuō)，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(shí)，摩天大樓產(chǎn)生的晃動(dòng)將十分劇烈。紐約世貿(mào)中心在春季刮風(fēng)時(shí)，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(jì)按最大風(fēng)力下的最大偏離為4英尺（7.3m）。據(jù)報(bào)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(shuō)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(xiàng)點(diǎn)位移按風(fēng)洞試驗(yàn)可達(dá)0.9-1.2m.對(duì)大樓的這種晃動(dòng)，紐約世貿(mào)中心的經(jīng)驗(yàn)是首先考慮它對(duì)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(shí)，如果大樓的晃動(dòng)超過(guò)6英寸，電梯的鋼纜就會(huì)因時(shí)緊時(shí)松的受力不均受到傷害，并造成危險(xiǎn)。為此，他們專門設(shè)計(jì)了一套報(bào)警系統(tǒng)和電梯鋼纜的隨動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)，可以及時(shí)調(diào)整電梯鋼纜的長(zhǎng)度喬口受力情況。另外一個(gè)在普通房屋中不會(huì)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(huì)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(huì)將底層的一些氣味帶到高層，如廚房的氣味、油煙味等，此時(shí)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(xiǎn)。同時(shí)，由于電梯轎廂與井壁間的縫隙很小，在電梯移動(dòng)時(shí)，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(duì)于超高層建筑設(shè)計(jì)極有經(jīng)驗(yàn)的美國(guó)SOM設(shè)計(jì)事務(wù)所說(shuō)，這是個(gè)國(guó)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(guò)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(duì)沒有一位掌握該建筑14000多個(gè)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(gè)麻煩。金茂大廈的幕墻有，0.8萬(wàn)平方米，據(jù)說(shuō)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(gè)例子，只是說(shuō)明對(duì)一般房屋或者一般樓房來(lái)說(shuō)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(jì)、施工和管理維護(hù)諸多方面與眾不同之處，點(diǎn)點(diǎn)滴滴都要認(rèn)真對(duì)待。二、消防是重中之重在上海會(huì)議上，6座國(guó)際頂尖知名建筑的管理者都提出了一個(gè)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(shuō)火災(zāi)的潛伏性和可能性是很大的。若就火災(zāi)的成因來(lái)分析，盡管一般的普通房屋潛伏的火災(zāi)危險(xiǎn)性和成因也不外乎這幾條，但對(duì)于超高層建筑來(lái)說(shuō)，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(gè)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(shí)，其拔風(fēng)抽力效應(yīng)會(huì)助長(zhǎng)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(wú)阻擋，只要半分鐘即可將火勢(shì)引至頂層。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，對(duì)超高層建筑來(lái)說(shuō)，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(shí)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(shì)將火星或火焰水平吹出，引燃附近其他建筑物的情況也時(shí)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(lái)說(shuō)，300m以上的高樓均可容納萬(wàn)人以上，在火災(zāi)發(fā)生的時(shí)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(guò)樓梯疏散。層數(shù)愈高、人員愈多，所需的疏散時(shí)間也愈長(zhǎng)。成千上萬(wàn)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(shí)。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(gè)是云梯車高度有限，我國(guó)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(gè)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(chǎng)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(shì)蔓延極其迅速，這一點(diǎn)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(duì)伍無(wú)法靠近。又如高空救火，水源不足或水壓不夠。再如，當(dāng)無(wú)消防專用電梯時(shí)，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(xiǎn)性以及人、財(cái)、物方面的損失，都難以估量。若建超高層建筑，尤其是對(duì)超超高層建筑的火災(zāi)預(yù)防是不能不做慎重考慮的。