上海環(huán)球金融中心.doc

1、上海環(huán)球金融中心上海，中國(guó)的金融中心。88 層的上海金茂大廈， 是浦東的象征。 這座先進(jìn)的寫字樓兼大飯店落成于 1998 年，是當(dāng)時(shí)世界第五高的建筑。但如今在浦東，另一座巨型建筑拔地而起。這座建筑尚未落成，就已經(jīng)使金茂大廈黯然失色。這座大樓的設(shè)計(jì)幾經(jīng)修改，最后定為地上101 層，總高度達(dá)到492 米。這將是中國(guó)大陸最高的建筑，也是世界上第三高的大樓。這里將有供17000 人工作的寫字樓，寫字樓上面是豪華酒店，最上層是世界最高的觀景平臺(tái)（圖1）。（1）蔚為壯觀的上海環(huán)球金融大廈若干年前，在紐約，世界上一流的建筑師和工程師們廢寢忘食，應(yīng)對(duì)建造摩天大樓的技術(shù)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，在上海，建筑工人大軍正在將設(shè)計(jì)

2、師的創(chuàng)意變成一座大樓。自開(kāi)工起，大樓的建筑工作就沒(méi)有停下過(guò)，一周 7 天，一天 24 小時(shí)，從不間斷。要到達(dá)工作地點(diǎn)的樓層，得乘坐掛在樓外的升降機(jī)。如果你不怕往下俯瞰的話，外面風(fēng)景好極了。再高的高度， 對(duì)陳學(xué)福來(lái)說(shuō)， 都不是問(wèn)題。 他工作時(shí)，比其他工人還要高出40 米，因?yàn)樗墓ぷ魇遣僮鱉900D 塔吊。這種吊車是世界上高層建筑建設(shè)中最強(qiáng)大的吊車之一，在大樓的建筑中有著重要的作用。因?yàn)樾藿ㄟ@座大樓首先要建的是它的鋼結(jié)構(gòu)。一層樓就要用650 噸鋼材， 650 噸乘以101，得到的答案是65650 噸鋼材。比埃菲爾鐵塔重10 倍。大樓一層層升高，鋼材也要吊得越來(lái)越高。一座重 250 噸的塔吊怎么能

3、比它建設(shè)的摩天樓還要高呢？這就是 M900D 神奇的地方。這座超級(jí)塔吊不僅能舉起巨大鋼梁，還能舉起它自己。隨著摩天大樓的增高，塔吊本身也在長(zhǎng)高，是通過(guò)強(qiáng)大的液壓千斤頂及增加吊車的層數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些吊車輕而易舉地以每分鐘 30 米的速度，把 32 噸的重物吊到 400 米的高度（圖 2）。（2）建造大廈使用的是世界上最強(qiáng)大的起重機(jī)之一中國(guó)大陸還沒(méi)有建過(guò)這么高的建筑。過(guò)去建筑界約定俗成的高度極限是 350 米。當(dāng)接近成功的時(shí)候，人們都不敢相信他們克服了多少困難。上海環(huán)球金融中心是以日本的森稔大廈株式會(huì)社為中心，聯(lián)合日本、美國(guó)等40 多家企業(yè)投資興建的項(xiàng)目，總投資額超過(guò) 10 億美元。森稔大廈株式會(huì)

4、社的社長(zhǎng)森稔是最早想要在上海浦東建一座超高層建筑的人，他從紐約科恩 ?彼得森 ?福克斯建筑設(shè)計(jì)室請(qǐng)來(lái)了世界知名的建筑師。首席建筑師威廉 ?彼得森接受了這個(gè)挑戰(zhàn)。威廉 ?彼得森認(rèn)為：這座超級(jí)建筑要與大地和天空融為一體。它將是一座偉大的建筑。但是，人們一開(kāi)始就遇到了一個(gè)難題。盡管浦東的房地產(chǎn)市場(chǎng)規(guī)模龐大，但這里不是建設(shè)高層建筑的好地方。河水泡軟了土壤，當(dāng)水泵把水抽走后，土地萎縮了。自 1920 年以來(lái)，上海的某些地段下沉了將近 2 米。建筑師的解決方案是，沒(méi)有花崗巖基底，就用一種簡(jiǎn)單可行的辦法，把 2000 根鋼條打入地下 80 米深處（圖 3）。（3）在軟土層上建摩天大廈的絕妙方案鋼樁越深入地下

5、，來(lái)自泥土的反作用力就越大，把鋼柱也抓得越緊。這樣就造成了一個(gè)牢固的地基，把環(huán)球金融中心托舉在浦東的大地上。上海環(huán)球金融中心的建設(shè)于1997 年開(kāi)工。剛打好地基，亞洲金融危機(jī)爆發(fā)了。當(dāng)時(shí)的亞洲，大量寫字樓空置。金融中心的投資者紛紛撤出，建設(shè)停了下來(lái)。2003 年，亞洲經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇。 森稔為上海環(huán)球金融中心找到了新的投資者。紐約設(shè)計(jì)者們重又受到召喚，但原設(shè)計(jì)方案落后了。1997 年建筑開(kāi)工時(shí)， 世界上最高的建筑是馬來(lái)西亞的國(guó)家石油雙塔，高88 層。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)高95 層的金融中心是要超過(guò)雙塔。但 2004 年，臺(tái)北的 101 大樓拔地而起，高 508 米，共有 101 層。森稔告訴設(shè)計(jì)師們，上海最高的摩

6、天樓必須與臺(tái)北的 101 塔樓媲美。但地基早已打下，只能支撐 95 層大樓。再加 6 層樓意味著超出地基的承受力。此時(shí)中國(guó)已經(jīng)獲得了 2008 年奧運(yùn)會(huì)的主辦權(quán)，森稔不僅要大樓更高一些，而且建設(shè)速度也要更快一些，要趕在 2008 年奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕之前完工。在紐約，著名結(jié)構(gòu)工程師萊斯利 ?羅伯森和他的團(tuán)隊(duì)， 全力以赴地投入到設(shè)計(jì)中去。羅伯森的更大、更高、更輕的方案是建筑工程史上的一次勝利。鋼梁從鋼筋水泥構(gòu)成的核心向四周伸展開(kāi)去， 固定在一個(gè)對(duì)角線交叉的結(jié)構(gòu)上。 每隔 12 層就是一個(gè)這種結(jié)構(gòu)。 這種模塊結(jié)構(gòu)能省去大量鋼材 （圖 4）。（4）積木式的模塊建筑結(jié)構(gòu)省工省料這座 101 層的大樓實(shí)際上是一

7、系列 12 層的建筑摞起來(lái)的。這樣既省工也省時(shí)。 由于新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和新的施工方法，施工速度加快，每三天就起一層樓。2007 年 6 月，工人鉚接好第91 層的底板。此時(shí)，吊車正把一個(gè)雖輕但卻十分重要的構(gòu)件吊往第90 層。在那里，另一隊(duì)工人正往底板上安裝螺紋鋼。這任務(wù)十分艱巨。全世界的建筑界都用螺紋鋼來(lái)加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)。每一層需要總長(zhǎng)150 公里的螺紋鋼來(lái)加固，整座大樓共需要15000 千米的螺紋鋼。如果把這些螺紋鋼首尾相接，可以從地球到國(guó)際空間站 19 個(gè)來(lái)回。下一步澆注水泥，一個(gè)巨型水泥泵機(jī)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。水泥罐車排成一列為3 臺(tái)水泥泵中灌送水泥，水泥泵通過(guò)90層樓高的輸送管道，能將水泥送至5

8、00 米高的頂層澆注。澆注金融中心一層樓的水泥，可以填滿一個(gè)奧運(yùn)會(huì)的游泳池（圖 5）。（5）鋼材和水泥鑄就的大樓中國(guó)是世界上地震頻發(fā)地區(qū)之一。盡管上海不處于最危險(xiǎn)的地震帶上，但一場(chǎng)強(qiáng)震就可能把浦東滿含水分的泥土攪成一鍋粥。固定在上面的樓房有可能因此坍塌。日本神戶地震發(fā)生時(shí)，數(shù)十座高樓倒塌。而神戶地區(qū)在上海的東北不過(guò)1300 千米左右。環(huán)球金融中心的設(shè)計(jì)必須要把住這個(gè)關(guān)口。上海同濟(jì)大學(xué)的路西林教授和他的同事們管理著中國(guó)最大的地震搖晃試驗(yàn)設(shè)備，他們模擬摩天樓在地震中的情況，來(lái)確定它是否抗震。所有這些結(jié)構(gòu)系統(tǒng)都是新的，還從來(lái)沒(méi)有在修建高于492 米以上的高層建筑中使用過(guò)，所以需要進(jìn)行專門的詳盡地分析

9、。2004年，路教授和他的團(tuán)隊(duì)連續(xù)工作3 天，建立了一個(gè)上海環(huán)球金融中心在地震中的模型，模擬了7 次強(qiáng)度和神戶地震相當(dāng)?shù)牡卣?。如果金融中心在模擬實(shí)驗(yàn)中抗不住地震，就得暫時(shí)停建。路西林教授通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：這座大樓能抗住 7 級(jí)地震（圖 6）。（6）上海環(huán)球大廈的模擬地震搖晃實(shí)驗(yàn)在鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋水泥澆注完成之后，最艱苦的工作開(kāi)始了，那就是安裝大樓的一萬(wàn)個(gè)窗戶。這座大樓的窗戶設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，但安裝卻很困難。每一層沒(méi)有足夠的空間來(lái)儲(chǔ)存這么多的窗戶。只得安裝多少運(yùn)來(lái)多少，越快越好。平均 1 天安裝 15 個(gè)窗戶，3 天 4 天完成 1 層樓的安裝。環(huán)球金融中心的每個(gè)窗戶都有3 個(gè)臥式鋼琴那么重。在距

10、離地面 400 米以上的地方 ,這項(xiàng)工作是很危險(xiǎn)的。不是每個(gè)人都能勝任這項(xiàng)工作。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格訓(xùn)練的 130 個(gè)無(wú)恐高癥工人負(fù)責(zé)窗戶的安裝（圖 7）。（7）與大樓匹配的巨大窗戶在這里氣候也與地面不同，工人們常置身云霧中，有時(shí)能見(jiàn)度幾乎是零。 這對(duì)高空作業(yè)異常危險(xiǎn)。 當(dāng)風(fēng)力太強(qiáng)勁時(shí)，只得停工。遇到惡劣天氣時(shí)，強(qiáng)大的 M900D 塔吊也沒(méi)法工作。如果有霧或者有風(fēng)，安裝工作就很困難。臺(tái)風(fēng)幾乎每個(gè)夏天都要侵襲上海，大樓越高，也就越面臨危險(xiǎn)。工程師們把這種情況叫作“翻轉(zhuǎn)的瞬間” 。大樓承受強(qiáng)風(fēng)帶來(lái)的強(qiáng)大外力，尤其是在翻轉(zhuǎn)的瞬間，大樓最容易坍塌（圖 8）。（8）“反轉(zhuǎn)的瞬間”風(fēng)的示意圖那么，怎樣來(lái)使一座500

11、米高的建筑在臺(tái)風(fēng)中巋然不動(dòng)呢？答案是：不要與風(fēng)抗?fàn)?。而要讓風(fēng)通過(guò)。環(huán)球金融中心的建筑師們，在大樓最高處設(shè)計(jì)了一個(gè)直徑 53 米的大孔。這個(gè)風(fēng)口能讓強(qiáng)風(fēng)通過(guò)，防止大風(fēng)沖擊大樓的樓體。并且觀光者可以在上面欣賞風(fēng)景，這將是一個(gè)世界上最高的觀景平臺(tái)（圖 9）。（9）一覽無(wú)余的觀景平臺(tái)強(qiáng)風(fēng)和地震都會(huì)使摩天大樓產(chǎn)生擺晃效應(yīng)。這種效應(yīng)發(fā)生在高樓頂部，那里的結(jié)構(gòu)沒(méi)有底層的堅(jiān)固，所以搖晃更強(qiáng)烈一些。但大樓的安全不成問(wèn)題，只是頂層的人們會(huì)感覺(jué)不舒服。實(shí)際上，環(huán)球金融中心頂層的人們可能不會(huì)感覺(jué)到搖晃，由于在第 90 層安裝了兩個(gè)風(fēng)阻尼器，這兩個(gè)裝置各裝有一個(gè) 150 噸的重物，與大樓的搖晃方向反向旋轉(zhuǎn)，從而抵消了強(qiáng)

12、風(fēng)或地震的力，從而使觀光者總能舒適地在頂層欣賞上海的風(fēng)景（圖10）。（10）風(fēng)阻尼器結(jié)構(gòu)圖示整棟大樓共有91 部電梯，是世界上最先進(jìn)的電梯系統(tǒng)之一。有很多是雙層電梯， 它們可以把這超級(jí)建筑里的 17000 個(gè)客人或工作人員，在數(shù)分鐘內(nèi)運(yùn)到任何地方。甚至還有一部電梯可以把豪華汽車運(yùn)到頂層的汽車展覽廳去。4 架掛在大樓外側(cè)的電梯從底層直達(dá)頂層，讓觀光者飽覽外面的景色。不僅如此，這4 部電梯有更為重要的任務(wù)。在 21 世紀(jì)，對(duì)超級(jí)建筑的威脅不僅來(lái)自大自然。和其它高層建筑一樣，上海環(huán)球金融中心需要防范新的威脅。2001 年 9 月 11 日。上海環(huán)球金融中心還只是一個(gè)基座時(shí)，紐約，萊斯利?羅伯森公司的

13、合伙人索廷?希和其他工程師們，像往常一樣開(kāi)始了他們的工作。他們的辦公地點(diǎn)距世貿(mào)雙塔只有幾個(gè)街區(qū)。一年半后，上海環(huán)球金融中心重新動(dòng)工時(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有了比預(yù)防臺(tái)風(fēng)、地震更多的考慮。9.11 的恐怖場(chǎng)景仍然縈繞在人們心頭， 有一個(gè)人痛切地感到9.11 的恐怖， 他就是結(jié)構(gòu)工程師萊斯利 ?羅伯森，他曾參與了紐約世貿(mào)中心的設(shè)計(jì)。羅伯森重新設(shè)計(jì)了上海環(huán)球金融中心，讓摩天大樓穩(wěn)定和堅(jiān)固。如果一架滿載燃油的民航機(jī)，高速撞向上海環(huán)球金融中心，會(huì)發(fā)生什么情況呢？被撞擊的區(qū)域會(huì)被摧毀，燃燒的油料會(huì)把該區(qū)域變成一片火海。但是，樓內(nèi)的人們有多種選擇可以逃生，這是當(dāng)年紐約世貿(mào)中心所沒(méi)有的。 9.11 襲擊時(shí)，最可怕的是在大

14、火以上樓層的人們沒(méi)有任何選擇。他們只能在大火中坐以待斃，或者從樓上跳下。一旦出事，在撞擊區(qū)域以上的人們可以通過(guò)設(shè)在大樓最中心的特別安全樓道撤離。設(shè)計(jì)者們還安排了另一條逃生通道外掛觀光電梯。這是最后的“救生艇”。當(dāng)設(shè)于核心區(qū)的安全通道被破壞后，大多數(shù)人的本能是往下走。但在此情況下，最好是往上走，去到大樓四角的觀光電梯。它們被巨大的柱子保護(hù)得很好。如果這些都失敗了，人們還有一條路可走。第 78 層是特別設(shè)計(jì)的避難層。每 12 層樓就有這么一個(gè)避難層（圖 11）。（11）乘上觀光梯可以迅速逃離火災(zāi)副經(jīng)理本尼 ?任深知這層樓在災(zāi)難發(fā)生時(shí)的重要作用： 一旦發(fā)生大火或事故，這些房間可供人們避難之用。整個(gè)大樓都上了一層釉質(zhì)保護(hù)層。但在避難層沒(méi)有，所以新鮮空氣通過(guò)常規(guī)窗戶進(jìn)來(lái)。躲在這里的人們可以通過(guò)窗戶呼吸新鮮空氣等待救援。不僅如此，每個(gè)避難層都被包裹在涂了特別防火材料的鋼結(jié)構(gòu)里，還有專用的通風(fēng)系統(tǒng)。躲避大火或恐怖襲擊的人們可以逃到避難層，這里逃生的希望很大。環(huán)球金融中心的模塊設(shè)計(jì)也能挽救生命。如果大樓的某一部分坍塌，把各個(gè)模塊連接起來(lái)的鋼鐵支持圈就會(huì)承擔(dān)起坍塌部位的重量， 并保持大樓不倒。 本尼 ?任認(rèn)為上海環(huán)球金融中心是世界上最安全的高層建筑（圖12）。（12）模塊結(jié)構(gòu)安全層示意圖建成后，環(huán)球金融中心將成