揭秘高楼承重柱支撑结构的奥秘

发表时间: 2024-08-27 13:52

上海中心大厦的高度是632米,这么高的楼为什么能屹立不倒?它的重量据说有80万吨,在黄浦江松软的岸边是如何保持不沉降的?

像上海中心大厦这样的高楼,在修建时地基十分重要,地基打的好,不要说在陆家嘴了,就是在沙特松软的沙地上也能盖起百层高楼。

大厦的地基与我们盖的居民楼可不一样,打地基前先要打桩。

上海中心大厦采用了钻孔灌注桩工艺,这是首次在350米以上的超高层建筑中使用该技术。首先在土壤中钻孔,然后放入钢筋笼,并用混凝土灌注,形成了坚固的桩基。为了提高桩基的承载力,还采用了桩底注浆工艺,使得桩基的极限承载力显著提高,同时还节省了工程造价,一举两得!

然后是基坑建造,施工人员将基坑分为主楼区域与裙房区域两个分区进行施工。主楼基坑深达34米,内径达121米,是全球罕见的超深、超大的单体建筑基坑。

之后就是基底板,上海中心大厦的底板有11000多平方米,长宽100多米,厚度有两层楼那么高,足足有6米。

在修建地基时,使用的都是高标准的混凝土。

上海中心大厦地基使用的混凝土标号为C80,这是目前中国强度最高的混凝土之一,这种混凝土具有出色的强度和耐久性,能够确保地基的稳定和安全。

混凝土中的骨料,除了碎石、砂子外,还有煤灰粉、矿石渣,另外可能会加入镀锌小钢丝放在一起搅拌。

在施工过程中,由于大体积混凝土在浇筑时会产生大量的水化热,导致混凝土内部温度升高,如果温度过高,可能会引起混凝土的开裂和强度下降。因此,为了控制混凝土内部的温度,施工过程中需要采取冷却措施,如使用冷却水管、预冷骨料等,以降低混凝土的温度,确保混凝土的质量,这些操作在普通民房的建造上都见不到。

地基打好以后,保持大厦不倒的关键就是承重柱了,上海中心大厦大约有980多根承重柱,37层以下用的都是C70混凝土,越往上标号越低。即便是这样,这个承重柱也不是普通装修工拿大锤和电钻能钻开的。

越高的大厦越怕风,风引起的楼体摇摆能让大厦拦腰折断,这些高几百米的大厦是怎么抗风的呢?

在设计阶段,上海中心大厦采用了BIM技术,提前发现并解决了大量潜在的碰撞点,进一步优化了建筑结构和抗风性能。

接下来就是比较经典的一个抗风装置,阻尼器。上海中心大厦配备了世界上最重的摆式阻尼器,它还有一个浪漫的名字叫“上海慧眼”。这是一个重达1000吨的摆球,由12根长25米的大钢索吊在大厦内部,通过反方向运动抵消大楼的晃动,确保大厦在强风天气下的稳定性。阻尼器也有抗震的能力,特别是遇到地震横波的时候,减震效果很明显。

除了阻尼器,上海中心大厦在外形设计上也匠心独到。很多人接受不了它的外形,看着别扭,觉得这肯定是哪一位被西方艺术思想荼毒的、喜欢搞标新立异的设计师创作出来的。

其实并不是,这座大厦采用仿生学设计,整体外形类似DNA的双螺旋结构,每上升一层角度扭曲接近1度,整体扭曲角度达120度。它能通过涡旋脱落效应有效减弱风力对建筑的影响,实验数据表明它能减少风力载荷约24%!

有些高楼建在海边,地下有咸水,这些咸水对地基的影响很大,能腐蚀地基的钢筋,那么这些大厦是如何预防的呢?

涂防锈漆、用混凝土覆盖这些都是老办法了,说点不一样的吧。你可能不知道,这类大厦的地桩是时刻通电的,地桩通电是外加电流阴极保护法的一部分。通过给地桩钢筋施加一个恒定的电流,使其保持负电位,从而抑制电化学腐蚀过程,这种方法能有效延长钢筋的使用寿命。

除此之外,在地桩钢筋周围安装更活泼的金属如镁合金、锌合金等,作为阳极被牺牲,从而保护钢筋不受腐蚀。这种方法通过电化学反应,使钢筋表面保持负电位,防止其成为阳极而被腐蚀。

从上面可以看出,建造一座摩天大厦有多么复杂。上海中心大厦的建造总成本高达148亿元,算是很节约的了,网上有人统计,这座大厦年租金差不多是30多亿,毕竟是在陆家嘴。这样来算,从2014年完工到现在,上海中心大厦已经收回建设成本了,还赚了一笔。