風“長”的長沙與她的地基基礎——巖土感悟之四十

2019-12-19 17:29  來源:巖土網  閱讀:2176
簡要回顧了世界高層超高層建筑的發展史,介紹了百年來長沙高度的成長歷程,對長沙的超高層建筑地基基礎作了粗略的分享。以博方家一笑。

2020年元旦的腳步越來越近。

2019年對國人來講,是很值得自豪與驕傲的。它是中華人民共和國成立的七十周年的大慶年,各行各業都在回顧、在總結、在展望,特別是中國勘察設計協會組織的“全國勘察設計行業慶祝新中國成立70周年系列推舉活動”在近日公布成果,無疑在這寒冷的冬日給同行們帶來了煦煦冬陽,群情振奮。

驀然回首,發現2019年的自己在論壇上有些疏遠,有了想寫點什么的沖動,為久違的朋友們。

我該寫點什么呢?還是應景,從身邊的事說起,說說長沙迎風而長的高樓大廈和它的地基基礎吧。

在這里,我之所以用“風長”而不用“瘋長”,是因為長大長高的不只是長沙城一座城啊!

曾幾何時,這個世界象風一樣瘋長著!

因為世人都懷揣著的一個摩天夢!

《圣經》中關于營造巴比塔的傳說,訴說著古人類征服天空的渴望。

神州大地上,巋然屹立著建于公元524年的河南嵩岳寺塔(15層,簡筒結構,高50m),建于公元704年的大雁塔(7層,磚木結構,高64m),建于公元1055年的河北定縣料敵塔(11層,筒體結構,高82m),建于公元1056年的山西應縣木塔(9層,高67m),……,它們堪稱世界木結構的奇跡! 也寄托著人們對摩天建筑的向往。

詩人李白在《夜宿山寺》用浪漫的情懷,給后人留下了如此瑰麗的詩句:

危樓高百尺,手可摘星辰。

不敢高聲語,恐驚天上人。

危乎?高矣!


國外現代高層建筑發展分為三個階段:

第一階段(19世紀中葉以前),建筑材料主要為磚石、木材,設計手段和施工技術限制,一般只能建造6層及以下建筑。

第二階段(19世紀中期至20世紀50年代初),1855年,電梯發明,建造更高建筑成為可能。

1884~1886年,Home Insurance Building11層,高55m),鑄鐵框架承重結構,標志著一種區別于傳統砌筑結構的新結構體系的誕生。

1884~19世紀,高層建筑開始采用鋼結構,建筑高度越過100m大關,大多出現在當時經濟發展熱點中的美國。1898年建成的紐約Park Row大廈,30層,高118m,是19世紀世界上最高的建筑。

1903年建成的美國因格爾斯大樓,16層,高64m,是世界上最早鋼筋混凝土框架結構高層建筑。

1909年,美國紐約的“都市生活”辦公樓高度達到213 m,實現了真正意義上的現代摩天大樓夢!

此后到1933年間,美國的一下子涌現了10余棟超過200 m的摩天大樓。其中,1931年建成的美國紐約帝國大廈高達102層,381m。這一時期,受設計理論和建筑材料限制,材料用量較多、自重較大,僅限于框架結構,建于非抗震區。

第三階段從20世紀50年代開始,輕質高強材料、抗風抗震結構體系、施工技術及施工機械等方面取得很大進步,計算機在設計中的應用,高層建筑飛速發展。美國成為這一時期世界上高層建筑最多的國家。上世紀90年代,亞洲經濟快速發展,日本、朝鮮、韓國、中國大陸、臺灣、新加坡和馬來西亞等國家和地區,80~150m的高層建筑大量興建,并陸續建成了超過200m、300m的超高層建筑。

世界摩天大樓的高度攀升,到了一個不瘋狂不成魔的階段!

1973年,高110層、高度415m的紐約世界貿易中心大樓(World Trade Center Towers)建成,打破了紐約帝國大廈保持41年之久的世界最高建筑記錄。

1974年,美國芝加哥的西爾斯大廈(Sears Tower)將此記錄刷新為110442m

1998年,馬來西亞吉隆坡88層的石油大廈創造世界最高建筑452m的新記錄。

2004年,中國臺北101大廈再次將記錄提高到508m。

2010年,阿拉伯聯合酋長國迪拜的163層哈利法塔將該記錄定格在828m

據報道,不久的將來在沙特阿位伯的利雅得將有超過1000m聳立在世人面前!


我國的近現代的高層建筑發展可分為四個階段:

1)第一階段:新中國成立~上世紀60年代末,主要為20層以下的框架結構。代表性工程有:1959年建成的北京民族飯店,12層,高47.4m1964年建成的北京民航大樓,高15層,60.8m1966年建成的廣州人民大廈,18層,高63m

2)第二階段:上世紀70年代,為 20~30層的住宅、旅館或辦公樓。代表性建筑有:建成于1974年的北京飯店新樓,20層,高87.4m,是當時北京最高的建筑;1976年建成的廣州白云賓館,33層、112.45m,是國內建成的第一棟棟超100m的高層建筑。

3)第三階段:上世紀80年代,隨著改革開放的深入,中國建筑業進入了空前的蓬勃發展時期,僅1980~1983年所建的高層建筑就相當于1949年以來30多年中所建高層建筑的總和。1985年,160m的深圳國貿大廈三天一層的深圳速度開啟了大陸超高層建筑的浪潮!

4)第四階段從上世紀90年代開始,高層建筑興建速度加快,1990~1994年間,每年建成10層以上建筑在1000萬平方米以上,占全國已建成的高層建筑的40%。1990年建成的深圳發展中心大廈,43層,高165.3m(加上天線的高度共185.3m),是我國第一座大型高層鋼結構建筑。同年,北京208m高的京廣中心大廈建成,中國真正進入一個超高層建筑的新時代。

1996年,深圳地王大廈以“九天四層樓”的新深圳速度將中國建筑高度拔高至384m;

1998年,上海金茂大廈以420.5m躍居當時的中國第一、世界第三;

2004年,中國臺北101大廈建成,以508m的新高度奪得當時世界第一摩天大樓的桂冠;

2008年,上海環球金融中心以492m成為中國內陸第一高樓;

2016年,上海中心以632m成為中國第一高樓,世界第二高樓!

長沙雖稱湖湘首邑,楚漢名城。就建筑而言,她的許多久遠的留存都在文夕大火中化為灰燼,寫進了歷史課本。她的成長史也就是新中國的發展的宿影。

1949年到2019年,長沙城市從6.7平方公里到567.32平方公里,長大了近85倍;從32米到452米,長高了14倍。以湖南人們的母親河湘江為軸線,長沙正有機地更新成長著,14條“動脈”貫通了一江兩岸……

那么,長沙是怎樣一個個長高歷程呢?今年9月,在湖南省的注冊土木工程師(巖土)的繼續教育培訓上,我曾作過一點功課,不妨分享如下:

1915年,湘雅紅樓,12m

1932年,國貨陳列館,8F32m

1956年,中蘇友好大樓,18m

1962年,湖南賓館,9F35m

1976年,麓山賓館,12F40m

1977年,長沙火車站,63m

1987年,蝴蝶大廈,20F76m

1992年,中山大廈,33F126.6m*

1997年,國貿金融中心,150m

2004年,長沙第二長途通訊樞紐大樓,218m

2014年,北辰三角洲A1寫字樓,260m

2018年,九龍倉·長沙國際金融中心,452m

據不完全統計:長沙的超高層建筑171棟(建成62棟、在建54棟、規劃55棟),800m1棟、400m2棟,300m13棟, 200m60棟,150m95棟。代表性超高層建筑有萬達廣場的五棟寫字樓、保利國際廣場、保利西海岸、泊富國際廣場等等。

“九層之臺,起于累土”(《道德經》),摩天大樓必始于基,必立于基。高層建筑中,水平荷載和地震作用對結構設計起著決定性的作用,動力反應不可低估,結構軸向變形、剪切變形以及溫度、沉降的影響加劇,材料用量、工程造價呈拋物線關系增長。高層建筑基礎工程涵蓋了地下(或基礎)結構和基坑工程兩大相關部分,對整個建筑物的安全和壽命舉足輕重,其造價和工程分別占土建總造價與總工期中份額很重。其特點如下:

(1)高層建筑的地基基礎必須能提供較大的豎向承載力和水平承載力。風荷載、地震荷載、沉降和傾斜;

(2)高層建筑為了滿足其穩定性和利用地下空間的要求,基礎結構的埋置深度大,基坑工程問題復雜;

(3)地下室體量深、大,抗浮問題不可避免;

(4)高層建筑常建于城市建筑物和人口密集處,基坑開挖、基礎施工、降水止水等對環境影響大,存大危大工程風險;

(5)基礎結構大體積混凝土施工難度大,如何對養護期間和后期可能產生的溫度裂縫、收縮裂縫進行預防和控制是高層建筑基礎工程的又一特別課題。

長沙的這些摩天大樓地基基礎如何?長沙區域上位于揚子準地臺和華南褶皺系兩個大地構造單元接合部位,湘-瀏盆地西南緣。其地貌類型主要有剝蝕丘陵與河流沖積階地。主城區坐落在湘江和瀏陽河交匯的河流階地上。長沙城區基巖分布特征可簡單概括如下:西北為元古代淺變質巖系,東北部為花崗巖低山丘,東及東南部為紅層高丘。

據我初步掌握的材料,長沙前5位的超高層建筑基礎型式如下:

1)九龍倉國金中心(圖1):長沙的第1高度,占地約7.5萬平米,總建筑面積約100萬平米,由452m高T1塔樓、315m高T2塔樓、滿堂6層裙房和7層地下室組成的超級城市綜合體。總投資約220億元。主體建成時的2017年,T1塔樓的高度排在全球房屋建筑的第10位。筏基,板厚5 m,持力層為中風化泥質粉砂巖。


圖片未命名                

(2)長沙世茂廣場(圖2):長沙第二高度。位于長沙市五一大道與建湘路交叉處西南角,由商業裙樓、辦公塔樓和下室三部分組成。 商業裙樓為地上5層,辦公塔樓地上75層,地下室4層。塔樓主屋面處結構高度為327.75m,建筑物總高度為347.900m。2013年6月6日開工,其中寫字樓部分總共75層,高347m。天然地基。

圖片未命名                  

3)濱江國際金融中心,位于長沙濱江新城板塊,瀟湘中路與茶子山路交匯處。項目總規劃有4棟超高層,其中328m的主樓成為長沙第三高樓、河西第一高樓。2015年121日開工奠基,樁基礎,持力層為板巖。

4)新楚擎天廣場(圖3:位于袁家嶺地鐵口,五一大道236號;正處于芙蓉CBD核心地段。地下6層、地上五層;主塔高321.85m、副塔312.7m。主塔為長沙第四高的高樓。塔樓采用筏板基礎,基礎底板埋深 32.8m ,筏板厚度 3.5m,持力層為中風化泥質粉砂巖。

圖片未命名           

5)富興世界金融中心和華創國際廣場:位于芙蓉路與湘雅路交匯處,以300米高度并列長沙在建項目第5位。

富興世界金融中心共規劃有4棟超高辦公塔樓,其中最高的300m,其他三座分別為219、219、160m。天然地基,板巖。

華創國際廣場規劃有兩棟超高層,高度分別為300138m;其中主樓在20151118日封頂。樁基,泥質粉砂巖。

細心的你或許已發現,在長沙的前五名的6個超高層建筑中,竟然有4個項目采用的是天然地基。據研究,高層建筑基礎工程費用一般占整個工程費用的10%-35% ,基礎設計的合理與否會造成工程結構造價相差很大。天然地基基礎的造價僅為樁基的17%-67%。美國休士頓市的一些高達30-75層的大廈,多采用天然地基基礎。日本是個多地震的國家,其超高層建筑采用天然地基基礎方案的占總基礎形式的57%。工業發達國家多采用天然地基,尤以筏形基礎應用較為廣泛。

通過同行從業者和專家們的探索,巖土工程師與結構師們的共同努力,對長沙地區主要地基持力層的認知和使用上應該說已走在同行的前面。遺憾的是仍未形成統一認識,地區規范的缺失也是本省業界的最大遺憾,值得相關部門與業界重視。


2019年1219日17:28

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