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【精品案例】8度区世界在建最高建筑结构设计全揭秘

hui米楼主
1楼2017-03-0614:43


Tips

中国尊小资料


★建筑面积:43.7万平方米,地上35万平方米,地下8.7万平方米


★总建筑高度:528米。


★总建筑层数:115层(地上108层,地下7层;不含地下一层夹层)。


★建筑基底面积:5569平方米。


★项目设计规模等级:特级公共建筑。


★设计使用年限:结构设计使用年限50年,耐久性100年。


★建筑防火分类和耐火等级:一类高层,一级。


★屋面防水等级:一级。


★地下室防水等级:一级。


★主要结构类型:核心筒+巨柱+巨型斜撑+带状桁架的混合结构。


★抗震的防烈度:地震烈度为中国标准的8度



▲中国尊建成后的效果图




【项目简介】中国尊项目总建筑面积35万平方米,高达528米,全楼共108层,是目前世界上在8度抗震设防烈度区设计在建的最高建筑。中国尊计划于2017年8月中旬封顶,2018年年底投用。大楼以商周时代酒器“尊”(今作“樽”)为设计灵感,取古字“尊”为名以彰显不凡。中国尊计划于2017年8月中旬封顶,2018年年底投用。


▲在建的北京第一高楼——中国尊


▲中国尊顶上扣着的智能顶升钢平台

施工中的中国尊

中国尊

       中国尊在国内权威的实验室完成了1:40的振动台试验。模型经历了8度和8.5度大震地震波的考验,证明了中国尊结构的安全性。

       中国尊结构体系:核心筒+巨柱+巨型斜撑+带状桁架的混合结构。


 核心筒 


      中国尊的钢筋混凝土核心筒采用内含钢骨的型钢混凝土剪力墙,并在其下部采用内嵌钢板的组合钢板剪力墙。这种组合提高了结构的抗压、抗剪承载力,亦有效降低了结构自重和地震质量。

核心筒内钢板墙施工实景


 巨型柱 

        巨型柱采用目前超高层结构中普遍采用的钢-混凝土组合结构,使其在保证强度的同时有较好的延性。位于建筑物平面四角并延伸至结构顶层。在各区段分别与转换桁架、巨型斜撑连接,结构整体刚度大。根据与转换桁架及巨型斜撑的连接和相应构造要求,巨型柱内部型钢各钢板连接为整体,并注填混凝土,以抵抗竖向荷载、风荷载及地震产生的侧向荷载。

巨型柱施工现场


 巨型斜撑 

       巨型斜撑采用焊接箱型钢截面,位于结构四边的垂直立面上,并与楼面梁拉接,对其面内外进行约束,降低其计算长度,确保其与结构整体的协调变形。


 转换桁架 

      转换桁架被设计为独立承受上部全部荷载,抗震性能目标为大震不屈服,有力保障了结构的竖向传力途径及转换结构的安全性,转换桁架设置于避难层和设备层,沿塔楼竖向 建筑功能节间分布,承担期间各楼层竖向荷载并将其传递至巨型柱。

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亮点一

中国建筑师首次领衔500米以上超高层


谈到中国建筑设计,之前有种说法是:中国已经成为世界设计师的试验场。但是,北京第一高楼中国尊的设计师却打破了这一传统。中国尊的副总设计师是英国归侨、北京市城市设计与城市复兴工程技术研究中心主任、北京市建筑设计研究院有限公司副总建筑师吴晨。


▲中国尊的总设计师吴晨


528米中国尊也是目前中国建筑师主创设计并在建的世界最高建筑,也是在地震八度区世界上最高的超高层建筑,计划于2017年8月中旬封顶。2018年年底投用。业内人士透露,在这之前,世界上所有500米以上的超高层建筑设计者,都与中国人绝缘。


亮点二

最深地下室、最大底座抗8度地震

 

由于在高烈度地区建造总高度超过500米的超高层建筑在我国尚处于起步阶段,所以中国尊项目在设计和施工中遇到的困难是很大的。


▲中国尊模型正在接受抗震试验(供图张振华)


设计阶段,建筑师使用高新技术进行分析,通过采用抗震性能化分析,做到小震不坏、中震可修、大震不倒。中国尊的结构体系已通过超限审查。


中国尊在国内权威的实验室完成了1:40的振动台试验。模型经历了8度和8.5度大震地震波的考验,证明了中国尊结构的安全性。


被美、英同行认为,解决了国际地震工程界面临的重大技术挑战,代表国际最高水平的一项技术——中国地震局研究员王涛团队完成的“大型复杂结构在线混合试验关键技术与应用”,也已经实验验证了中国尊建筑结构的抗震性能。


▲中国尊地基施工(供图张振华)


日前,《人民日报》等国内权威媒体报道,王涛团队完成的这项技术已在美、日等国际重大科研项目中得到应用,而且该技术已经为我国“建筑安全与环境国家重点实验室”等国家级平台提供核心技术支持。


为了抵御8度地震烈度(编者注:地震烈度8度也就是相当于脚下发生6.5级到7级左右的地震。按照2016年6月1日开始实施的国家强制性标准《中国地震动参数区划图》即第五代区划图显示,北京地区8度设防地区的面积由39.7%增加到59.3%。北京市城区属于8度设防地区。),中国尊有了全球最深(地下40米)、层数最多(8层地下室)的地下室,还有了面积为6084平方米的全球超高层建筑最大底座面积。


▲中国尊采用世界最大截面的多腔体钢管混凝土巨型柱——截面积为64平方米(供图张振华)


同时,中国尊还采用内筒和外筒的双重抗侧力体系抗震。建筑结构内部的内外筒共同对结构起到支撑作用,当某一系统丧失局部承载力时,另一系统仍可支撑塔楼、避免倒塌。外框筒由巨型柱、巨型斜撑和转换桁架组成。巨型柱采用目前超高层结构中普遍采用的钢-混凝土组合结构,使其在保证强度的同时有较好的延性。转换桁架被设计为独立承受上部全部荷载,抗震性能目标为大震不屈服,有力保障了结构的竖向传力途径及转换结构的安全性。


亮点三

智能顶升钢平台体系成“盖楼神器” 


2015年3月19日,中国尊大厦项目主塔楼智能顶升钢平台体系安装完成。中国尊的工地和其他建筑工地有个显著不同,建筑物墙体外的一圈脚手架消失了,取而代之的是扣在楼顶上的智能顶升钢平台,平台重4800吨,面积为1849平米,依靠12个支点顶升,四面是齐胸高的钢制防护网。


从智能平台代替脚手架,让中国尊的施工场地就稳了许多,尽管正赶上四五级风,可离地面近200米高的平台没有一丝晃动。平台上还人性化的设置了休息棚和卫生间,不仅解决了施工人员的实际困难,还提高了工作效率。 


▲中国尊施工过程中采用智能顶升钢平台,图为智能顶升钢平台和南北侧的两个巨型柱(供图张振华)


“脚下就是中建三局发明的盖楼神器——智能平台,我们盖楼这么快,秘诀就在这里。”中国尊项目技术部经理、中建三局工程师蒋凯说,“这是我们自主研发的集成型智能模架体系,是世界房建施工领域面积最大、承载力最高的平台。平台上的4台塔吊中,有两台是和平台一体化结合的,这在全球也是首次尝试。”

塔吊和平台一体化结合、一同顶升,就不再需要特别停工等待塔吊顶升,算下来可节约工期56天。塔机预埋件也因此减少了400吨,不仅节省工时,还节约了材料。在“盖楼神器”上,工人们可以同时进行4层楼的作业,一层浇混凝土、二层机电预留预埋、三层绑钢筋……多个工种流水作业,工作效率大大提升。


中建三局研发的智能顶升钢平台为世界房建施工领域最重、面积最大、承载力最高、世界首次与大型塔吊一体化结合的钢平台体系。该智能顶升钢平台安装及顶升,可以保证中国尊以最快速度每3天一层楼的速度奔向528米,也可以实现每6天一层楼的速度实现封顶计划。即使是后者,建筑效率也领先国外同行30%。


亮点四

全球首部超500米跃层电梯首次启用 


2016年8月17日,全球首部超500米跃层电梯在中国建筑承建的中国尊项目正式启用。跃层电梯运行速度将普通施工电梯的1.6米/秒提升至4米/秒,最大行程将达到514米。也就是说,在中国尊乘坐电梯从地面到空中514米,只用128秒。记者乘坐后,没有出现耳鸣、眩晕等任何不适。


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▲中国尊的跃层电梯(供图张振华)


据悉,跃层电梯技术是将正式电梯在结构施工阶段提前使用,电梯机房是可自行爬升的临时机房,每次跳跃3至5层,即土建核心筒每上升3至5个楼层,电梯机房向上跳跃一次,大楼封顶且电梯机房完工后,将电梯曳引机控制柜等机房设备移至最终机房,更换相应部件后即可转换为中国尊的正式电梯。


相对于建筑外墙施工梯,跃层电梯具备以下优势:1.人员运输、施工效率提高。单台跃层电梯的乘客运力是同规格施工电梯的约12倍,相比常规电梯安装方法完工时间提前约120天。2.安全可靠,故障率低,减少由于电梯故障导致的停工时间,3.安装于电梯井道内,不影响后期幕墙安装。4.各种天气条件下均可使用,全天候24小时运行。5.与正常电梯安全措施一致并通过政府验收,安全性更高。6.最终消防梯安装时间至少节省四个月,可提前投入使用。


亮点五

临时永久结合消防水系统 


中国尊是国内第一个采用“临时/永久”结合消防水系统,实现临时消防与永久消防的无缝连接的超高层建筑。中建三局在设计中国尊施工电梯和工地消防系统时,都尽可能做到大厦建成后可沿用或方便转换,以最大程度节约材料、缩短工期。


▲中国尊楼顶的全球最大最高室内观景平台效果图(供图张振华)


据悉,根据国内消防救援设施配置情况,当超高层建筑超过100米时,消防安全保障只能依靠超高层建筑本身的消防系统救助完成。因此,超高层建筑在施工过程中,需要建立临时消防系统。


这在一定程度上保证了施工期间的消防安全,但又产生了两个必须面对的问题:一是临时消防系统占用大量正式管线及设备的空间,影响正式管道安装及精装修工作,这样无疑降低了施工速度、影响了施工效率。二是临时消防系统拆除到正式消防系统投入使用期间,存在一个消防真空期,如果在这一时间段发生火灾,将难以进行扑救。北京某地标性建筑就曾在消防真空期发生过火灾,造成的损失令人唏嘘!


▲中国尊施工现场的消防设备


中国尊项目“临时/永久结合”消防系统是利用正式消火栓系统的分区管网及消防转输泵房,每区段消防转输泵房承担上一区域消火栓管网的临时高压供水,各阶段转换后为上一区段消防转输泵房的转输水箱供水和以下区域段消火栓系统分区管网的常高压供水,交替进行直至施工结束后完成最终的转换。


中国尊的消防系统具有三大优势。一是提高施工阶段消防能力的可靠性,可实现“临时消防系统”和“正式消防系统”无缝转换,避免常规临时消防系统拆除期间消防保护“空白期”问题。二是合理使用正式管道和设备,减少后续临时管道和设备拆除量,节约了工期。三是减少施工期间临时消防设备和材料投入量,降低了成本,提高了绿色施工的水准。


中国尊项目“临时/永久结合”消防系统为超高层建筑施工现场临时消防和机电安装做出了创新性示范。


亮点六

电脑模拟盖楼 预测排除问题

 

中国尊总设计师吴晨说,在中国尊的全生命周期的全过程内,BIM系统都发挥了重要作用。形象地说,BIM系统就是将中国尊的建筑全过程,在电脑里预演了一遍。


▲施工中的中国尊(供图张振华)


通过电脑模拟,建筑师们可以提前预测可能遇到的问题,并想好解决办法,形成调度指挥方案。现场盖楼时,各部门依据指挥方案施工、应对,这样就可以确保施工进度和质量。


在中国尊施工现场,工程师手持平板电脑指挥施工。“平板电脑里装着BIM系统,是建筑的大脑,也是我们履约的法宝。”中建三局中国尊项目工程协调部副经理贺晓飞说。


在中国尊的方案深化、初步设计、施工图设计等各阶段的BIM技术应用工作中,建筑师们都进行了全面的规划,制定了每个阶段BIM技术应用的指导原则:以设计为主导,在服务于设计的同时,延伸至施工和运维管理。BIM模型作为设计方法的重要组成部分,在建筑全生命周期的全过程内,不断完善和深化,充分发挥其辅助设计的作用。采取以三维为主导,以三维和二维相接合的工作方式进行设计工作。


亮点七

“弹指神功”和“巨无霸” 


“中国是在建高楼最多的国家,这使得中国建筑业拥有更多的练手机会。在实践中,我们摸索研发了大量先进的工具、工艺、技术。”中国尊项目技术部经理蒋凯曾经对媒体说,中国房建领域的总体技术水平处于世界先进水平。


▲世界上最先进的、最大起重量高达100吨、自由高度60米的塔吊(供图张振华)


怎么把地面上的混凝土泵送到五百米的高楼上去呢?国外建筑企业混凝土泵送高度一般只有三四百米,这就需要在建筑物的二三百米处,多加个混凝土泵。而中建三局使用世界领先的弹指神功——国产混凝土泵送技术,可以直接将混凝土泵送到600米高的超高层建筑上。建筑速度和效率远远超出国外同行。


智能顶升钢平台的四个角上各布置1台据巨无霸——动臂式塔吊。其中两台核心筒内对角布置的塔吊起重臂长55米,最大起重量超过64吨。另外两台塔吊最大起重量达高100吨,自由高度60米,是目前国内房屋建筑领域最大的动臂式塔吊,也是世界上最先进的塔吊之一。


▲从塔吊上掉下的吊钩。从塔吊上掉下的吊钩。远处是通州


施工过程中,固定于智能顶升钢平台上的两台臂长55米的塔吊,随顶模一起爬升至500多米;另两台起重量大100顿的塔吊,则随着施工进度自行爬升至超过500米的施工作业面。由于4台塔吊均布置在核心筒的500平方米区域内,100%交叉施工,群塔作业让项目施工组织协调变得异常困难。由于“中国尊”项目工期是国内在建500米以上超高层建筑中最短的,加上场地受限,主体施工期间,钢构、土建、机电等专业交叉作业和错综复杂的现场施工协调成为项目工作的重心。


亮点八

每个工人平均每天绑扎一吨钢筋 


中国尊能以平均6天一层的速度拔地而起,也和数千名建筑工人的勤奋和努力密不可分。在地基施工阶段,工人们50天内绑好了2万吨钢筋,每个工人平均每天绑扎了1吨重的钢筋,这些钢筋总长度超过了京广铁路的铁轨长度。


▲正在帮扎钢筋的施工人员(供图张振华)


中国尊底板混凝土浇筑是连续93小时一次性完成,100多名振捣工人就两班倒地持续工作了93小时,在不足1米高的钢筋夹层内,半蹲半弯着一锤锤地把注入的混凝土振捣密实。


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▲施工人员


2016年,中国尊项目的2000多名工人克服雾霾、大风、大雨等重重困难,从年前的150多米拔高到了200米、300米、400米,直到2017年2月8日的447多米。中国尊,不再单单是一个冰冷工程的名字,而是凝聚了全体参建者的心血的带有他们体温的建筑。十几万吨钢构件需要几百名焊工一节一节焊接,几万吨钢筋要上百名钢筋工一根一根绑扎完成……她每长高1米,都是建设者克服高温、雾霾、大风、大雨、寒冷的结果。


明年年底前,在500米的摩天大楼里,全球第一大、第一高室内观光平台,非中国尊楼顶净高约18米,挑空3层,无支撑柱,可360度俯瞰北京城的室内平台莫属,这么多定语说起来都累,但是到上面躲雾霾,不用空气净化器,是不是很劲爆。




4 74
  • qiangxq1 3楼
    谢谢分享 学习
    2017-3-7 07:40
  • 花开顷刻 4楼
    挺详细的,很好的学习资料。
    2017-3-7 09:07
  • 烟随风逝6 5楼
    谢谢楼主的无私分享
    2017-3-7 09:24
  • zhangph_2001 6楼
    厉害!!!!!!!!!!!!!!
    2017-3-7 10:17
  • zhangph_2001 7楼
    谢谢楼主分享
    2017-3-7 10:17
  • pkpm小学生 8楼
    谢谢楼主分享
    2017-3-7 10:20
  • 卫行天下 9楼
    qiangxq1 发表于 2017-3-7 07:40
    谢谢分享 学习
    谢谢分享 学习
    2017-3-7 10:31
  • 剑舞长锋 10楼
    从设计到施工都是世界级的,为中国土木人点赞!
    2017-3-7 10:52
  • borenzha 11楼
    厉害了
    2017-3-7 10:56

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