零噪音打樁、千噸阻尼器、頂級玻璃幕墻，中國第一高樓超硬核

上海中心大廈關(guān)鍵技術(shù)摘得2018年上海科技獎特等獎。

上海中心大廈高632米，系目前中國第一、世界第二高樓，也是中國唯一超過600米高度的建筑。作為陸家嘴金融中心建筑群靚麗的收官之作，它于2008年底開工，歷時6年多建設(shè)竣工，創(chuàng)造了一系列建造工程歷史上的奇跡。

陸家嘴地基土質(zhì)松軟，如何支撐85萬噸的龐然大物？建筑高聳入云，如何降低大風(fēng)天氣下大樓的搖擺幅度？2萬多塊不同大小的曲面玻璃幕墻是如何安裝的？……近日，澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者走進大樓，聽工程師們介紹這棟超級摩天大樓的硬核科技。

上海中心大廈 視覺中國 資料圖

零噪音的打樁工藝

站在上海中心大廈最高層環(huán)顧四周，仿佛騰云駕霧一般。但是，上海中心大廈可不僅僅是因為高才被世人矚目，其建設(shè)難度也是前所未有的。

擺在工程建設(shè)單位面前的第一個難題就是上海的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

因為這里的陸地并不是由穩(wěn)定的土壤和結(jié)實的巖石組成的，建造在沖擊平原之上的上海，地下280多米的松軟土壤，尤其是上海中心大廈所在的陸家嘴地基土質(zhì)松軟，含有大量粘土。常規(guī)的建設(shè)方案根本不足以支撐預(yù)估重量達到85萬噸、接近85個埃菲爾鐵塔的龐然大物。

此外，要在此建立一座超級建筑，除了考慮復(fù)雜的地質(zhì)，還要將臺風(fēng)、地震因素全部考慮進來，技術(shù)難度可想而知。

為此，上海建工集團的工程師們建立了軟土地區(qū)超高層沉降計算本構(gòu)模型，突破了軟土地基沉降發(fā)展歷程精準(zhǔn)預(yù)測難題。為了穩(wěn)定地面以上的超高高度，工程師打了近1000個基樁，深度約達86米，而后澆筑結(jié)實的可以分攤建筑壓力的鋼筋混泥土底板，再在上面建筑大樓便可以穩(wěn)如泰山。如此大體積的底板澆筑工程在世界建筑工程領(lǐng)域內(nèi)開創(chuàng)了先河。

澎湃新聞記者從項目第一完成人上海建工集團總工程師龔劍處了解到，上海中心大廈的基樁工藝也別有講究：此次打樁突破了軟土地基的打入式鋼管樁傳統(tǒng)工藝，率先在350米以上超高層中采用鉆孔灌注樁。

“和打入式鋼管樁相比，鉆孔灌注樁的承載力達到了鋼管樁同樣級別，但它能節(jié)省60%以上的造價，而且沒有噪音污染。”上海建工集團總工程師龔劍指出，上海中心大廈建設(shè)之初，其地下周邊已經(jīng)分布了地鐵線路，商業(yè)建設(shè)已具規(guī)模，“如若仍是采用打入式鋼管樁工藝，不僅噪音擾民，而且打樁的震動非常大，會影響地鐵線路的正常運營。”

龔劍透露，此次鉆孔灌注樁的嘗試系國內(nèi)最創(chuàng)新的打樁工藝，為此研發(fā)的新型成樁工藝體系及控制技術(shù)為后續(xù)超高層建筑建設(shè)采用鉆孔灌注樁奠定了基礎(chǔ)。

如何降低大樓搖擺幅度

上海中心大廈如此之高，遇到大風(fēng)天氣，大樓高層內(nèi)的人員會不會有搖搖晃晃的感覺？

據(jù)上海中心大廈建設(shè)發(fā)展有限公司工程總監(jiān)孫峻透露，如果不安裝阻尼器的話，在沒有任何干預(yù)的情況下，上海中心大廈在大風(fēng)天氣下?lián)u擺的幅度有可能會超過1米。

聽起來如此大幅度的擺幅，不免讓人心生擔(dān)憂。其實，并不需要這樣的擔(dān)心，因為在126層安放了一塊重達1000噸的電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器裝置，可大幅降低大樓的搖擺擺幅，提高大樓的舒適度，而這個裝置又頗具藝術(shù)性，被稱為“上海慧眼”。

“上海慧眼” IC 資料圖

“上海慧眼”由吊索、質(zhì)量塊、阻尼系統(tǒng)和主體結(jié)構(gòu)保護系統(tǒng)四部分組成，是目前世界上最重的擺式阻尼器質(zhì)量塊。質(zhì)量塊和吊索構(gòu)成一個巨型復(fù)擺，它與主體結(jié)構(gòu)的共振，能消減大樓晃動。

孫峻說：“和以往阻尼器利用機械原理不同，上海中心大廈首創(chuàng)了世界上第一個引入電磁原理的阻尼器，由上海材料研究所和上海市機械施工集團有限公司共同研發(fā)，填補了世界空白。”這一技術(shù)上的提升，可以有效提高大樓中人員的舒適度感受。

據(jù)孫峻稱，因為有了“上海慧眼”，即使上海刮13-14級的大風(fēng)，樓內(nèi)高層區(qū)域的人員也不會有很明顯的晃動眩暈感。

另外，考慮到風(fēng)速問題，上海中心大廈建筑設(shè)計采用螺旋上升的方式，隨著高度的升高每層扭曲近1度，這種設(shè)計有效延緩風(fēng)流，避免大廈產(chǎn)生劇烈晃動。

世界頂級幕墻工程

令人瞠目的，還有那2萬多塊不同大小的曲面玻璃幕墻。

歷時2年多，上海中心大廈總面積達14萬平方米的主樓玻璃幕墻于全部安裝到位。談起玻璃幕墻的奧秘，上海建工集團的工程師們無不透露著自豪。

據(jù)上海建工集團技術(shù)總監(jiān)朱毅敏透露，上海中心大廈外幕墻玻璃于2012年8月2日開始安裝，其墻鋼結(jié)構(gòu)支撐體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以主體結(jié)構(gòu)八道桁架層為界，共分為9區(qū)，每區(qū)幕墻自我體系相對獨立，是世界上首次在超高層安裝14萬平方米柔性幕墻，被業(yè)界定義為“世界頂級幕墻工程”。

2013年1月1日，施工中的上海中心大廈。 IC 資料圖

上海建工集團總工程師龔劍透露，玻璃幕墻的安裝要求極高，施工誤差僅為1.5毫米。為了準(zhǔn)確安裝玻璃幕墻，建造團隊發(fā)明了模塊化集成智能控制的幕墻支撐結(jié)構(gòu)安裝升降作業(yè)裝備，解決了懸、扭、空懸掛支撐結(jié)構(gòu)及幕墻安裝難題，實現(xiàn)2萬多塊、約76種不同類型的玻璃幕墻、懸掛支撐結(jié)構(gòu)及主體結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作目標(biāo)。

記者了解到，整個玻璃幕墻體系，不僅需要克服上下跨度大、支撐玻璃幕墻鋼環(huán)梁構(gòu)建超長等難題，更要綜合考量如何在臺風(fēng)、地震、高低溫、幕墻玻璃版塊自重加載等各種環(huán)境因素影響下，對幕墻變形及結(jié)構(gòu)安全實施有效的控制。

另外，上海中心大廈的幕墻玻璃，與一般樓宇的鋼化玻璃不一樣，采用的是國際上最新的超白玻璃，雜質(zhì)少，自爆率接近零。同時，為了以防萬一，雙層玻璃中還加了膠片，這種膠片承載力大、耐久性強，即使玻璃在劇烈的錘擊試驗下慢慢破裂，所有碎片也能牢牢附著在膠片上，不會有一星半點碎片落地。

上海中心大廈已成為世界矚目的國際一流精品工程，也是我國改革開放40年城市建設(shè)成果的典范，其先進的建設(shè)理念、創(chuàng)新的設(shè)計和施工技術(shù)以及高效的運維管理，彰顯了我國超高層建造技術(shù)國際領(lǐng)先的綜合實力，引領(lǐng)了世界超高層技術(shù)發(fā)展。