风“长”的长沙与她的地基基础——岩土感悟之四十

2019-12-19 17:29  来源:岩土网  阅读:2103
简要回顾了世界高层超高层建筑的发展史,介绍了百年来长沙高度的成长历程,对长沙的超高层建筑地基基础作了粗略的分享。以博方家一笑。

2020年元旦的脚步越来越近。

2019年对国人来讲,是很值得自豪与骄傲的。它是中华人民共和国成立的七十周年的大庆年,各行各业都在回顾、在总结、在展望,特别是中国勘察设计协会组织的“全国勘察设计行业庆祝新中国成立70周年系列推举活动”在近日公布成果,无疑在这寒冷的冬日给同行们带来了煦煦冬阳,群情振奋。

蓦然回首,发现2019年的自己在论坛上有些疏远,有了想写点什么的冲动,为久违的朋友们。

我该写点什么呢?还是应景,从身边的事说起,说说长沙迎风而长的高楼大厦和它的地基基础吧。

在这里,我之所以用“风长”而不用“疯长”,是因为长大长高的不只是长沙城一座城啊!

曾几何时,这个世界象风一样疯长着!

因为世人都怀揣着的一个摩天梦!

《圣经》中关于营造巴比塔的传说,诉说着古人类征服天空的渴望。

神州大地上,岿然屹立着建于公元524年的河南嵩岳寺塔(15层,简筒结构,高50m),建于公元704年的大雁塔(7层,砖木结构,高64m),建于公元1055年的河北定县料敌塔(11层,筒体结构,高82m),建于公元1056年的山西应县木塔(9层,高67m),……,它们堪称世界木结构的奇迹! 也寄托着人们对摩天建筑的向往。

诗人李白在《夜宿山寺》用浪漫的情怀,给后人留下了如此瑰丽的诗句:

危楼高百尺,手可摘星辰。

不敢高声语,恐惊天上人。

危乎?高矣!


国外现代高层建筑发展分为三个阶段:

第一阶段(19世纪中叶以前),建筑材料主要为砖石、木材,设计手段和施工技术限制,一般只能建造6层及以下建筑。

第二阶段(19世纪中期至20世纪50年代初),1855年,电梯发明,建造更高建筑成为可能。

1884~1886年,Home Insurance Building11层,高55m),铸铁框架承重结构,标志着一种区别于传统砌筑结构的新结构体系的诞生。

1884~19世纪,高层建筑开始采用钢结构,建筑高度越过100m大关,大多出现在当时经济发展热点中的美国。1898年建成的纽约Park Row大厦,30层,高118m,是19世纪世界上最高的建筑。

1903年建成的美国因格尔斯大楼,16层,高64m,是世界上最早钢筋混凝土框架结构高层建筑。

1909年,美国纽约的“都市生活”办公楼高度达到213 m,实现了真正意义上的现代摩天大楼梦!

此后到1933年间,美国的一下子涌现了10余栋超过200 m的摩天大楼。其中,1931年建成的美国纽约帝国大厦高达102层,381m。这一时期,受设计理论和建筑材料限制,材料用量较多、自重较大,仅限于框架结构,建于非抗震区。

第三阶段从20世纪50年代开始,轻质高强材料、抗风抗震结构体系、施工技术及施工机械等方面取得很大进步,计算机在设计中的应用,高层建筑飞速发展。美国成为这一时期世界上高层建筑最多的国家。上世纪90年代,亚洲经济快速发展,日本、朝鲜、韩国、中国大陆、台湾、新加坡和马来西亚等国家和地区,80~150m的高层建筑大量兴建,并陆续建成了超过200m、300m的超高层建筑。

世界摩天大楼的高度攀升,到了一个不疯狂不成魔的阶段!

1973年,高110层、高度415m的纽约世界贸易中心大楼(World Trade Center Towers)建成,打破了纽约帝国大厦保持41年之久的世界最高建筑记录。

1974年,美国芝加哥的西尔斯大厦(Sears Tower)将此记录刷新为110442m

1998年,马来西亚吉隆坡88层的石油大厦创造世界最高建筑452m的新记录。

2004年,中国台北101大厦再次将记录提高到508m。

2010年,阿拉伯联合酋长国迪拜的163层哈利法塔将该记录定格在828m

据报道,不久的将来在沙特阿位伯的利雅得将有超过1000m耸立在世人面前!


我国的近现代的高层建筑发展可分为四个阶段:

1)第一阶段:新中国成立~上世纪60年代末,主要为20层以下的框架结构。代表性工程有:1959年建成的北京民族饭店,12层,高47.4m1964年建成的北京民航大楼,高15层,60.8m1966年建成的广州人民大厦,18层,高63m

2)第二阶段:上世纪70年代,为 20~30层的住宅、旅馆或办公楼。代表性建筑有:建成于1974年的北京饭店新楼,20层,高87.4m,是当时北京最高的建筑;1976年建成的广州白云宾馆,33层、112.45m,是国内建成的第一栋栋超100m的高层建筑。

3)第三阶段:上世纪80年代,随着改革开放的深入,中国建筑业进入了空前的蓬勃发展时期,仅1980~1983年所建的高层建筑就相当于1949年以来30多年中所建高层建筑的总和。1985年,160m的深圳国贸大厦三天一层的深圳速度开启了大陆超高层建筑的浪潮!

4)第四阶段从上世纪90年代开始,高层建筑兴建速度加快,1990~1994年间,每年建成10层以上建筑在1000万平方米以上,占全国已建成的高层建筑的40%。1990年建成的深圳发展中心大厦,43层,高165.3m(加上天线的高度共185.3m),是我国第一座大型高层钢结构建筑。同年,北京208m高的京广中心大厦建成,中国真正进入一个超高层建筑的新时代。

1996年,深圳地王大厦以“九天四层楼”的新深圳速度将中国建筑高度拔高至384m;

1998年,上海金茂大厦以420.5m跃居当时的中国第一、世界第三;

2004年,中国台北101大厦建成,以508m的新高度夺得当时世界第一摩天大楼的桂冠;

2008年,上海环球金融中心以492m成为中国内陆第一高楼;

2016年,上海中心以632m成为中国第一高楼,世界第二高楼!

长沙虽称湖湘首邑,楚汉名城。就建筑而言,她的许多久远的留存都在文夕大火中化为灰烬,写进了历史课本。她的成长史也就是新中国的发展的宿影。

1949年到2019年,长沙城市从6.7平方公里到567.32平方公里,长大了近85倍;从32米到452米,长高了14倍。以湖南人们的母亲河湘江为轴线,长沙正有机地更新成长着,14条“动脉”贯通了一江两岸……

那么,长沙是怎样一个个长高历程呢?今年9月,在湖南省的注册土木工程师(岩土)的继续教育培训上,我曾作过一点功课,不妨分享如下:

1915年,湘雅红楼,12m

1932年,国货陈列馆,8F32m

1956年,中苏友好大楼,18m

1962年,湖南宾馆,9F35m

1976年,麓山宾馆,12F40m

1977年,长沙火车站,63m

1987年,蝴蝶大厦,20F76m

1992年,中山大厦,33F126.6m*

1997年,国贸金融中心,150m

2004年,长沙第二长途通讯枢纽大楼,218m

2014年,北辰三角洲A1写字楼,260m

2018年,九龙仓·长沙国际金融中心,452m

据不完全统计:长沙的超高层建筑171栋(建成62栋、在建54栋、规划55栋),800m1栋、400m2栋,300m13栋, 200m60栋,150m95栋。代表性超高层建筑有万达广场的五栋写字楼、保利国际广场、保利西海岸、泊富国际广场等等。

“九层之台,起于累土”(《道德经》),摩天大楼必始于基,必立于基。高层建筑中,水平荷载和地震作用对结构设计起着决定性的作用,动力反应不可低估,结构轴向变形、剪切变形以及温度、沉降的影响加剧,材料用量、工程造价呈抛物线关系增长。高层建筑基础工程涵盖了地下(或基础)结构和基坑工程两大相关部分,对整个建筑物的安全和寿命举足轻重,其造价和工程分别占土建总造价与总工期中份额很重。其特点如下:

(1)高层建筑的地基基础必须能提供较大的竖向承载力和水平承载力。风荷载、地震荷载、沉降和倾斜;

(2)高层建筑为了满足其稳定性和利用地下空间的要求,基础结构的埋置深度大,基坑工程问题复杂;

(3)地下室体量深、大,抗浮问题不可避免;

(4)高层建筑常建于城市建筑物和人口密集处,基坑开挖、基础施工、降水止水等对环境影响大,存大危大工程风险;

(5)基础结构大体积混凝土施工难度大,如何对养护期间和后期可能产生的温度裂缝、收缩裂缝进行预防和控制是高层建筑基础工程的又一特别课题。

长沙的这些摩天大楼地基基础如何?长沙区域上位于扬子准地台和华南褶皱系两个大地构造单元接合部位,湘-浏盆地西南缘。其地貌类型主要有剥蚀丘陵与河流冲积阶地。主城区坐落在湘江和浏阳河交汇的河流阶地上。长沙城区基岩分布特征可简单概括如下:西北为元古代浅变质岩系,东北部为花岗岩低山丘,东及东南部为红层高丘。

据我初步掌握的材料,长沙前5位的超高层建筑基础型式如下:

1)九龙仓国金中心(图1):长沙的第1高度,占地约7.5万平米,总建筑面积约100万平米,由452m高T1塔楼、315m高T2塔楼、满堂6层裙房和7层地下室组成的超级城市综合体。总投资约220亿元。主体建成时的2017年,T1塔楼的高度排在全球房屋建筑的第10位。筏基,板厚5 m,持力层为中风化泥质粉砂岩。


图片未命名                

(2)长沙世茂广场(图2):长沙第二高度。位于长沙市五一大道与建湘路交叉处西南角,由商业裙楼、办公塔楼和下室三部分组成。 商业裙楼为地上5层,办公塔楼地上75层,地下室4层。塔楼主屋面处结构高度为327.75m,建筑物总高度为347.900m。2013年6月6日开工,其中写字楼部分总共75层,高347m。天然地基。

图片未命名                  

3)滨江国际金融中心,位于长沙滨江新城板块,潇湘中路与茶子山路交汇处。项目总规划有4栋超高层,其中328m的主楼成为长沙第三高楼、河西第一高楼。2015年121日开工奠基,桩基础,持力层为板岩。

4)新楚擎天广场(图3:位于袁家岭地铁口,五一大道236号;正处于芙蓉CBD核心地段。地下6层、地上五层;主塔高321.85m、副塔312.7m。主塔为长沙第四高的高楼。塔楼采用筏板基础,基础底板埋深 32.8m ,筏板厚度 3.5m,持力层为中风化泥质粉砂岩。

图片未命名           

5)富兴世界金融中心和华创国际广场:位于芙蓉路与湘雅路交汇处,以300米高度并列长沙在建项目第5位。

富兴世界金融中心共规划有4栋超高办公塔楼,其中最高的300m,其他三座分别为219、219、160m。天然地基,板岩。

华创国际广场规划有两栋超高层,高度分别为300138m;其中主楼在20151118日封顶。桩基,泥质粉砂岩。

细心的你或许已发现,在长沙的前五名的6个超高层建筑中,竟然有4个项目采用的是天然地基。据研究,高层建筑基础工程费用一般占整个工程费用的10%-35% ,基础设计的合理与否会造成工程结构造价相差很大。天然地基基础的造价仅为桩基的17%-67%。美国休士顿市的一些高达30-75层的大厦,多采用天然地基基础。日本是个多地震的国家,其超高层建筑采用天然地基基础方案的占总基础形式的57%。工业发达国家多采用天然地基,尤以筏形基础应用较为广泛。

通过同行从业者和专家们的探索,岩土工程师与结构师们的共同努力,对长沙地区主要地基持力层的认知和使用上应该说已走在同行的前面。遗憾的是仍未形成统一认识,地区规范的缺失也是本省业界的最大遗憾,值得相关部门与业界重视。


2019年1219日17:28

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彭柏兴

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