台北101大楼是台湾建筑界有史以来规模最大、难度最高的工程。
台北101原名台北国际金融大楼,它是由台湾11家企业联合组成台北金融大楼控股有
限公司投资承建的,股东包括台湾证交所、中华开发、中联信托、国泰人寿、台新银行等岛
内知名企业。1997年,大楼以BOT(建设、经营、转让协议)的形式取得土地开发权,1998
年10月破土动工,1999年7月主体工程开工,投资总金额超过500亿元新台币(下同,4
元新台币约合1元人民币)。2003年7月1日,大楼举行上梁仪式,第101层楼塔尖结
构体宣告完成。
2004年完工投入使用。整栋大楼的造型呈向上展开的“花开富贵”形状,寄托着设计
单位的无限希望。
台北101长宽各150m,总面积30277m2,塔高508m,世界第一高,26层以上以8
层为一单元。主要由巨柱、核心系统及外伸桁架梁。巨柱自地下5层至地上90层,最大尺
寸为2.4mx3m。台北101是第一座盖在强风地震频繁地区的超级高楼。台北101的架
构由3种不同的结构部件紧密结合而成,每一种分别用来承载不同的载重。大楼每一面都有
成对的2.4×3公尺超大型柱子,建物核心另有16根柱子,两者合起来形成垂直支撑架构。
超大型柱子外部围绕着犹如蜘蛛网的韧性抗弯构。这是一种有弹性的钢骨架构,地震时会适
量弯曲。
真正的创新是连接所有柱子结构。每8层楼就有一个专用机械楼层,其中包含一层楼
高的巨大钢制悬臂椼架(outriggertruss)。这些椼架负责连接建物中心的柱子以及外围的超
大型柱子,有效地扩大建物宽度,避免倾覆。
这就好象滑雪的人有了滑雪杖——将中央主结构连接到宽大的地基,这一来就不容易
倾倒了。
台北101是位于强风地震频繁地区的超级高楼。为抗风和地震设置悬浮阻尼球。悬浮
阻尼球是个直径5.5m,重达800吨的大圆球,从92楼悬挂下来,作为大楼吸收风力的装
置。强风出现时阻尼器会摆动,大楼其它部分就可保持稳定,从而保护台北101的建筑主体,
避免大楼在强风中大幅晃动。这个大圆球会吸收大楼的振动,再将能量传递、发散到下
方的弹簧系统。这是大楼安装史上最大的阻尼器,巧妙地解决了摇晃问题。像是个重达800
吨的摆锤。这颗阻尼球造价400万美元,平常只会摆动个几公分。摆荡时,阻尼装置内的液
体会穿过小孔,藉此消散风的能量。
若是发生了大型灾难,如百年一次的超级地震或台风,阻尼球将摆荡1.5公尺,撞上
一个防撞环;防撞环上另有8个的黏性缓冲器,可防止阻尼球进一步摆荡。
这是第一套没有藏起来,反而融入大楼整体设计的调谐质量阻尼系统。到时到88楼与
89楼用餐的顾客将可360度的全方位见到这个装饰华丽、直径5.5公尺世界建筑史上最大
的阻尼球!
据台湾媒体报道,楼高之最的台北101大楼成为建筑抗强风与地震设计的科技楷模,负责结
构系统设计的结构技师甘锡滢说,这是集合岛内众多专业智能的结果,台北101大楼的耐震
与抗风设计确实绞尽脑汁,但也不能保证百分之百不会倒。
据悉,台岛最近地震频频,台北101大楼第88~92层之间的那颗“大球”最近也被人们津津
乐道。这颗大球是由41层12.5厘米厚的实心钢板堆迭焊接而成,宛如一颗金黄色的球体,
重达660吨。外界误以为这颗大球左右摆荡可以抗强震,事实上,这颗球只是平衡平时大楼
微幅摆动产生的不舒适感,一旦强烈台风和地震来袭时,这颗球是无用武之地的。
甘锡滢解释,这颗大球的专业名称是“调质阻尼器”,平时大楼受风吹袭时会有左右的微幅
摆动,放一杯水在桌上,水都会左右晃动,如果不做任何处理,坐在大楼里的人会有晕眩的
感觉,很不舒服;这颗阻尼器的主要目的,在于平衡风力造成大楼的摆荡,提高人的舒适感,
一旦遇上强风和强震,整栋大楼摆动更厉害,而且是全栋摇摆,这颗阻尼器悬吊在高楼里,
就失去作用了。
当强风、强震时,大楼屋顶部分的左右摆动,来回可能长达3米,在塔尖(448~508米处)
部分,年均约有18万次的来回摆动,这里也是摆动造成变形最严重的地方,因此,为了防
止“折断”,塔尖里也摆了两个条状的阻尼器,减少钢结构的疲劳应力。
什么才是大楼抗震、抗强风的利器?甘锡滢表示,总数达380支的基桩是重要基础,这些基
桩平均长度有71米,打入岩盘的深度有33米,打进岩盘前先凿出洞来,基桩放进去时再灌
入混凝土固定,因此,为数众多的大型基桩牢牢抓住地盘,已让大楼稳了一半。
另一关键是大楼的八根巨柱,一般建筑的柱子约50乘50厘米粗,台北101大楼的巨柱有3
乘2.4米粗,使用的钢板厚达8厘米,和一般建筑的2~3厘米相差很大。甘锡滢说,在巨柱
内灌注每平方英寸承重1万磅的高性能混凝土,创岛内新纪录,一般建筑物的混凝土强度约
为每平方英寸3000~6000磅,高雄东帝士大楼为8000磅。
入岩的基桩、八大巨柱辅以每八层楼的巨型桁架,撑住大楼不被地震和强风震歪、吹歪,整
栋大楼属于巨大结构(MegaStructure),可耐震度为6级(地动加速度为390gal)。万一来了
7级大地震,大楼会不会倒?甘锡滢笑说:“不敢保证!”但其结构设计原则是“可允许局部
损坏,不能瞬间倒塌。”
台北101还包括其它世界第一的纪录,如:世界最快的电梯,有2部电梯(其余还有59部
将以较慢的速度上升),可以在39秒内将乘客载到89楼的观景台,其中约有10秒是以高达
每分钟1,000公尺的速度上升,台北101的电梯每台造价超过200万美元。
安全结构是台北101最骄傲的地方。美国世贸大楼被撞起火后20多分钟就轰然倒塌,
但台北101因结构设计不同,即便发生火灾,8根巨大钢柱里灌入的1万磅防火混凝土及封
闭式逃生设计,也可以支撑3个小时让高层民众安全脱险。
巨型结构定义:整幢结构用巨柱、巨梁和巨型支撑等巨型杆件组成空间桁架,
相邻立面的支撑交汇在角柱,形成巨型空间桁架结构。特点:空间桁架可以抵抗
任何方向的水平力,水平力产生的层剪力通过支撑斜杆的轴向力抵抗,可最大限度地利用材
料;楼板和围护墙的重量通过次构件传至巨梁,再通过柱和斜撑传至基础。因此巨型桁架是
既高效又经济的抗侧力结构。巨型结构体系巨型结构是由大型构件(巨型梁、巨
型柱和巨型支撑)组成的,主结构与常规结构构件组成的次结构共同工作的一种结构体系。
巨型结构按主要受力体系形式可分为巨型桁架结构、巨型框架结构、巨型悬挂结构和巨型分
离式结构;按材料可分为巨型钢筋混凝土结构、巨型钢骨混凝土结构、巨型钢一钢筋混凝土
混合结构及巨型钢结构。巨型结构的特点:从平面整体上看。巨型结构的材料使用正
好满足了尽量开展的原则,可以充分发挥材料性能;从结构角度看,巨型结构是一种超常规
的具有巨大抗侧刚度及整体工作性能的大型结构,是一种非常合理的超高层结构形式;从建
筑角度看。巨型结构可以满足许多具有特殊形态和使用功能的建筑平立面要求。使建筑师们
的许多天才想象得以实施。巨型结构作为高层或超高层建筑的一种崭新体系。由于其
自身的优点及特点,已越来越被人们重视,并越来越多地应用于工程实际,是一种很有发展
的结构形式。香港汇丰银行属于巨型钢结构体系。是诺尔曼·福尔特设计的。
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