1、臺北101工程介紹摘要：臺北101，又稱臺北101大樓，在規(guī)劃階段初期原名臺北國際金融中心，位于中國臺灣省臺北市信義區(qū)，由建筑師李祖原設(shè)計，KTRT團(tuán)隊建造，保持了中國世界紀(jì)錄協(xié)會多項(xiàng)世界紀(jì)錄。該專案主要由島內(nèi)十四家企業(yè)共同組成的臺北金融大樓股份有限公司，與島內(nèi)外專業(yè)團(tuán)隊聯(lián)手規(guī)劃，并由國際級建筑大師李祖原精心設(shè)計，超越單一量體的設(shè)計觀，以中國人的吉祥數(shù)字“八”（“發(fā)”的諧音），作為設(shè)計單元。每八層樓為一個結(jié)構(gòu)單元，彼此接續(xù)、層層相疊，構(gòu)筑整體。在外觀上形成有節(jié)奏的律動美感，開創(chuàng)國際摩天樓新風(fēng)格。本文通過對關(guān)于臺北101大樓的資料進(jìn)行整理，從設(shè)計特色和施工特色分別對該工程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，從而對

2、其有了全面的了解。關(guān)鍵詞：臺北101、設(shè)計理念、工程特色一 建筑概要臺北101這棟超高摩天大樓位于臺灣臺北市的信義規(guī)劃區(qū)內(nèi)。信義規(guī)劃區(qū)最早開發(fā)于1980年代，占地面積153公頃，并將規(guī)劃成為臺北市的金融、零售與娛樂中心地點(diǎn)，展現(xiàn)臺北這個大都市的的國際觀與活力。 臺北101的舊稱為臺北國際金融中心，是一個系興建-營運(yùn)-移轉(zhuǎn)為一體的個案，于1997年間由臺北金融大樓股份有限公司投資、開發(fā)并營運(yùn)。建筑基地位于在新興商業(yè)區(qū)，且有鑒于臺北市有成為亞洲區(qū)域金融中心之潛力，經(jīng)市政府指定為跨國性金融機(jī)構(gòu)的所在地。整體開發(fā)案包含一座101層高的辦公塔樓及5層的商業(yè)裙樓和5層地下樓面，總平面面積達(dá)到39.8萬平方

3、米。對于臺北市的游客、消費(fèi)者及企業(yè)團(tuán)體而言，臺北101是一座嶄新時尚、頂級精品的高檔寫字樓地標(biāo)。2003年11月，臺北101 購物中心正式營業(yè)，次年底寫字樓啟用，到了2005年1月間，位在89樓的臺北101觀景臺也正式對外開放營業(yè)。無論在設(shè)計或興建階段，臺北101自始便懷抱著一個長期的目標(biāo)：以建筑本身來展現(xiàn)當(dāng)?shù)匚幕c價值，成為世界與臺北的橋梁。臺北101將經(jīng)濟(jì)因素、環(huán)境因素、社會責(zé)任三者予以完美整合，成為一座永續(xù)存在的摩天大樓。臺北101多節(jié)式外觀，以高科技巨型結(jié)構(gòu)確保防災(zāi)防風(fēng)的顯著效益。每八層形成一組自主構(gòu)成的空間，自然化解高層建筑引起之氣流對地面造成的風(fēng)場效應(yīng)，透過建筑設(shè)計綠化植栽區(qū)的區(qū)隔

4、，確保行人的安全與舒適性。大樓造型宛若勁竹節(jié)節(jié)高升、柔韌有馀，象征生生不息的中國傳統(tǒng)建筑意涵。內(nèi)斜七度的建筑面，層層往上遞增；無反射光害的高度透明省能隔熱帷幕玻璃，讓人們在臺灣的最高建筑內(nèi)，觀天看地。高科技材質(zhì)及創(chuàng)意照明，以透明、清晰、營造視覺穿透效果，與自然及周遭環(huán)境大尺度的融合。二 設(shè)計特色1 結(jié)構(gòu)設(shè)計概要超高層大樓的設(shè)計，對于安全的可靠度要求標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于一般建筑，相對于結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，在既定的設(shè)計載重標(biāo)準(zhǔn)下，需要以更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度訂定材質(zhì)規(guī)格、施工標(biāo)準(zhǔn)與細(xì)部設(shè)計圖說明。而結(jié)構(gòu)與建筑設(shè)計之間的互動更顯重要。1.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)臺北101大樓位于臺北市信義計劃區(qū)，其基礎(chǔ)設(shè)計必須承載地上 101 層

5、的塔樓與 6 層群樓的載重，其規(guī)劃的開挖深度為 22.2522.95 m，因基地堅硬承載層上方有 3040 m厚的軟弱粘土層，如使用淺基礎(chǔ)時，可能會發(fā)生土壤承載力不足或?qū)е螺^大的沉陷變形產(chǎn)生，因此必須使用深基礎(chǔ)將載重傳遞到堅實(shí)的承載層，故設(shè)計時采用樁基礎(chǔ)將大樓的荷重穿過軟弱粘土層傳遞到較深的巖層。而為了進(jìn)行可靠的基礎(chǔ)工程設(shè)計，擔(dān)任大地顧問的富國工程顧問工程公司所運(yùn)用的基地地質(zhì)調(diào)查鉆探孔數(shù)多達(dá) 151 孔，為法規(guī)規(guī)定孔數(shù)的 3 倍之多。基礎(chǔ)板為 3.04.7 m厚之巨形鋼筋混凝土實(shí)心板，設(shè)計齡期之圓柱試體抗壓強(qiáng)度為 6 000 psi。主樓基礎(chǔ)板下共配置 380 根 1 500 mm平均入巖深度

6、 23.3 m的基樁，主樓柱的載重則以群樁的方式支承。裙樓部分則于柱位配置 167 根 2 000 mm平均入巖深度 15.5 m之基樁。地下室外圍連續(xù)壁厚度為 1.2 m，又為配合塔、裙樓之整體施工進(jìn)度規(guī)劃及不同深開挖工法之需求，塔、裙樓間自 B1 FL以下規(guī)劃一施工界面地中壁，該地中壁于地下室施工完成后視建筑需要開口位置予以敲除。地下結(jié)構(gòu)之配置剖面示意如圖1所示。圖1 地下結(jié)構(gòu)示意圖1.2 上部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)本工程之的地上結(jié)構(gòu)體包含1棟101層的塔樓及1棟6層的裙樓，兩棟結(jié)構(gòu)體于地上部份以伸縮縫形式完全斷開，地下室共有5層且塔、裙樓相連。在平面配置上，服務(wù)核內(nèi)共有16根箱型柱，主樓四周每側(cè)采用2

7、根巨型鋼柱延伸至90層，其最大尺寸達(dá)2.4 m×3m×80 mm。主樓四周于26 F以下并另外配置1.2 m×2.6 m1.2 m×1.6 m及1.4 m×1.4 m1.6 m×1.6 m等兩種尺寸箱型柱，27F以上則配合建筑斜面造型而使用H900 mm×400 mmH1000 mm×500 mm的H形斜柱并與H型梁組成抗彎構(gòu)架，主要在于提供局部載重的傳遞使用。為提高抗風(fēng)勁度與強(qiáng)度，62層以下的箱型鋼柱均內(nèi)灌10 000 psi自充填高性能混凝土，在立面配置上，圖2為本工程的3種主要立面構(gòu)架，其中 X、Y方向各配置

8、兩組合計6道立面構(gòu)架，服務(wù)核心的鋼柱間以鋼骨大梁、斜撐相連，斜撐主要為同心斜撐與 V型斜撐，部分斜撐因開門需求而為偏心斜撐型式，但基于抗風(fēng)勁度的需求予以加勁補(bǔ)強(qiáng)而未依偏心斜稱細(xì)部設(shè)計。9 樓以下的同心斜撐并與600 mm厚的剪力墻澆灌一體以形成良好的水平力傳遞系統(tǒng)，機(jī)械層上下大梁間則以斜撐相接所形成的外伸桁架梁作為內(nèi)外柱間的主要垂直剪力傳遞機(jī)構(gòu)。從宏觀的角度，主樓結(jié)構(gòu)主要是由巨柱、核心系統(tǒng)與外伸桁架梁等構(gòu)件所組成的101層巨形構(gòu)架。圖2 標(biāo)準(zhǔn)立面構(gòu)造圖2 設(shè)計特色2.1 創(chuàng)新設(shè)計圖3 調(diào)制阻尼器臺北101大樓最引人矚目的一個設(shè)計是：懸在大樓第8892層之間的一顆“大球”直徑 5.5米，重660

9、噸，由41層實(shí)心鋼板（每層厚125毫米）堆疊焊接而成。這個設(shè)計的作用是：依靠“大球”的擺動來平衡大風(fēng)或地震造成的大樓的震動，以減少兩者的危害；此外，還可用來平衡一般風(fēng)力造成的大樓的微幅擺蕩，以提高居住其間的人的舒適感。這個“大球”有一個專業(yè)名稱，叫“調(diào)質(zhì)阻尼器”。臺北 101大樓的“調(diào)質(zhì)阻尼器”是目前世界上最大和最重的。通常，阻尼器是裝在摩天大樓及其他建筑里的巨大混凝土塊，通過彈簧、流體或擺錘的作用，平衡自然力量造成的大樓的振動，以減少其對大樓的危害。一般來說，可能對大樓結(jié)構(gòu)產(chǎn)生有害振動的自然力量主要是大風(fēng)和地震，比如在地震發(fā)生時，從地下深處傳來的地震波會使建筑物來回?fù)u擺，甚至導(dǎo)致建筑物垮塌。

10、因此，為了提高建筑物的防震性能，大樓特別是摩天大樓在設(shè)計上都會重視和考慮應(yīng)用各種抗震技術(shù)。圖4 風(fēng)阻尼器示意圖2.2 先進(jìn)技術(shù)臺北101重視安全、防災(zāi)、質(zhì)量采用了前瞻性的建筑自動化、辦公室自動化、通訊自動化等高科技技術(shù)，采用了建筑法規(guī)規(guī)定的高層建筑防震要求的10倍防震設(shè)計，以及1000年的耐震強(qiáng)度設(shè)計，而實(shí)際可承受2500年一遇的10級以上大地震在抗風(fēng)設(shè)計上則可承受相當(dāng)于17級以上的強(qiáng)烈臺風(fēng)。從抗震角度來看，地質(zhì)鉆探勘測也證實(shí)信義路沒有斷層通過另外建筑采用800t抗風(fēng)制震設(shè)備和風(fēng)阻尼器。自動計算搖晃幅度使建筑能自行調(diào)整移動方向確保大樓內(nèi)人員的舒適性。以每8層為一組構(gòu)成的空間，使超高層大樓的結(jié)構(gòu)

11、有如一棟川層的組合建筑，獲得了最大穩(wěn)定度。以八大巨型鋼骨梁柱為骨干，圍繞周邊，兼具強(qiáng)度及韌性。并采用遠(yuǎn)超過一般建筑要求的4536g高性能混凝土，強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)大樓采用阻燃無煙材料裝修每層均設(shè)置安全避難走道，每八層設(shè)有安全艙，防火避難室及避難陽臺。2.3 藝術(shù)風(fēng)格每一棟世界級的建筑，如果沒有充分和當(dāng)時環(huán)境特色結(jié)合缺少人文內(nèi)涵.就不能成為其區(qū)域中的代表之作。鑒于此，臺北101在設(shè)計中溯源深層文化。,超越單一體量的設(shè)計觀，以中國人的吉祥數(shù)字“八”作為設(shè)計單元層層相疊，構(gòu)筑整體。在外觀上形成有節(jié)奏的律動美感，開創(chuàng)了國際超高層大樓新風(fēng)格。多節(jié)式外觀，宛若勁竹節(jié)節(jié)高升、柔韌有余，象征生生不息的中國傳統(tǒng)建筑意

12、涵。內(nèi)斜7度的建筑外墻面，層層向上擴(kuò)增；采用高科技材質(zhì)及創(chuàng)意照明，并利用透明、清晰造成視覺穿透效果與自然及周遭環(huán)境融合斜立面與多層次結(jié)構(gòu)。有如鮮花綻放、富貴飽滿。不同高度展現(xiàn)不同視野，實(shí)現(xiàn)“一花一世界，一臺一如來，臺臺皆世界，步步是未來”的東方原創(chuàng)理念。2.4 環(huán)保秉承著打造一個時空地表的理想，臺北101在營建過程中兼顧經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境保護(hù)兩個目標(biāo)，以及持續(xù)經(jīng)營的企業(yè)理念，將環(huán)保議題列入整體設(shè)計規(guī)劃。墻面采用斜面處理，無反射光害，考慮了周圍環(huán)境的使用者。高科技隔熱玻璃建材，更可阻隔2/3熱源，達(dá)到節(jié)約能源的目的。為了實(shí)現(xiàn)全面環(huán)保管理并顧及未來建筑實(shí)際使用，將水回收、垃圾分類、空氣溫度調(diào)節(jié)、燈光控

13、制、廢棄物處理等環(huán)保措施全部列入設(shè)計考慮的范圍。三 施工特色1 2.4×3m巨柱與10,000psi混凝土柱內(nèi)灌漿考慮到巨型構(gòu)架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與整體施工進(jìn)度的需求，巨柱型式之選擇由箱型鋼柱及柱內(nèi)灌漿結(jié)合而成，柱內(nèi)灌漿除了利用箱型鋼柱為既成的結(jié)構(gòu)模板外，柱內(nèi)混凝土亦提供整體結(jié)構(gòu)勁度與強(qiáng)度需求。巨柱共配置8支，巨柱尺寸由B5F(2.4m×3.0m)90F(1.6m×2.0m)，柱內(nèi)灌漿范圍由B5F62F，施作高度270m，10000psi混凝土使用量共23900m3，巨柱設(shè)計剖面與施工相片見圖5、6。柱內(nèi)灌漿施工程序?yàn)橛上峦媳盟鸵赃_(dá)到確實(shí)的充填性，灌漿口則于柱內(nèi)設(shè)置向上的

14、5#導(dǎo)引管以有利于向上充填及減低材料析離程度，施作前需確認(rèn)供料足夠后才開始施作。為考量灌漿時對鋼柱產(chǎn)生的側(cè)壓力影響，配合柱內(nèi)加勁板位置設(shè)置柱內(nèi)加勁板及圍束鋼筋，小柱部分則設(shè)置井字拉桿予以圍束。箱型鋼柱4角隅采用全長全滲透的潛弧焊接，為了減少柱外灌漿開孔的現(xiàn)場補(bǔ)強(qiáng)工作，灌漿口的開口補(bǔ)強(qiáng)以廠內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)為主，灌漿完畢后以薄鋼板封孔電焊。每次灌漿的高度以一節(jié)鋼柱為限，單柱灌漿時間以不超過1.5小時為原則，施作前需確認(rèn)供料足夠后才開始施作。實(shí)際泵送速率約為每小時40m360m3，巨柱每分鐘約僅上升8cm10cm，其上升速率緩慢。柱面設(shè)置氣孔以利于受火時消散蒸氣壓，該氣孔并用以觀察柱內(nèi)灌漿時的施作高度。由于量

15、產(chǎn)速率及施工時間的限制，巨柱部分約每2層樓澆置一次，其余部分平均為每4層樓、高度16.8m灌漿一次。 圖5 巨柱剖面圖 圖6 巨柱施工照片2 10000 psi 高性能混凝土基于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、勁度與整體施工進(jìn)度的需求，62層以下采用內(nèi)灌混凝土形式的箱型柱，62 層以上則為純鋼柱以減輕結(jié)構(gòu)自重。柱內(nèi)灌漿除了利用既有的箱型鋼柱作為灌漿時的模板外，柱內(nèi)混凝土亦提供整體結(jié)構(gòu)勁度與強(qiáng)度需求。國內(nèi)自高雄東帝士 85 廣場大樓起，已有相當(dāng)多箱型柱內(nèi)灌 8000 psi 混凝土的工程實(shí)例，目前本工程所采用的柱內(nèi)灌漿則為設(shè)計強(qiáng)度 10 000 psi（7 000 N/cm2）的高性能混凝土。其中針對箱型柱內(nèi) 10

16、000 psi 高性能混凝土而言，灌漿的施工程序?yàn)橛上峦蠅核停虼吮仨毚_保混凝土的高流動性與充填性，新拌混凝土的工作性要求為60±10 cm的高坍流度，且不得產(chǎn)生泌水與骨材析離，另外為了減少混凝土干縮及增進(jìn)耐久性的考量，設(shè)計齡期訂定為 90 d，并限制設(shè)計齡期的混凝土自體收縮量小于 300×10- 6m/m，以達(dá)到低水量、低水泥量、低干縮量及高耐久性的設(shè)計需求，又施工前則規(guī)劃實(shí)作兩次實(shí)尺寸模擬泵送試驗(yàn)(2.4 m x 3.0 m x 8.4 m)以確認(rèn)施作品質(zhì)與施工可行性。3 對施工可實(shí)施性的考慮由于巨柱的施工分節(jié)需考慮塔吊的能量與鋼板的最大生產(chǎn)尺寸，本工程一般鋼柱為每節(jié)

17、 4 樓高，而巨柱的分節(jié)以 2 層高為標(biāo)準(zhǔn)，其中最大的單節(jié)拖吊重約達(dá) 90t。而厚板的焊接品質(zhì)較難掌握，因此焊接的方法與品質(zhì)控制均需特別注意，本案工地現(xiàn)場所進(jìn)行的巨柱續(xù)接部分，因焊道量超過 100 kg，現(xiàn)場采用 6 名焊工以包藥焊線電弧焊接（FCAW）同時施作之方式，圖7為巨柱平面配置與續(xù)接電焊示意圖，焊接程序采對稱焊接以控制焊接變形，其中長向左、右側(cè)各配置 2 人，短向內(nèi)、外側(cè)則各配置 1 人，焊接中并以同一方向施作，且同步注意各處焊接量的均勻控制，每個接頭的平均施作時間約為 14 h。另外因厚板焊接的預(yù)熱控制非常重要、考慮柱尺寸、施工效率、連續(xù)性焊接及施工安全等因素，其焊接前的預(yù)熱方法采

18、用電熱片施作。實(shí)際施作中約 1 h即可達(dá) 110之最小焊序核準(zhǔn)預(yù)熱溫度，因所需焊接時間長，若焊接中斷時，電熱片可持續(xù)保溫以確保焊道之層間溫度。圖7 巨柱平面構(gòu)造與續(xù)接電焊示意圖四 總結(jié)一棟好的建筑，可以改變一個都市的風(fēng)貌與氣質(zhì)，現(xiàn)在臺北 101 已然成為臺北甚至是亞洲、地球的新地標(biāo)，然而我們非常清楚，世界第一高的夢想不斷有人追求，以今日的技術(shù)在非地震帶上蓋一棟更高的大樓并不困難，因此沒有永遠(yuǎn)的世界第一，但是臺北 101 大樓所具有的獨(dú)特性卻是不容易被取代的。在向空間挑戰(zhàn)的競技中，每一棟超高層大樓的完成都需要資本、技術(shù)與時間的充分配合，因此誰能掌握安全(可靠度)、經(jīng)濟(jì)、舒適性并符合施工性與工期的要領(lǐng)，誰就能在這舞臺上扮演推手的角色。在此由衷感佩本工程業(yè)主的遠(yuǎn)見與胸襟，并發(fā)揮了睿智及毅力成