中華第一高樓——上海金茂大廈

朱　櫻

改革開(kāi)放后，上海的高樓開(kāi)始如雨后春筍般涌現(xiàn)。1988年以來(lái)，上海以年均184幢的速度遞增，1992年正式突破千幢大關(guān)。1997年突破2千幢大關(guān)。昔日長(zhǎng)期雄居“大哥大”地位的國(guó)際飯店，在申城的高度早已排到100位以后。

大上海確實(shí)在“日長(zhǎng)夜高”。不過(guò)，在金茂大廈封頂前，上海，或許可以說(shuō)中國(guó)還沒(méi)有世界級(jí)高度的高樓。

目前，地下3層、地上88層、高420．5米、投資達(dá)5．4億美元的金茂大廈作為中國(guó)第一高樓、亞洲第二高樓和世界第三高樓已經(jīng)矗立在上海浦東的陸家嘴金融區(qū)內(nèi)。

上篇：SOM事務(wù)所的四大絕招

曾幾何時(shí)，中國(guó)雖然有一流的施工隊(duì)伍，可是大型建筑項(xiàng)目的總承包方總是外國(guó)人，而金茂大廈的主承包是中國(guó)人。

建造中華第一高樓，由中國(guó)人進(jìn)行總承包，請(qǐng)外國(guó)人來(lái)打工，這是中國(guó)建筑史上值得自豪的一頁(yè)。中方向世界招標(biāo)后，全球不少第一流的建筑設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)都送來(lái)了代表自己最高水平的方案。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，中方?jīng)Q定由采用享有國(guó)際盛譽(yù)的美國(guó)—SOM設(shè)計(jì)事務(wù)所的總設(shè)計(jì)方案。

這是由于美方的設(shè)計(jì)不僅考慮到金茂大廈的牢固要求，而且還兼顧它的美學(xué)要求和其它一些要求。下面就作具體介紹。其中不少情況鮮為人知。

牢固要求是金茂大廈設(shè)計(jì)的首要要求。高聳入云的金茂大廈容易引發(fā)一系列的“非穩(wěn)定因素”。這首先表現(xiàn)于高樓的容易晃動(dòng)，這種晃動(dòng)是由自身?yè)u晃、風(fēng)力振動(dòng)和潮汐振動(dòng)三種因素引起的。

為了解決金茂大廈的牢固難題，SOM事務(wù)所設(shè)計(jì)了四大固化絕招。

首先是地基固化。

由于浦東地處長(zhǎng)江最下端，地層堆積著這條中國(guó)第一大河萬(wàn)里行程中數(shù)萬(wàn)年來(lái)攜帶的巨量泥沙。因此金茂大廈地基固化的難度非常高。經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算，SOM事務(wù)所確定了基礎(chǔ)鋼管的數(shù)量為1062根。這是迄今為止地下樁基工程的“中國(guó)之最”。整幢大廈就是壓在這個(gè)巨大的鳥(niǎo)籠般嚴(yán)密的鋼架上。鋼管的直徑在609—914毫米之間。埋入地下的深度達(dá)47米～83．5米之間?？傆娩摿窟_(dá)1．8萬(wàn)噸。為南浦大橋主橋用鋼量的3倍。

此外，中美土木建筑專家還創(chuàng)造性的采用“連續(xù)墻圍護(hù)”、“鋼筋混凝土支撐”來(lái)加固地基。

其次是結(jié)構(gòu)中空。

成熟的麥粒沉甸甸的，中空的麥稈為什么不會(huì)倒?這些問(wèn)題曾引起過(guò)世界上不少力學(xué)家的濃厚興趣。后來(lái)，通過(guò)研究得出結(jié)論：在材料相同的情況下，中心空的“圓筒狀”結(jié)構(gòu)承受的壓力和抗御倒伏或倒塌的能力要比“實(shí)心體”強(qiáng)得多。金茂大廈的設(shè)計(jì)就采用了中空結(jié)構(gòu)。從56層200米以上的100多米中，外圈是客房，里面是直徑27米的圓筒空間。這也增強(qiáng)了大廈的抗震或抗振能力。到目前為止，這是中國(guó)建筑物最獨(dú)特的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。

再次是結(jié)構(gòu)固化。

美國(guó)的設(shè)計(jì)專家經(jīng)過(guò)反復(fù)研究——既考慮到中國(guó)傳統(tǒng)建筑美學(xué)的特色，又兼顧到中國(guó)當(dāng)代的建筑審美觀特點(diǎn)；既考慮到牢固，又兼顧美觀——最后決定將基本造型定為獨(dú)特的“寶塔型”，即從一定高度開(kāi)始，一層一層由下往上逐漸收小的外型。88層的樓頂上還有78米高的4層設(shè)備層和龐大的塔尖部分。遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，高高的大廈下寬上狹，如同堅(jiān)固的寶塔，非常穩(wěn)定。

值得補(bǔ)充的是大廈的裙樓設(shè)計(jì)成波浪形屋面。它同主樓一曲一直，對(duì)比呼應(yīng)，另有一番情趣。

最后是加箍固化。

美國(guó)設(shè)計(jì)人員在金茂大廈的24層(100米)、52層(210米)和85層(340米)各貫穿了1道高8米的多方位“外伸鋼桁架”。它們與16根巨型的八角形鋼筋混凝土大柱連在一起，從地下3層直到地上88層同步連接。它們?nèi)缤?道力量無(wú)比的“巨箍”，不僅將大樓結(jié)構(gòu)牢牢地捆綁住，而且能有效地控制著大廈的平衡體系。

金茂大廈在建造中采用加箍工藝，不僅可以使穩(wěn)定性大大加強(qiáng)，而且也可以增加一種獨(dú)特的美感，這確實(shí)是一種出色的構(gòu)想。更重要的是，美國(guó)科學(xué)家通過(guò)縝密的計(jì)算，得知應(yīng)用這種世界超高層建筑的最新設(shè)計(jì)技術(shù)，比通常運(yùn)用的其它技術(shù)，至少可以讓金茂大廈的用鋼量減少30％。因此，他們幽默的稱這種技術(shù)為高樓“減肥術(shù)”。

通過(guò)以上這些固化技術(shù)，金茂大廈不僅能大大減少搖晃，而且能抗7級(jí)地震和12級(jí)臺(tái)風(fēng)。

值得一提的是金茂大廈的設(shè)計(jì)還考慮到了“高樓綜合癥”的預(yù)防。

高樓綜合癥是當(dāng)代高樓的居民和工作人員容易得一種現(xiàn)代病。它表現(xiàn)于頭暈?zāi)垦?、厭食易倦、失眠心悸等，這是由于高樓房間的空氣流通不暢，缺少新鮮氧氣造成的。金茂大廈的中空結(jié)構(gòu)能有效防止這種綜合癥。

大廈宏大的空心部分不僅能大大增加大廈內(nèi)部的氧氣擁有量，而且還能有效地?cái)U(kuò)大空氣流通量。此外，它還是供人散步休息的好去處。因?yàn)椋锌詹糠钟?部?jī)?nèi)部觀光電梯可以從56層的220米處升到300多米的88層。每一樓層均有內(nèi)望陽(yáng)臺(tái)。在陽(yáng)臺(tái)上和電梯上可以看到的大樓中空部分的景象，極為壯觀。

因此，可以說(shuō)作為總承包方的中方選中美國(guó)SOM事務(wù)所的設(shè)計(jì)方案是一種“慧眼識(shí)珠”。

下篇上海建設(shè)者的聰明智慧

上海的建設(shè)者不僅在選標(biāo)中顯示出了智慧，而且在金茂大廈建造過(guò)程中，也顯示了令人嘆服的聰明才智。

這方面的實(shí)例實(shí)在太多了。隨手就可以舉上幾例——

根據(jù)既定的設(shè)計(jì)方案，托住金茂大廈主樓的基礎(chǔ)承臺(tái)64米見(jiàn)方，厚4米。為了能減少內(nèi)外溫度差過(guò)大而引起裂縫，SOM事務(wù)所設(shè)計(jì)時(shí)，將承臺(tái)分成8塊澆搗?？墒?，這樣既延長(zhǎng)了工時(shí)，質(zhì)量也沒(méi)有保障。承擔(dān)施工的建工集團(tuán)上海一建公司的科研人員，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，建議采用一次性連續(xù)澆搗的方案。

為了能取得“實(shí)戰(zhàn)”數(shù)據(jù)，該公司的科研人員決定進(jìn)行模擬演習(xí)。他們?cè)诠さ厣献隽艘粔K4米見(jiàn)方的混凝土作試塊，中間排入自來(lái)水管，進(jìn)行冷卻循環(huán)和降溫控制，并運(yùn)用電腦進(jìn)行測(cè)試。最后終于得出了可靠的數(shù)據(jù)，讓美國(guó)工程師不得不信服。后來(lái)，中國(guó)施工人員只用了46小時(shí)就完成了13500立方米高標(biāo)號(hào)混凝土的澆搗。在場(chǎng)的美國(guó)設(shè)計(jì)師豎起了大姆指，由衷地說(shuō)：“只有你們中國(guó)人，才能干好這樣的事?！?/p>

由于金茂大廈太高了，結(jié)構(gòu)施工如果采用傳統(tǒng)工藝和垂直運(yùn)輸方法，那么耗時(shí)將很多。這無(wú)疑將會(huì)拖滯建設(shè)的進(jìn)度。上海的施工單位經(jīng)過(guò)仔細(xì)論證，決定擯棄這種他們采用多年、十分熟悉的技術(shù)，專門(mén)設(shè)計(jì)并采用了“爬?！毕到y(tǒng)和“飛爬式”模板新工藝并將它們與兩臺(tái)德國(guó)產(chǎn)的混凝土輸送泵相結(jié)合。這樣，金茂大廈的上海建設(shè)者不僅創(chuàng)造了一次泵送預(yù)拌混凝土達(dá)382．5米高度的全國(guó)紀(jì)錄，還創(chuàng)造了結(jié)構(gòu)體每月上升13層的“超高層施工”世界紀(jì)錄。

3道外伸桁架即“鋼箍”的安裝是結(jié)構(gòu)安裝中最難的部分。這3道箍分別重1600噸、1400噸和1000噸。

依據(jù)設(shè)計(jì)方案，每層鋼箍都需用9728個(gè)直徑僅38毫米的高強(qiáng)度螺栓緊固。螺栓必須同時(shí)進(jìn)行三維群孔的連接。每個(gè)箍的扭轉(zhuǎn)偏差不得大于千分之一，而且要求一次安裝成功。

上海的施工人員出色地完成了這種安裝。在吊裝對(duì)接時(shí)，螺栓的穿孔率、密貼度均達(dá)到100％?？梢哉f(shuō)“毫厘不差”。為此，美國(guó)的設(shè)計(jì)師驚嘆：“你們完全能以一流的水平來(lái)完成世界任何一幢超高層鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)?！?/p>

1997年8月28日，中國(guó)建筑史揭開(kāi)了新的一頁(yè)。一根封頂鋼梁被吊上了420．5米高的金茂大廈頂端上，順利地實(shí)現(xiàn)了整體結(jié)構(gòu)封頂。這標(biāo)志著金茂大廈在我們這顆星球上已經(jīng)成為樓房高度的中國(guó)第一、亞洲第二和世界第三。它比原先的中國(guó)第一高樓——深圳的地王大廈還要高36．5米。金茂大廈不僅成為浦東和上海的標(biāo)志性建筑，而且也成為中國(guó)的標(biāo)志性建筑之一。

(責(zé)任編輯／韓春萌)