隨著計(jì)算水平和建造技術(shù)的發(fā)展，工程師不斷突破天空的極限，一棟棟摩天大樓拔地而起。關(guān)于這些超高層是如何建造的？本文就和大家分享一些有意思的環(huán)節(jié)和一些發(fā)現(xiàn)。

▲ 摩天大樓排行榜

一、挖坑

萬丈高樓平地起，要想建超高層，基礎(chǔ)要打牢，在橫向荷載（風(fēng)、地震）作用下，勢(shì)必要挖很深的基坑才能有力的“握住”上部塔樓，一般建筑的埋深為上部高度的1/18左右。

▲ 高度與埋深

傳統(tǒng)的挖坑方法就是先在土中做好周邊一圈支護(hù)結(jié)構(gòu)，擋住側(cè)向土方和滲水，然后一邊做好臨時(shí)支撐，一邊持續(xù)挖土直至底板標(biāo)高，之后再按序向上施工。

▲順作法

由于超高層埋深會(huì)很深，為減小挖土對(duì)周邊的影響以及縮短工期，往往會(huì)采用“逆作法”，首先同樣做好支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)建筑物內(nèi)部的有關(guān)位置澆打下中間立柱樁和立柱，作為施工期間于底板封底之前承受上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的豎向支撐。

▲逆作法

然后施工地面一層的梁板樓面結(jié)構(gòu)，作為周圍支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向支撐，然后通過樓板的預(yù)留洞口再向下開挖土方和澆筑各層地下結(jié)構(gòu)，直至底板封閉。同時(shí)，由于地面一層的樓面結(jié)構(gòu)已完成，為上部結(jié)構(gòu)施工創(chuàng)造了條件，所以可以同時(shí)向上逐層進(jìn)行地上結(jié)構(gòu)的施工。

▲逆作法過程

相較于順作法，逆作法施工可少受風(fēng)雨影響，且獨(dú)立土方開挖可較少或基本不占總工期，可節(jié)省工時(shí)約1/3，且施工的各層結(jié)構(gòu)大幅度削減了臨時(shí)支撐和工作平臺(tái)，一般可節(jié)省地下結(jié)構(gòu)總造價(jià)的25%~35%。

二、塔吊

當(dāng)建筑物出了地面后，我們就開始需要塔吊來進(jìn)行各種材料的運(yùn)輸了，下面來看看塔吊是如何“長高”的。

▲塔吊

首先是搭設(shè)塔吊的鋼基座并澆筑混凝土，當(dāng)達(dá)到強(qiáng)度后開始搭建底部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)單元，一般標(biāo)準(zhǔn)節(jié)為1.5mx1.5mx2.5m左右。然后通過移動(dòng)式起重機(jī)分別吊裝吊臂、配重臂和駕駛室。

▲塔吊初始搭建

▲吊裝吊臂

那么塔吊是如何升高的呢？我們會(huì)發(fā)現(xiàn)靠近頂部有比一般標(biāo)準(zhǔn)節(jié)大點(diǎn)兒的部分。

▲塔吊頂升（圖中帶欄桿部分）

里面有液壓撐桿，當(dāng)需要抬高時(shí)，液壓頂升一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)空間，然后再通過吊臂放入標(biāo)準(zhǔn)節(jié)即可。通常塔吊依附建筑外部或者在架立在電梯井中。

▲塔吊頂升示意

塔吊工人通過中間的爬梯上至駕駛室，或者搭乘電梯到一定樓層再攀爬，時(shí)常還要完成高空安裝作業(yè)，白天一般很少下來，十分的辛苦。

▲ 攀爬塔吊

▲ 高空作業(yè)

據(jù)說塔吊工人的工資在所有工種里是比較低的，但常常又面臨著很多未知的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，2000年以來，全球共有約1000多起塔吊事故，造成712人死亡。其主要原因有安裝拆除不當(dāng)、不規(guī)范操作、強(qiáng)風(fēng)及其他惡劣天氣等。

▲ 塔吊事故占比

▲16年在美國曼哈頓城，由于工人當(dāng)天收工后以不正確的角度降低了塔吊的吊臂，導(dǎo)致在第二天的強(qiáng)風(fēng)下塔吊倒塌，造成一死三傷。

三、混凝土

超高層大多采用框筒結(jié)構(gòu)，那么核心筒的混凝土的如何運(yùn)輸上去的呢？一般100m以下的高層采用移動(dòng)泵車，通過超長的吊臂來泵送混凝土。

▲ 移動(dòng)泵車

▲ 泵送原理示意

對(duì)于300m、400m乃至更高的建筑，采用高壓泵輸送混凝土，此時(shí)導(dǎo)管中混凝土堵塞，管道磨損和混凝土自身強(qiáng)度和可塑性的保證成為重大的挑戰(zhàn)。

▲ 哈利法塔

迪拜塔建造中，通過抽水試驗(yàn)和現(xiàn)場平置管道的模擬試驗(yàn)，來評(píng)價(jià)混凝土的壓力特性和預(yù)期摩擦。

▲ 現(xiàn)場泵送試驗(yàn)

迪拜塔剪力墻在450m以下采用的是高抗壓的C80混凝土（最大粒徑14mm~20mm），450m以上采用C60混凝土；樓層板采用C50混凝土。

▲ 超高壓BSA 14000 SHP-D泵

輸送中考慮到泵管和混凝土的自重，在墻體內(nèi)預(yù)埋了鋼板支架。

▲ 泵管安裝

混凝土澆筑達(dá)到強(qiáng)度后就開始綁扎上層的鋼筋，然后模板通過液壓裝置抬升，再澆筑上層結(jié)構(gòu)，如此往復(fù)。

▲ 爬升模板

施工到塔冠算是最開心的事情了，意味著土建即將封頂。那么附著的塔吊怎么拆除呢？具體的細(xì)節(jié)小編不是很清楚，但有種思路就是另外再搭設(shè)小塔吊拆大塔吊，然后持續(xù)著小拆大、小拆大…最后通過擦窗機(jī)把最小一級(jí)的塔吊再拆除，通過電梯管井運(yùn)下去。

▲ 頂部塔吊拆除（紅色拆橙色）

四、TMD

對(duì)于超高層，在風(fēng)和地震作用下，要保證室內(nèi)人群的舒適度，往往會(huì)采用設(shè)置TMD（TunedMass Damper）——調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，通過在主結(jié)構(gòu)上增加一個(gè)輔助機(jī)構(gòu)（質(zhì)量塊+彈簧+阻尼），來耗散外力給結(jié)構(gòu)帶來的能量。

TMD的關(guān)鍵在于主結(jié)構(gòu)受到外力作用時(shí)，提供一個(gè)與原結(jié)構(gòu)頻率幾乎相等，與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方向相反的力，如果頻率相差較多也起不到良好的減振作用。

▲ 水平TMD示意

最著名的TMD位于臺(tái)北101塔冠，重約660噸，耗資約400萬美元，現(xiàn)已成為臺(tái)灣的熱門旅游景點(diǎn)。

▲ TMD@臺(tái)北101

阿聯(lián)酋有許多著名建筑采用TMD，其中一個(gè)是標(biāo)志性的七星級(jí)酒店Burj Al Arab。由于建筑物靠近大海并且其幾何形狀易受渦旋風(fēng)的影響，最初的想法是改變建筑物的形狀，遭到建筑師強(qiáng)烈反駁，后來通過使用分散在建筑物外部中的11個(gè)5噸水平TMD解決了這個(gè)問題。

▲ TMD@Burj Al Arab

阿聯(lián)酋另一個(gè)使用TMD的著名建筑是謝赫扎耶德路附近的阿聯(lián)酋大廈。這些塔在頂部尖頂上裝有6個(gè)1.2噸水平調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，以控制由于頂部細(xì)長而產(chǎn)生的振動(dòng)。

▲ TMD@阿聯(lián)酋大廈

TMD還廣泛應(yīng)用于橋梁，賽車、外露電線，乃至音箱設(shè)計(jì)。

▲ TMD@BRIDGE

▲ TMD@F1

▲ TMD@ electric wire

在音響系統(tǒng)中，對(duì)中音寄存器的控制是聲音系統(tǒng)中最復(fù)雜的。一方面，必須要與低音實(shí)現(xiàn)平順傳遞。另一方面，在聲音分散和加速方面，必須要與高音喇叭進(jìn)行調(diào)諧。

為保證“中音準(zhǔn)而不失真”，通過控制喇叭內(nèi)外圈的管狀環(huán)的間距和質(zhì)量比，有效的避免了椎體的變形。

▲ 無TMD

▲ 有TMD