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科技解码|上海中央大厦:“豆腐土”建成第一高楼

中央纪委国家监委网站初英杰

上海中央大厦外景。

阻尼器位于上海中央大厦126层。(上海中央大厦图片)

疫情下，旅游市场被按下“暂停键”。春暖花开，却只能呆在家里。如何满足旅游欲望？提供在线文化旅游服务的“云旅游”为人们提供了不同的体验:只要手指轻一点，就可以“走进”博物馆和艺术博物馆，参观世界各地的著名景点，听金牌讲解。

云看展览，云赏花，云踏青...随着五一假期的临近，“云旅游”也日益升温。

4月15日，上海中心大厦与中国联通5G文化旅游在多个直播平台上开通了“云旅游”直播，让家里的人们通过“云旅游”享受“上海之巅”的风格。

上海中央大厦拥有世界上最多、中国最多的建筑和技术创新，创造了一个又一个惊人的世界纪录——

它是中国第一座600米以上的超高层建筑，垂直高度632米，被世界高层建筑和城市人居学会认定为中国最高建筑和世界第二高层建筑；

它拥有世界上第一个引入电磁原理的阻尼器——中国自主研发的“电涡流装饰调谐质量阻尼器”，能有效抗风减震；

它拥有世界上最快的电梯，每秒18米，不到一分钟就能将游客从大楼底部运送到119层的观光厅；

它是世界上最高的绿色超级摩天大楼，是办公、会展、酒店、观光娱乐、商业等商业形式的“垂直城市”，也是“空中花园”；

它拥有中国最高的观光厅，能让游客在546米的高度和360度的全视野中俯瞰申城的美景；

拥有世界上最高的博物馆——观复博物馆；

它拥有世界上最高的苏州园林...

在上海新地标建筑的设计和建设过程中，设计师和建设者解决了哪些问题？“中国第一高楼”的“高”在哪里，有哪些引人注目的亮点？

让我们走近这座摩天大楼。

如何在“豆腐土”上建造高楼？

对于建筑师来说，在上海独特的软土基础上建造高层建筑就像一场噩梦。

上海浦东位于冲积层，上海中央大厦位于河流三角洲，土壤柔软，粘土丰富。此外，地下水位环境复杂，施工难度称为“豆腐土上建高层建筑”。

困难不止于此。上海中心大厦位于繁华的陆家嘴，周围有许多高层建筑，开发超深地下空间的难度系数非常高。

面对这个问题，建筑商采用了这样的想法：在找到可以作为塔核心区桩基础支撑层的土层后，首先将钢管桩基放入土壤中，然后浇筑可以帮助分担建筑压力的钢筋混凝土底板，然后在其上建造摩天大楼。

但是，什么样的桩基才能承载这个估计重量80万吨、约70个埃菲尔铁塔重量的庞然大物呢？

单根常规桩的极限承载力只有800吨，直径1米，长度85米。上海中心大厦主楼底部面积有限，桩基最多只能布置1000多个，每个桩基的承载力至少应达到1000吨。

工程师们采用了试验证明的“钻孔灌注桩” 桩底灌浆法开发了一种新型的桩工艺体系和控制技术，如深砂层超长桩人工制浆护壁成孔、浆液携砂循环除砂、护壁高效除渣等，大大提高了单桩的承载力。

基坑施工也面临着巨大的挑战。

上海中心大厦基坑34米，相当于4.8个足球场，紧邻主要城市道路、上海全球金融中心和上海金茂大厦。如果开挖稍有不慎，可能会损坏其他建筑的基础和管道，甚至导致道路沉降和建筑倾斜。

技术人员将基坑分为主楼区和裙房区。主楼基坑面积约1.6个足球场，内径121米。它是世界上罕见的超深、超大的单体建筑基坑。

上海中央大厦建设发展有限公司总经理顾建平表示，为了保证主楼基坑的真实圆度和应力平衡，在主楼基坑施工前，基坑周围用混凝土制作了65个超深地下连续圆形围墙结构，防止土壤滑落，保护周边建筑物、管道和道路安全。主楼基坑施工完成后，在对约3.2个足球场大小的裙房基坑施工时，首先要做好顶板支撑，然后从上到下进行逆向施工。从整个基坑施工中挖出的土壤创造了世界上超高层建筑中大型深基坑土方开挖量最大的土方开挖量，重约180万吨，是建筑竣工后自重的两倍多。

打好基础，万丈高楼拔地而起！

台风天稳如泰山

地面127层加地下5层，超高层建筑重85万吨，如何抵御风、地震等不稳定影响？

随着高度的增加，风速显著增加。如果遇到台风，上海中央大厦上层最大摆幅将超过1米。这样的震动能保证这个超级项目“像泰山一样稳定”吗？

超高层桩基和基坑关键技术的突破和顺利施工为建筑提供了“稳定”的基础。超高层巨型混凝土结构建设的关键技术也取得了突破，为上海中央建筑创造了“定海神座”。

建筑主楼的基础底板是一种面积11493平方米、厚度6米的混凝土结构，与下方900多个主楼桩基一起承载主楼的负荷。

面对超大面积、超深厚度、超大方量、高标准“四次会议”的超级施工问题，技术人员经过多次论证和试验，对超大体积混凝土的性能指标进行了深入研究，确定了最终比例，并在施工过程中不断严格监测和控制混凝土浇筑和维护温度。19台混凝土泵送设备放置在不同的操作点，近450台搅拌机连续供应混凝土。2000多名建筑商每小时24小时不间断工作，平均每小时浇筑约1100立方米，连续63小时。。。成功浇筑民用建筑工程大型混凝土的新世界纪录诞生了-6万立方米！铸就了“定海神座”！

上海中心大厦的外观呈螺旋式上升，每一层都会扭曲一次，就像一条巨龙盘旋而上。

这种独特的建筑几何造型设计不仅仅是为了美观。通过空气动力学的优化，这种创新设计使大风吹来时能够环绕大楼，产生涡旋脱落，有效延缓风流，降低作用在大楼上的风荷载24%。

最重要的是，上海中心大厦有一个“定海神针”——上海材料研究所自主研发的“电涡流装饰调谐质量阻尼器”。

这是世界上最重的风阻尼器，重达1000吨。这种巨大的阻尼器被称为“上海眼睛”，由12根电缆吊在建筑内部，每根电缆的直径可达25米。为了抵抗建筑物的摇晃，阻尼器会向相反的方向摆动，可以有效地发挥减震作用。

这个“超级巨无霸”为上海中央大厦对抗超级台风增添了信心。

2019年8月，16级超级台风“利奇马”登陆中国东南沿海地区。在超级台风的作用下，“上海眼”的最大单侧摆幅达到70厘米，而根据设计，其最大单侧摆幅可达1米。有了这样的“城镇家居工艺品”，上海中央大厦怎么会担心台风呢？

超高层如何成为绿色典范？

阳光下的上海中心大厦，形如飞龙，鳞光闪闪。

它的外幕墙约14万平方米，由20357个幕墙挂板组成。在电影《漫游地球》中，它的窗户玻璃被机关枪疯狂射击，无法打破，引起了无数的惊喜。这种玻璃幕墙美观安全，但施工也非常困难。

由于上海中心大厦的表皮形状旋转120度，并向上打分，因此每个幕墙都不同，这给外幕墙的设计、施工和安装带来了前所未有的挑战。这是世界上第一次在超高层建筑中安装如此大面积的柔性幕墙，被业界称为“世界顶级幕墙工程”。

滑动支架用于幕墙的安装，这在世界400米以上的超高层建筑中没有先例。为此，中国技术团队独立开发了15种专门用于上海中央大厦的滑动支架，不仅大大降低了控制安装偏差的难度，而且节省了近1亿元的施工成本。

建筑的玻璃幕墙经过了水密性能、气密性能、抗风压性能、平面变形性能最严格的“四性”试验，能够承受风、暴雨、高压等恶劣条件。特殊的双层玻璃设置不仅提高了安全性，而且形成了“热水瓶”效应。与普通单层玻璃幕墙相比，两层幕墙之间的空腔形成温度缓冲区，可降低约50%的加热和制冷能耗，具有良好的降噪隔音功能。

双层幕墙是上海中心大厦采用的绿色建筑应用技术之一。自项目成立以来，上海中心大厦坚持“绿色环保”的理念，采用了雨水收集系统、峰谷电“冰蓄冷”系统、热电冷三联供应系统等43项绿色建筑应用技术，重点是节约土地、节约能源、节约水、节约材料、室内环境质量和运营管理。

值得注意的是，该建筑在580米高的屋顶外幕墙上安装了270台风力发电机。电能可直接连接到内部供电网源，每年为建筑提供118.9万千瓦时的绿色电力。

从延安东路到外白渡桥，上海外滩第一排总建筑面积约60万平方米。虽然上海中心大厦占地面积只有2万平方米，但总建筑面积为57.8万平方米，相当于浦东的“垂直外滩”。

顾建平介绍，面对超高层建筑体积大、系统设施复杂、室内环境质量要求高、集中排放负荷大、可再生能源利用约束大等挑战，上海中心大厦不断创新，获得美国绿色建筑LED铂级认证和中国绿色建筑三星级认证，成为世界上唯一一座400米以上的双绿色认证超高层建筑。