隨著計算水平和建造技術的發(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，基礎要打牢，在橫向荷載（風、地震）作用下，勢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結構，擋住側向土方和滲水，然后一邊做好臨時支撐，一邊持續(xù)挖土直至底板標高，之后再按序向上施工。

▲順作法

由于超高層埋深會很深，為減小挖土對周邊的影響以及縮短工期，往往會采用“逆作法”，首先同樣做好支護結構，同時建筑物內(nèi)部的有關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構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構，作為周圍支護結構的側向支撐，然后通過樓板的預留洞口再向下開挖土方和澆筑各層地下結構，直至底板封閉。同時，由于地面一層的樓面結構已完成，為上部結構施工創(chuàng)造了條件，所以可以同時向上逐層進行地上結構的施工。

▲逆作法過程

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

二、塔吊

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

▲塔吊

首先是搭設塔吊的鋼基座并澆筑混凝土，當達到強度后開始搭建底部標準節(jié)單元，一般標準節(jié)為1.5mx1.5mx2.5m左右。然后通過移動式起重機分別吊裝吊臂、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？我們會發(fā)現(xiàn)靠近頂部有比一般標準節(jié)大點兒的部分。

▲塔吊頂升（圖中帶欄桿部分）

里面有液壓撐桿，當需要抬高時，液壓頂升一個標準節(jié)空間，然后再通過吊臂放入標準節(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險。經(jīng)不完全統(tǒng)計，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、不規(guī)范操作、強風及其他惡劣天氣等。

▲ 塔吊事故占比

▲16年在美國曼哈頓城，由于工人當天收工后以不正確的角度降低了塔吊的吊臂，導致在第二天的強風下塔吊倒塌，造成一死三傷。

三、混凝土

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

▲ 移動泵車

▲ 泵送原理示意

對于300m、400m乃至更高的建筑，采用高壓泵輸送混凝土，此時導管中混凝土堵塞，管道磨損和混凝土自身強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，通過抽水試驗和現(xiàn)場平置管道的模擬試驗，來評價混凝土的壓力特性和預期摩擦。

▲ 現(xiàn)場泵送試驗

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)預埋了鋼板支架。

▲ 泵管安裝

混凝土澆筑達到強度后就開始綁扎上層的鋼筋，然后模板通過液壓裝置抬升，再澆筑上層結構，如此往復。

▲ 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？具體的細節(jié)小編不是很清楚，但有種思路就是另外再搭設小塔吊拆大塔吊，然后持續(xù)著小拆大、小拆大…最后通過擦窗機把最小一級的塔吊再拆除，通過電梯管井運下去。

▲ 頂部塔吊拆除（紅色拆橙色）

四、TMD

對于超高層，在風和地震作用下，要保證室內(nèi)人群的舒適度，往往會采用設置TMD（TunedMass Damper）——調(diào)諧質量阻尼器，通過在主結構上增加一個輔助機構（質量塊+彈簧+阻尼），來耗散外力給結構帶來的能量。

TMD的關鍵在于主結構受到外力作用時，提供一個與原結構頻率幾乎相等，與結構運動方向相反的力，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位于臺北101塔冠，重約660噸，耗資約400萬美元，現(xiàn)已成為臺灣的熱門旅游景點。

▲ TMD@臺北101

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

▲ TMD@Burj Al Arab

阿聯(lián)酋另一個使用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1.2噸水平調(diào)諧質量阻尼器，以控制由于頂部細長而產(chǎn)生的振動。

▲ TMD@阿聯(lián)酋大廈

TMD還廣泛應用于橋梁，賽車、外露電線，乃至音箱設計。

▲ TMD@BRIDGE

▲ TMD@F1

▲ TMD@ electric wire

在音響系統(tǒng)中，對中音寄存器的控制是聲音系統(tǒng)中最復雜的。一方面，必須要與低音實現(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行調(diào)諧。

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

▲ 無TMD

▲ 有TMD