我不仅想要台北 101 那样的高楼,还想要一样深的地下「楼」

知乎日报 Larkin wong; 470℃ 评论

我不仅想要台北 101 那样的高楼,还想要一样深的地下「楼」

图片:Swaminathan / CC0

在 101 这样的摩天大楼下建造一个同样深度的地下建筑可以吗?

Larkin wong,Geotechnical Engineering.

题目很有意思,“在 101 这样的摩天大楼下建造一个同样深度的地下建筑可以吗?”回答里面也基本都是以认为可行为主,觉得这样的一个建筑是很有意思的。很多回答也延伸到了一个另外一个问题,单纯地建造一个这么深的(508m)的地下建筑可以吗?其实答案很明确,无论是在台北 101 下面建造同样深度的地下建筑还是单纯建造一个和台北 101 一样深的地下建筑,答案都是否定的。

首先大家要对桩基础有个概念,高层建筑都需要有桩基础将荷载传到地层中的,如图 1 所示。没有桩的话,建筑不仅“站不稳”,还会“陷进去”。桩靠着跟可靠地层的摩擦和端承作用,稳稳地把建筑物给撑起来。

图 1 桩基础示意

有个这个铺垫,我们再继续我们对台北 101 的讨论。这种摩天大楼跟一般的高层又有不同,通俗地说,就是特别“重”。假设一个 300 斤的大胖子和 100 斤的小瘦子穿一样的鞋子都站在松软沙滩上,300 斤的那位肯定会留下比较深的痕迹,我们所谓的地面沉降大。摩天大楼这种“反自然”的建筑,更是如此,我们需要很多很多很粗的桩把这些超级建筑给撑起来。没错,台北 101 下面不能再有建筑的原因是因为它的下面全是……桩 !!

这里我来摆摆数据,台北 101 主楼的基础板下面有 380 根直径为 1.5m 的群桩,平均进入岩层的深度为 23.3m;裙楼下面一共有 167 根直径为 2m 的桩,平均进入岩层的深度为 15.5m。这里我们仅讨论的是进入岩层的深度,其实在岩层上面,还有 30-40m 的软弱土层,再加上 22m 左右的开挖深度,也就是说桩的最深处可达地下 80m 左右。可如图 2 所示,密密麻麻全是桩。 这里我还要提一句,台北 101 下面的基础还算是相对理想的,因为有可靠的岩层存在,大家有兴趣可以去查找一下上海的几个超高层建筑,桩深和桩的直径都要比台北 101 的大,因为上海的软土地质。

图 2 台北 101 桩基础示意图

当然,台北 101 是有 5 层地下室的,深度在 20m 左右。如果我们暂且不考虑地下环境等一系列复杂问题,我们把地下室做成 500m,这样的话,连同地上地下一共 1000m。仅从结构上讲,荷载加了一倍,桩要更长,更深,可是,谁能告诉我,这桩基怎么打……怎么灌……

即使单纯做一个地下 500m 的建筑,也是不可能的。土压力的存在决定了开挖是需要支护的,平常路边挖个很浅的煤气管道都有时会用钢板撑一下,开挖 30m 已经算是深基坑,支护手段就得用到地下连续墙了。有人提到了煤矿,那是矿井建设,只需要一个很小的开口。即使如此,基本需要用人工地层冻结的技术才能挖到几百米的深度,想当建筑使用?那得问问建筑师们同意不同意了……可以说的还有很多,实在写不下了,欢迎大家留言辩论。

参考文献:

[1] 谢绍松, 张敬昌, 钟俊宏. 世界第一楼——台北 101 大楼之结构设计[J]. 建筑施工, 2005,27(10):1-4.

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安李
也就是说目前是不行的吧。那未来科技发展能否解决这个问题?
2014-04-13   
 
Larkin wong(作者) 回复 安李
科技的发展总是需要现实需要推动的,地下 500m 处生活应该不能谈得上舒适……而且也没有太大必要。如此的深度土压力是非常之大的,现在的材料肯定扛不住。虽然材料学科日新月异,但是传统建筑材料诸如混凝土,钢筋等突破并不明显,有一些突破只是适合一些特殊的地质或者环境情况,有超强承载力的并不是一个方向……所以,我认为至少未来一百年之内应该是没有可能。
2014-04-13   
 
王山山
500 米的地下室就不需要桩了吧?
2014-04-13   
 
Larkin wong(作者) 回复 王山山
假如 500m 的地下室能造出来,它不仅必须抗住上面结构的荷载 还需要客服超大的水土压力。如果不需要桩 也可以 那这个地下室就必须充当桩的作用……结构上就会无比庞大,可能基本没有可以利用的空间。
2014-04-13 

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