高度突破385.8米！在沙漠里建高楼都有哪些挑战
出品 | 网易新闻作者 | 须臾千秋 ， 清华大学土木工程博士在如今的世界 ， 建造摩天大楼已经是一件稀松平常的事情 。 不过 ， 在沙漠地区建设超高层建筑 ， 仍旧是一个巨大的挑战 。 中国在埃及承建的非洲第一高楼——埃及新首都核心项目中央商务区“标志塔” ， 正是这样一座高难度的建筑 。（一）建在沙漠里的非洲第一高楼 ， 高度超出原有建筑一倍埃及是一个人口接近一亿的大国 ， 它的总国土面积超过100万平方公里 ， 但绝大多数土地都是不适宜人类生存的沙漠 。 埃及的绝大多数人口都集中在尼罗河两岸不足10万平方公里的土地上 ， 一亿人口的工农业生产、商业运行都要依赖这狭长的小小绿洲 。
（埃及适宜居住的土地分布）为了应对日益膨胀的人口 ， 埃及决定向沙漠要土地来安置新增的人员 。 在开罗以东60公里、苏伊士以西60公里处的沙漠中 ， 正在建设一个可容纳500万人口的新行政首都 。新首都不仅承担政治智能 ， 与行政相配套的商务功能也必须要带进新开罗城中 。 因此除政府部门外 ， 新行政首都还将建设110万套住房、2000所学校和600家医疗机构 。新首都的核心项目中央商务区由中建埃及分公司承建 ， 而其中最大的亮点就是高度达385.8米的“标志塔” 。 标志塔总建筑面积26.7万平方米 ， 地下2层 ， 地上78层 ， 建成后将成为非洲第一高楼 。
（新开罗的CBD效果图）（二）像金字塔一样的标志性建筑 ， 技术和艺术的结晶埃及工业化的历史悠久 ， 在建设高层建筑方面并非完全没有经验 。由于埃及人口稠密 ， 土地稀缺 ， 开罗城内事实上遍布着密集的高层建筑 。 但这些高层建筑主要是住宅和写字楼 ， 意义仅在于解决开罗人的居住和使用需求 ， 大都为低水平的量产型建筑 ， 在建筑艺术和技术层面乏善可陈 ， 高水平的建筑并不多 。埃及目前的高层建筑没有超过200米的 ， 而新首都标志塔则将这一高度一下子突破到了385.5米 ， 比原来高出一倍 。 埃及总理将标志塔评价为埃及的新金字塔 。
标志塔于2018年5月2日动工建设 ， 是一个多功能、多用途的高层建筑体 。 29层以下是办公区 ， 再上面有酒店、住宅 ， 最顶层是一个观光平台 ， 上去后可以俯瞰整个开罗 。标志塔项目融入了许多世界上最先进的绿色环保的建筑理念 ， 也采用了许多新技术 ， 比如保温系统和幕墙 ， 显著降低了建筑的能耗 。标志塔的主体结构由钢结构外框和钢筋混凝土核心筒组成 。 这是一种高层建筑中比较常用的结构形式 ， 坚固的钢筋混凝土核心筒可以承担风力、地震力等横向力的作用 ， 而钢结构外框自重较轻 ， 且预制化程度高 ， 可以在施工现场外的工厂中预制成型 ， 在施工现场迅速进行安装 。标志塔大楼的总用钢量达18000吨 ， 钢结构单件的最大重量达28吨 。 在施工中 ， 这样庞大的钢结构单件都是进行整体安装 ， 施工效率极高 。 钢结构的承重主体钢管柱是以内倾1.5°的形式安装在标志塔核心筒周围的 。 随着高度增加 ， 钢管柱的设计承重量逐渐降低 ， 钢管柱截面变小、壁厚变薄 。采用这种高度预制化的安装工艺 ， 一根重达26.8吨的钢管柱被动臂式塔吊缓缓吊起 ， 最终稳稳地嵌入混凝土基座上 ， 整个过程不足十分钟 。 随着施工的全速开动 ， 在绝对保障安全和施工质量的基础上 ， 施工速度可以达到五天一层楼 ， 局部楼层可以达到三天一层楼 。 这种惊人速度的背后并不是靠着牺牲工程质量和员工的休息 ， 而是靠着高超的建筑科技 。
（标志塔钢结构首吊）（三）夏季温度40、50℃ ， 对混凝土是巨大考验埃及新首都标志塔工程地处撒哈拉沙漠深处 ， 到了夏天 ， 温度高达40、50℃是一件稀松平常的事情 。 在这样的环境中 ， 大楼的设计理念、施工工艺等都与正常环境中有许多差异 。
在极端高温的环境中 ， 混凝土的硬化速度被急剧加快了 ， 同时硬化后的强度和质量也会被显著削弱 。如果放任在这样的高温下进行一般的混凝土浇筑工作 ， 混凝土内部的温度会迅速升高到80℃以上 ， 它的性质会发生改变 ， 强度严重丧失 ， 混凝土体大量开裂 ， 从而彻底失效 。 因此 ， 高温环境的混凝土施工必须采用许多措施来避免这一现象的发生 。首先 ， 人们要控制混凝土的浇筑温度 。 在炎热的天气下 ， 混凝土的原材料 ， 如砂子、石子等原本的温度就很高 。 为了降低混凝土刚开始浇筑时的温度 ， 工程师们通常会使用“冰镇”的拌合水 。 有时 ， 甚至会直接用碎冰来代替拌合水 ， 最终将混凝土的入模温度控制在20℃上下 。 这样 ， 即使混凝土在浇筑中升温 ， 峰值温度也不会过高 ， 以至于影响混凝土强度 。此外 ， 工程师们还会改变混凝土的原材料配比 ， 向其中加入一些粉煤灰等矿物掺合料 。 在混凝土中 ， 水泥和水拌和后发生反应 ， 会放出大量的热；而引入了一些矿物掺合料之后 ， 混凝土的温升速度降低 ， 虽然短期中强度较低 ， 但在长期中强度反而更高 。 此外 ， 一些水化热抑制剂、缓凝剂等也可以降低温升 。建筑中用的钢材也会受到环境高温的影响 。 在阳光的直晒下 ， 钢材会发生温度变形 ， 影响构件定位和连接的精准 。 这些都需要经过工程师精确的计算来修正 。
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