1、臺北101工程介紹摘要：臺北101，又稱臺北101大樓，在規劃階段初期原名臺北國際金融中心，位于中國臺灣省臺北市信義區，由建筑師李祖原設計，KTRT團隊建造，保持了中國世界紀錄協會多項世界紀錄。該專案主要由島內十四家企業共同組成的臺北金融大樓股份有限公司，與島內外專業團隊聯手規劃，并由國際級建筑大師李祖原精心設計，超越單一量體的設計觀，以中國人的吉祥數字“八”（“發”的諧音），作為設計單元。每八層樓為一個結構單元，彼此接續、層層相疊，構筑整體。在外觀上形成有節奏的律動美感，開創國際摩天樓新風格。本文通過對關于臺北101大樓的資料進行整理，從設計特色和施工特色分別對該工程進行了詳細的介紹，從而對

2、其有了全面的了解。關鍵詞：臺北101、設計理念、工程特色一 建筑概要臺北101這棟超高摩天大樓位于臺灣臺北市的信義規劃區內。信義規劃區最早開發于1980年代，占地面積153公頃，并將規劃成為臺北市的金融、零售與娛樂中心地點，展現臺北這個大都市的的國際觀與活力。 臺北101的舊稱為臺北國際金融中心，是一個系興建-營運-移轉為一體的個案，于1997年間由臺北金融大樓股份有限公司投資、開發并營運。建筑基地位于在新興商業區，且有鑒于臺北市有成為亞洲區域金融中心之潛力，經市政府指定為跨國性金融機構的所在地。整體開發案包含一座101層高的辦公塔樓及5層的商業裙樓和5層地下樓面，總平面面積達到39.8萬平方

3、米。對于臺北市的游客、消費者及企業團體而言，臺北101是一座嶄新時尚、頂級精品的高檔寫字樓地標。2003年11月，臺北101 購物中心正式營業，次年底寫字樓啟用，到了2005年1月間，位在89樓的臺北101觀景臺也正式對外開放營業。無論在設計或興建階段，臺北101自始便懷抱著一個長期的目標：以建筑本身來展現當地文化與價值，成為世界與臺北的橋梁。臺北101將經濟因素、環境因素、社會責任三者予以完美整合，成為一座永續存在的摩天大樓。臺北101多節式外觀，以高科技巨型結構確保防災防風的顯著效益。每八層形成一組自主構成的空間，自然化解高層建筑引起之氣流對地面造成的風場效應，透過建筑設計綠化植栽區的區隔

4、，確保行人的安全與舒適性。大樓造型宛若勁竹節節高升、柔韌有馀，象征生生不息的中國傳統建筑意涵。內斜七度的建筑面，層層往上遞增；無反射光害的高度透明省能隔熱帷幕玻璃，讓人們在臺灣的最高建筑內，觀天看地。高科技材質及創意照明，以透明、清晰、營造視覺穿透效果，與自然及周遭環境大尺度的融合。二 設計特色1 結構設計概要超高層大樓的設計，對于安全的可靠度要求標準遠高于一般建筑，相對于結構設計而言，在既定的設計載重標準下，需要以更加嚴謹的態度訂定材質規格、施工標準與細部設計圖說明。而結構與建筑設計之間的互動更顯重要。1.1 基礎結構系統臺北101大樓位于臺北市信義計劃區，其基礎設計必須承載地上 101 層

5、的塔樓與 6 層群樓的載重，其規劃的開挖深度為 22.2522.95 m，因基地堅硬承載層上方有 3040 m厚的軟弱粘土層，如使用淺基礎時，可能會發生土壤承載力不足或導致較大的沉陷變形產生，因此必須使用深基礎將載重傳遞到堅實的承載層，故設計時采用樁基礎將大樓的荷重穿過軟弱粘土層傳遞到較深的巖層。而為了進行可靠的基礎工程設計，擔任大地顧問的富國工程顧問工程公司所運用的基地地質調查鉆探孔數多達 151 孔，為法規規定孔數的 3 倍之多。基礎板為 3.04.7 m厚之巨形鋼筋混凝土實心板，設計齡期之圓柱試體抗壓強度為 6 000 psi。主樓基礎板下共配置 380 根 1 500 mm平均入巖深度

6、 23.3 m的基樁，主樓柱的載重則以群樁的方式支承。裙樓部分則于柱位配置 167 根 2 000 mm平均入巖深度 15.5 m之基樁。地下室外圍連續壁厚度為 1.2 m，又為配合塔、裙樓之整體施工進度規劃及不同深開挖工法之需求，塔、裙樓間自 B1 FL以下規劃一施工界面地中壁，該地中壁于地下室施工完成后視建筑需要開口位置予以敲除。地下結構之配置剖面示意如圖1所示。圖1 地下結構示意圖1.2 上部結構系統本工程之的地上結構體包含1棟101層的塔樓及1棟6層的裙樓，兩棟結構體于地上部份以伸縮縫形式完全斷開，地下室共有5層且塔、裙樓相連。在平面配置上，服務核內共有16根箱型柱，主樓四周每側采用2

7、根巨型鋼柱延伸至90層，其最大尺寸達2.4 m×3m×80 mm。主樓四周于26 F以下并另外配置1.2 m×2.6 m1.2 m×1.6 m及1.4 m×1.4 m1.6 m×1.6 m等兩種尺寸箱型柱，27F以上則配合建筑斜面造型而使用H900 mm×400 mmH1000 mm×500 mm的H形斜柱并與H型梁組成抗彎構架，主要在于提供局部載重的傳遞使用。為提高抗風勁度與強度，62層以下的箱型鋼柱均內灌10 000 psi自充填高性能混凝土，在立面配置上，圖2為本工程的3種主要立面構架，其中 X、Y方向各配置

8、兩組合計6道立面構架，服務核心的鋼柱間以鋼骨大梁、斜撐相連，斜撐主要為同心斜撐與 V型斜撐，部分斜撐因開門需求而為偏心斜撐型式，但基于抗風勁度的需求予以加勁補強而未依偏心斜稱細部設計。9 樓以下的同心斜撐并與600 mm厚的剪力墻澆灌一體以形成良好的水平力傳遞系統，機械層上下大梁間則以斜撐相接所形成的外伸桁架梁作為內外柱間的主要垂直剪力傳遞機構。從宏觀的角度，主樓結構主要是由巨柱、核心系統與外伸桁架梁等構件所組成的101層巨形構架。圖2 標準立面構造圖2 設計特色2.1 創新設計圖3 調制阻尼器臺北101大樓最引人矚目的一個設計是：懸在大樓第8892層之間的一顆“大球”直徑 5.5米，重660

9、噸，由41層實心鋼板（每層厚125毫米）堆疊焊接而成。這個設計的作用是：依靠“大球”的擺動來平衡大風或地震造成的大樓的震動，以減少兩者的危害；此外，還可用來平衡一般風力造成的大樓的微幅擺蕩，以提高居住其間的人的舒適感。這個“大球”有一個專業名稱，叫“調質阻尼器”。臺北 101大樓的“調質阻尼器”是目前世界上最大和最重的。通常，阻尼器是裝在摩天大樓及其他建筑里的巨大混凝土塊，通過彈簧、流體或擺錘的作用，平衡自然力量造成的大樓的振動，以減少其對大樓的危害。一般來說，可能對大樓結構產生有害振動的自然力量主要是大風和地震，比如在地震發生時，從地下深處傳來的地震波會使建筑物來回搖擺，甚至導致建筑物垮塌。

10、因此，為了提高建筑物的防震性能，大樓特別是摩天大樓在設計上都會重視和考慮應用各種抗震技術。圖4 風阻尼器示意圖2.2 先進技術臺北101重視安全、防災、質量采用了前瞻性的建筑自動化、辦公室自動化、通訊自動化等高科技技術，采用了建筑法規規定的高層建筑防震要求的10倍防震設計，以及1000年的耐震強度設計，而實際可承受2500年一遇的10級以上大地震在抗風設計上則可承受相當于17級以上的強烈臺風。從抗震角度來看，地質鉆探勘測也證實信義路沒有斷層通過另外建筑采用800t抗風制震設備和風阻尼器。自動計算搖晃幅度使建筑能自行調整移動方向確保大樓內人員的舒適性。以每8層為一組構成的空間，使超高層大樓的結構

11、有如一棟川層的組合建筑，獲得了最大穩定度。以八大巨型鋼骨梁柱為骨干，圍繞周邊，兼具強度及韌性。并采用遠超過一般建筑要求的4536g高性能混凝土，強化建筑結構大樓采用阻燃無煙材料裝修每層均設置安全避難走道，每八層設有安全艙，防火避難室及避難陽臺。2.3 藝術風格每一棟世界級的建筑，如果沒有充分和當時環境特色結合缺少人文內涵.就不能成為其區域中的代表之作。鑒于此，臺北101在設計中溯源深層文化。,超越單一體量的設計觀，以中國人的吉祥數字“八”作為設計單元層層相疊，構筑整體。在外觀上形成有節奏的律動美感，開創了國際超高層大樓新風格。多節式外觀，宛若勁竹節節高升、柔韌有余，象征生生不息的中國傳統建筑意

12、涵。內斜7度的建筑外墻面，層層向上擴增；采用高科技材質及創意照明，并利用透明、清晰造成視覺穿透效果與自然及周遭環境融合斜立面與多層次結構。有如鮮花綻放、富貴飽滿。不同高度展現不同視野，實現“一花一世界，一臺一如來，臺臺皆世界，步步是未來”的東方原創理念。2.4 環保秉承著打造一個時空地表的理想，臺北101在營建過程中兼顧經濟增長和環境保護兩個目標，以及持續經營的企業理念，將環保議題列入整體設計規劃。墻面采用斜面處理，無反射光害，考慮了周圍環境的使用者。高科技隔熱玻璃建材，更可阻隔2/3熱源，達到節約能源的目的。為了實現全面環保管理并顧及未來建筑實際使用，將水回收、垃圾分類、空氣溫度調節、燈光控

13、制、廢棄物處理等環保措施全部列入設計考慮的范圍。三 施工特色1 2.4×3m巨柱與10,000psi混凝土柱內灌漿考慮到巨型構架結構系統與整體施工進度的需求，巨柱型式之選擇由箱型鋼柱及柱內灌漿結合而成，柱內灌漿除了利用箱型鋼柱為既成的結構模板外，柱內混凝土亦提供整體結構勁度與強度需求。巨柱共配置8支，巨柱尺寸由B5F(2.4m×3.0m)90F(1.6m×2.0m)，柱內灌漿范圍由B5F62F，施作高度270m，10000psi混凝土使用量共23900m3，巨柱設計剖面與施工相片見圖5、6。柱內灌漿施工程序為由下往上泵送以達到確實的充填性，灌漿口則于柱內設置向上的

14、5#導引管以有利于向上充填及減低材料析離程度，施作前需確認供料足夠后才開始施作。為考量灌漿時對鋼柱產生的側壓力影響，配合柱內加勁板位置設置柱內加勁板及圍束鋼筋，小柱部分則設置井字拉桿予以圍束。箱型鋼柱4角隅采用全長全滲透的潛弧焊接，為了減少柱外灌漿開孔的現場補強工作，灌漿口的開口補強以廠內補強為主，灌漿完畢后以薄鋼板封孔電焊。每次灌漿的高度以一節鋼柱為限，單柱灌漿時間以不超過1.5小時為原則，施作前需確認供料足夠后才開始施作。實際泵送速率約為每小時40m360m3，巨柱每分鐘約僅上升8cm10cm，其上升速率緩慢。柱面設置氣孔以利于受火時消散蒸氣壓，該氣孔并用以觀察柱內灌漿時的施作高度。由于量

15、產速率及施工時間的限制，巨柱部分約每2層樓澆置一次，其余部分平均為每4層樓、高度16.8m灌漿一次。 圖5 巨柱剖面圖 圖6 巨柱施工照片2 10000 psi 高性能混凝土基于結構強度、勁度與整體施工進度的需求，62層以下采用內灌混凝土形式的箱型柱，62 層以上則為純鋼柱以減輕結構自重。柱內灌漿除了利用既有的箱型鋼柱作為灌漿時的模板外，柱內混凝土亦提供整體結構勁度與強度需求。國內自高雄東帝士 85 廣場大樓起，已有相當多箱型柱內灌 8000 psi 混凝土的工程實例，目前本工程所采用的柱內灌漿則為設計強度 10 000 psi（7 000 N/cm2）的高性能混凝土。其中針對箱型柱內 10

16、000 psi 高性能混凝土而言，灌漿的施工程序為由下往上壓送，因此必須確保混凝土的高流動性與充填性，新拌混凝土的工作性要求為60±10 cm的高坍流度，且不得產生泌水與骨材析離，另外為了減少混凝土干縮及增進耐久性的考量，設計齡期訂定為 90 d，并限制設計齡期的混凝土自體收縮量小于 300×10- 6m/m，以達到低水量、低水泥量、低干縮量及高耐久性的設計需求，又施工前則規劃實作兩次實尺寸模擬泵送試驗(2.4 m x 3.0 m x 8.4 m)以確認施作品質與施工可行性。3 對施工可實施性的考慮由于巨柱的施工分節需考慮塔吊的能量與鋼板的最大生產尺寸，本工程一般鋼柱為每節

17、 4 樓高，而巨柱的分節以 2 層高為標準，其中最大的單節拖吊重約達 90t。而厚板的焊接品質較難掌握，因此焊接的方法與品質控制均需特別注意，本案工地現場所進行的巨柱續接部分，因焊道量超過 100 kg，現場采用 6 名焊工以包藥焊線電弧焊接（FCAW）同時施作之方式，圖7為巨柱平面配置與續接電焊示意圖，焊接程序采對稱焊接以控制焊接變形，其中長向左、右側各配置 2 人，短向內、外側則各配置 1 人，焊接中并以同一方向施作，且同步注意各處焊接量的均勻控制，每個接頭的平均施作時間約為 14 h。另外因厚板焊接的預熱控制非常重要、考慮柱尺寸、施工效率、連續性焊接及施工安全等因素，其焊接前的預熱方法采

18、用電熱片施作。實際施作中約 1 h即可達 110之最小焊序核準預熱溫度，因所需焊接時間長，若焊接中斷時，電熱片可持續保溫以確保焊道之層間溫度。圖7 巨柱平面構造與續接電焊示意圖四 總結一棟好的建筑，可以改變一個都市的風貌與氣質，現在臺北 101 已然成為臺北甚至是亞洲、地球的新地標，然而我們非常清楚，世界第一高的夢想不斷有人追求，以今日的技術在非地震帶上蓋一棟更高的大樓并不困難，因此沒有永遠的世界第一，但是臺北 101 大樓所具有的獨特性卻是不容易被取代的。在向空間挑戰的競技中，每一棟超高層大樓的完成都需要資本、技術與時間的充分配合，因此誰能掌握安全(可靠度)、經濟、舒適性并符合施工性與工期的要領，誰就能在這舞臺上扮演推手的角色。在此由衷感佩本工程業主的遠見與胸襟，并發揮了睿智及毅力成