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世界第一高樓─哈利法塔 (Burj Khalifa)

上一會介紹了一座840m高的垂直都市,今會便是為大家介紹現時世界上最高的大廈─哈利法塔,它的總高度是828m,總共160層高,並擁有以下的世界紀錄。
世界最高的大廈
世界最高的結構
世界最高的單一結構
世界最多層數的大廈
世界最高的電梯
世界最快的電梯
世界最高的燎望台
世界最高的游泳池
世界最高的清真寺
混凝土泵至最高層數的世界紀錄

哈利法塔雖然都達到了800m以上,但是基本的設計如普通大廈沒有很大的分別,只是一座超巨型的綜合性大樓,人類都需要不時離開這座大廈才可以生活。不像Millennium Tower一樣,銳意改變人類生活的模式,讓一個城市必需的部分都放在一座大廈之內,讓人類只需在一座大廈之內便可以生活。話雖如此,哈利法塔確實為垂直都市作了重要的一步。
結構
在哈利法塔建造之前,很少人都會研究中東800m以上的風力,更何況世界第二高的結構─Warsaw radio mast都只是646m,加拿大的CN tower 都只是553m,因此在興建時曾放出汽球來蒐集數據,而這實驗對整個設計作了重要的改變。
一般的大廈是只會進行5次以內的風洞測試,但哈利法塔的情況實在太特殊,工程師作了40次風洞測試來了解風力對結構的影響,才能進一步確認結構上的安全。為了穩定整個結構,整座大樓上細、下大,這樣可以令大廈在強風吹襲之下,擺動情況可以減少。但其實這是最不合受乎經濟效益的做法,因為大廈的層數是愈高愈貴。而且無論層數的高低,都需要一它數目的消防梯、電梯、機房和洗手間,所以如果高層的空間太少的話,實用率會很低,而很難收回成本,因此香港的摩天大廈的頂層只會比低層略為細少一點,極少數的例子如中銀大廈一樣,高層只是低層的4分之1的面積。
平面
一般的多層商業大廈都會把電梯放在中央,辦公空間則盡量四四方方,只有少數的例子如中環廣場、中銀大廈(三角形平面)和合和中心(圓形平面)。再者,務求使室內空間變得實用,四邊的空間都會盡量連接,這使每層辦公室有更大的靈活度來調整的大少。
但是在哈利法塔的例子中則是Y型的平面,Y型平面的多層大廈在香港是很常見的類型,但都只限於政府房屋,因為在政府每層單位的大少已決定了,單位是不會組合或分隔,所以Y型的平面是完全沒有問題。
這大廈建築師─SOM選擇的Y型的平面的原因是希望這大廈的單位可以盡覽波斯灣的景色,每個單位都有自己的景觀,而且在結構上亦相對地穩定。不過對哈利法塔的情況來說,就好像不太適合,因為這大廈除了包括酒店、豪宅之外,還在高層設有辦公室、健身室、會議室、清真寺等,所以Y型的平面好像未能滿足橫向空間的需求和應有的靈活度。
而且可能這大廈在結構上有很大的要求,在每一個房間之間由很粗的結構牆來分隔,這代表每個單位的間格已經定下來,如果將來由住宅改變作商業用途的可能性很低。
但是,哈利法塔有12層是酒店、70層是住宅、其餘大部分是辦公室。從這樣的比例來說,很令人懷疑此項目的招租和銷售情況,何時才能在杜拜消化這樣大的一級豪宅供應呢?
消防/電梯
萬一發生火警,根本不可能要求住客跑160層樓梯才逃至地下,所以在每隔25層便有一個逃生層讓住客逃至該層來等待消防的救援。
由於這大廈都是採用一般處理手法,所以當火警時,電梯會自動回到首層,務求不會再有新增的人仕進入大廈,而且亦避免火頭可以通過電梯糟漫延至其他層數,情況就有如香港最慘烈的火災─嘉利大廈一樣。
至於消防員則是從首層進入消防梯(通常是用作送貨梯) ,然後通往各層。而消防梯的要求多數是需要1分鐘之內能夠通往各層,所以哈利法塔的消防梯是全世界最高速─時速64km/hr。其實時速64km/hr是一個很低的速度,一般在街上的車都能夠達到這個速度,但是要在1分鐘內由靜止加速至64km/hr,然後再急速地減速至0km/hr。在短時間有如此急速的改變,對人體的壓力其實一點也不小。
哈利法塔預計同一時間會有35,000人同一時間使用,所以工程師早期是希望是使用3層電梯,但最後都只是使用雙層電梯。雙層電梯就是兩層的電梯在同一時間行走,住客可以同時在1樓和2樓進入電梯,並通往其他層數。 (香港新鴻基大廈便是使用雙層電梯。)
哈利法塔為了減少電梯佔用的面積,都自然有轉電梯的需要,但是為了滿足載客量,這大廈都需要設備57部電梯。




一座令貝聿銘幾乎身敗名裂的大廈─Hancock Tower

如果當大家單看照片,這大廈就好像平常的摩天大廈一樣,沒有什麼特別,為何這大廈可以令一個大師幾乎要身敗名裂?

這大廈是在1966年由John Hancock mutual life insurance company 邀請貝聿銘設計一座60層高的新總部大樓,而這大廈在當年亦希望成為美國波士頓市內最高的大樓。表面上是一件很正常的工程,只是一座四四方方的辦公樓,亦應該沒有特別複雜和奇怪的要求,所以貝聿銘只參與前期的規劃,之後的詳細設計便交由他的合顆人—Henry Cobb負責,但災難才慢慢開始。

首先,當這大廈進行地基工程(retaining wall)時,曾撞破了數條地底水管引致四周路陷,連帶在旁的古建築—聖三一教堂(St. Trinity Church) 都因為泥土水份過多,而導致結構出現裂痕,於是Hancock 集團需要賠償數以百萬元的維修費。

另外當工程繼續進行中,地盤旁的一座酒店向Hancock 集團投訴地盤的噪音問題,跟著集團便收購了整間酒店,事件便不了了之。

因為這大樓的設計理念是用深色的雙層反光玻璃,讓整座大樓看起來是一塊巨型的玻璃一樣,所以需要把每塊玻璃都盡量加大以減少接口。因此每塊玻璃是4.5尺x11.5尺,重500磅,而樓板之間沒有玻璃 (No spandrel glass) ,所以玻璃特大。而玻璃框架(Mullion)亦盡量變得細小,外層的玻璃更是只靠玻璃膠來穩固,盡量把外牆變得簡潔。

這樣的設計在施工初期還是沒有問題的,但是在1973年1月便開始貝聿銘近5年的惡夢,這個月不時有一強風吹襲波士頓,當風速超過70km/hr時,這大廈的玻璃幕牆紛紛脫下,幸好當時還在施工當中,所以沒有做成人命傷亡。當超過30%玻璃脫下時,大家都知道這樣設計的確出現了問題,業主當然要求全部更換所有玻璃,當時曾有人認為這大廈的玻璃太大了,所以才會脫落,因此建議使用比現時小3分之2的玻璃來重建。

不過,Henry Cobb當時極力反對,認為如果使用細小的玻璃會破壞整座大廈的簡潔和整體性。雖然最後業主保留原有的方案,但是業主控告負責這項目的大部份顧問公司,包括:

建築師: IMPei and Partners

玻璃生產商: Libbey – owens – ford company

總承建商:Gilbane building company

玻璃幕牆承建商: HH Roertson company

業主要求各公司賠償更換玻璃幕牆的工資和物料費用(約5-7百萬美元)、延遲入夥的損失,而建築師更需要額外面對業主控告沒有提供合適設計和沒有作出適當決定來停止施工。

之後,玻璃生產商控告業主損毀了它們的聲譽,並指出這次事故完全是建築師的設計錯誤(error on specification) ,而貝聿銘反控玻璃生產商隱瞞了玻璃膠在陽光下會脫落的可能性,總之各方爭持不下,直至1981年各方終於達成和解協議,而各方都需要把官司內容保密。

但惡夢還未停止,一名工程師發現這大廈在強風吹襲下是可能出現倒塌的危機,因為先前的計算亦過於理想化,最後這大廈需要加入1650噸的鋼鐵才能穩定有關結構,但這不是導致玻璃脫落的原因。玻璃脫落的原因是因為外層玻璃與內層玻璃之間的空氣在熱脈冷縮的情況下,令外、內層之間的玻璃膠失去了黏貼力,因此外層玻璃出現脫落。

在1976年大廈正式啟用時,工程已延誤了4年,建築費用亦由原來的8000千萬美元大幅增至1.6億美元以上。但問題還未停止,在入夥後,高層租戶曾投訴大廈的擺動過大,令他們感到頭暈,於是業主便在58樓上加了兩個300噸重的鋼阻尼,令大廈變得穩定,這便額外增加300萬美元建築費。

經過這樣的一場官司,貝聿銘自然聲譽大損,而Hancock Tower 亦被人取笑為全世界最高的木建築 — Plywood Ranch (因為玻璃脫落時玻璃窗需用木板來封密) 。儘管這不是貝聿銘自己親身負責的項目,但各大的客戶都離他而去,甚至禁止他們競投新的項目,於是貝聿銘便唯有向科威特、伊朗等地方尋找新生意,最終要等至1978年美國國家藝術館東翼開幕後,貝聿銘才再次吐氣揚眉,生意重回正軌。

在這次事件中,貝聿銘從沒有考慮和Henry Cobb拆夥,反而繼續和他緊密合作,他自己主理一切外交的工作,而Henry Cobb則負責內部,合作無間。




Sears tower (摩天大廈發源地篇)

今日繼續講有關摩天大廈的事情, 但繼續下去之前便一定需要提一位改變了世界的建築 – Mies van der rohe. 這位德國藉的建築師可以說是摩天大廈的始祖, 他對人類的貢獻絕不簡單, 我和你都是生活在他的設計模式下生活.

大家知道混凝土是受壓力強(good in compression), 但拉力弱( weak in extension), 所以需要配合鐵筋來加強拉力, 而奇妙地混凝土和鋼鐵的熱漲泠縮程度是完全一樣的, 因此混凝土和鋼鐵可以共同使用而沒有問題, 所以對工程界來說鐵筋和水泥是上帝給予人類的一份大禮物.

另一種常用的建築材料便是工字鐵, 工字鐵的受壓力和拉力都很強而且比混凝土輕一點, 所以巴黎鐵塔和東京鐵塔都是用工字鐵作為主要材料, 但壞處是耐火度低. 鋼鐵大約在600度左右, 鋼的硬度便會減少一半. 但火場一般都會有1800度的高溫, 因此便需要加上一層混凝土作為保護, 因為混凝土要在2000度左右才會燒熔.

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Mies van der rohe對人類最大的貢獻便是自創了在摩天大廈中使用了鋼結構並配合混凝土作樓板和加強耐火度之用, 並且他應該是第一代建築師發明把電梯槽放在摩天大廈中間, 而由於電梯槽需要一定厚度的混凝土牆作耐火度的保護, 這樣500mm左右厚的混凝土牆亦同樣作為結構的主要部份, 而柱便放在四周來支撐樓板.

這一個模式在1948年左右由Mies van der rohe 發明之後, 一直沿用至今. 現在接近香港所有的商業大廈都是在這個模式下演進,  Sear tower 當然都在這個模式下發展下去. 由於Mies van der rohe所設計的商廈主要都在Chicago, 因此chicago便亦因此成為摩天大廈發源地.

至於Sears tower 的設計理念其實很簡單, 就是一個正方形的地盤分成9格, 然後逐一拉高某一個層數, 所以Sears tower的外形是好像一個正方盒組合而成的.

另外, 摩天大廈的其中一個最大的敵人便是風力, 在Chicago絕對不能少看這個因素, 因為chicago應該是世界上最大風力的一個城市, chicago亦有wind city的稱號, 而香港在風力方面亦不簡單, 在世界上絕對是前列的位置.

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至於超級摩天大廈如何抵擋颱風和地震? 其實我在World trade centre已提及過, 今日再作補充, 當大廈愈高所承受的風力就自然愈強, 因為:

Bending Moment(擺動幅度) = Force(力) x distance(距離/高度)

所以要避免大廈因過度擺動而斷裂的話, 便需要減少大廈擺動的幅度, 地震同樣是因為大廈擺動幅度過大而導致結構損毀, 所以最簡單解決的方法便是加強結構組件來減少擺動幅度.

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                                    台北101大樓的 Damper

另外, 就當然是在屋頂上加Damper, Damper是一個大約數百噸重的混凝土塊, 四邊用彈簧連接, 當大廈在搖動時Damper會移至另一方以減少震動的幅度如上圖示.

大家可以看到昨日的超級摩天大廈很多都是上細下大, 就是希望減少上層的體積來減少擺動的便幅度從而減少對結構和電梯上的要求. 因此香港應該很難出現過100層高的大廈, 因為香港的發展商認為高層的銷售面積比低層更高, 所以高層的出售面積應該盡量擴大, 所以香港的IFC、ICC、中環廣場都只是在高層作少少的修細, 務求令平衡美觀和銷售兩方面, 但這樣少少的修細就不知花了多少時間才可以說服發展商.

就因為發展商不願意做一座上細下大的摩天大廈, 亦不願意為結構作過多的投資所以香港應該不大可能出現超過100層的摩天大廈.

至於  Mies van der rohe的建築將來陸續作補充, 因為他的設計風格很傳奇, 他曾經設計過最不實用的大廈, 亦設計過最實用的大廈.

其實設計摩天大廈大約需要花近一半的時間在設計電梯槽, 為何? 明天分解.




Sears tower (鬥高篇)

講了幾天日本是時候轉一轉話題, 其實大家可能發現自從年初一之後我都開始擴展我的話題, 除了建築物本身之外, 還希望包含多一點文化和連帶建築的人和事, 務求豐富這個網頁的內容, 亦希望為自己帶來一點新鮮感, 但始終不離本位, 今日正正經經講回建築主題.

今日終於可以理行承諾為AK 君講Sears tower, 講起sears tower就必須要講它的高度.這一座曾經是世界最高的建築物原來包含了不少故事.

首先, 就是它的高度, 現在世界最高的大廈應該算是在杜拜的Burj Dubai (160 – 818m), 其次便是上海的國際金融中心( 101– 492m) , 之後便是台北的101大樓 (101– 448m), 第四便是吉隆玻的Petronas Twin Towers (88– 378m), 至於Sears tower (108 – 442m), 而已倒下的World trade centre (110417m).

大家會否發現Sear tower 的高度是比第三便是吉隆玻的Petronas Twin Towers為高, 但為何前幾年為何全世界都說Petronas Twin Towers是全世界最高的大廈呢?

以上列出的高度是計算屋頂的高度, 但若果計算Architectural features 的話又好像Sear tower比Petronas Twin Towers為高, 原因就是Sears tower的頂部的兩支並不是避雷針, 而是當地電視台的發射天線, 所以有關高度不算入大樓的高度. 而101大樓的最高部份是暸望塔, 所以屋頂部份仍是以暸望塔為最終的計算, 但其實如果計算最高層的辦公室為標淮的話, Sears tower仍是擁有世界上最高的辦公室, 因為Burj Dubai和上海的國際金融中心還未正式入伙.

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Burj Dubai

  

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                               台北101大樓

  

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Petronas Twin Towers,吉隆玻

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                         Worlds trade centre, NY

其實, 當上海的國際金融中心在規劃時是一心希望設計一座大樓可以完全打破Sear tower 的所有紀錄成為世界第一高樓, 但當中東決心一開始破一個無人能破的紀錄, 一建便要建比現在所有大樓高40%的超級摩天大廈,上海的國金的夢想只能成為世界第二高的大樓, 不過現在世界上包括上海、俄羅斯、芝加哥、紐約世貿遺址都將會不斷興建500 – 600m高的大樓, 所以上海國金的世界第二高大樓的美譽將會在不久的將來被人打破, 但可能由於金融風暴的關系, 有關新發展計劃將可能推遲, 而相關的名譽將可能保留多一點時間.

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講到底世界各地的人都想盡辦法興建世界最高大樓為他們的夢想, 有時儘管客觀情況未能達到目的, 於是便在計算標淮來衝出重圍, 到底世界第一大樓的意義又在何處呢?

明天將講多一點關於這位于芝加哥的摩天大廈, 因為芝加哥可以說是摩天大廈的發源地, 明天繼續.




香港建築師的悲劇-國金一、二期

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當大家知道我今天會講國金一、二期時, 大家心中都是想起近日炙手可熱的電影-Batman Dark Night. Batman如何從國金一期跳下,並閃電地把那個商人帶上飛機.

但在觀看電影的同時, 又有多少人知道國金一、二期的血淚史.

眾所周知, 國金一、二期聯同四季酒店、香港機鐵站和商場是機場核心工程的一部份,亦是中環彎仔填海工程的第一期. 整個項目包括國金一、二期、機鐵站、酒店和商場是由香港兩間大發展商聯同地鐵公司共同開發, 並交由一所香港大建築師樓負責設計和管理.  國金一期和機鐵站是這項目的前期工程, 而國金一、二期原是圓形的摩天大廈, 當國金一期已完成首三至四層時, 其中一個發展商突然要求更改設計並要求把國金一、二期交由美國著名的建築師Cesar Pelli設計.

這情況是聞所未聞, 因為大廈已開始施工即是施工圖、招標、入則的工序亦已完成. 如重新設計是非常大的一件事情, 因為很多工序要重做. 更改設計在早期設計的階段是正常的事情, 在招標和入則後還更改設計亦不奇怪, 但只是局部修改, 不是重做. 但在施工當中, 突然要求更換建築師並重新設計, 簡直是奇聞.因為,發展商需要把工程推遲至少10-12月, 並要賠償給承建商有關修改工程的費用和推遲進度的額外費用.

一眾的Project Manager為了減少工程上的損失, 他們想了一個破天荒的做法, 肯定全世界沒有嘗試過. 第一, 工程繼續進行但只做電梯糟和消防梯的核心筒部份. 第二, 柱位置不改, 反正都只有八支大柱作支撐整個大廈. 因為, 這樣八支大柱的結構使室內的窗口面積盡量增大, 現在施工中的ICC大樓也是同樣這種結構. 第三, Cesar Pelli只可局部修改大廈的外形,而不用更改總建築面積,亦令他設計時間可以縮短. 等Cesar Pelli完成設計後才補回地板的部份, 當我告訴英國的同事時,關於這種邊劃圖、邊建樓的做法, 簡直令他們咋舌,相信只有香港才可以進行.

其實,大家都知道Cesar Pelli完全更改了原先大廈設計的外形, 由圓形的大廈改為正方形, 但又巧妙地連接已建好的首三至四層, 所以大家會發現國金一期的低層(即連接商場的部份)是圓形的空間, 而大廈本身是正方形的奇怪現象. 之後的國金二期, 就相對簡單因為只是打了樁, 所以Cesar Pelli只要跟從原先定下的柱位, 便可重新設計.

原先, 負責這項目的建築師繼續為四季酒店、香港機鐵站和商場作設計, 亦成為國金一、二期的Project architect. 其實, 行家之間互相搶單是正常的事, 但在已開始施工的地盤更換則師並更改設計真是十分罕見. 如大家有看我第一篇blog的話,便會知道, 無論多好的同學, 無論多好的朋友; 要反面時便反面, 你中了標不等如會用你的設計, 一眾行家都小心行事,避免食.

國金一、二期換則師的原因, 在行內有很多傳聞, 有人說是其中一個富豪的風水師說圓形大廈不好, 有人說圓形大廈的實用率不高,所以換則師. 無論如何,相信這永遠是一個謎.