地震带上也能盖摩天楼,中国承建的嘉玛清真寺265米高!

近年来中国在国内外承建了大量基建项目,给人们一种“什么都能建”的感觉。小到海景别墅,中到体育场馆,大到轻轨铁路,就没有中国建不出来的东西。

其实,中国能建的还不止这些。除了修“基础设施”,人家还能修“奇观”,像阿尔及利亚的嘉玛大清真寺就是这样一座“奇观”。

地震带上也能盖摩天楼,中国承建的嘉玛清真寺265米高!

嘉玛大清真寺效果图

(一)嘉玛清真寺,这是一项规模巨大的任务

嘉玛大清真寺位于阿尔及利亚首都阿尔及尔中轴线上,地中海畔。项目建筑面积40万平方米,共有宣礼塔、祈祷厅、伊斯兰学院、图书馆及文化中心等12座建筑,其中宣礼塔高265米,为世界上最高的宣礼塔。

嘉玛大清真寺也将成为非洲高度最高、规模最大的建筑,世界第三大清真寺,它未来将成为阿国重要宗教集会场所,可容纳36,000人同时礼拜,同时也将成为吸引各国历史学家、艺术家、学者以及旅游者的中心。

2011年10月19日,阿尔及利亚宗教部宣布,中国的两家建筑企业同时中标阿尔及利亚嘉玛大清真寺项目(Djama el Djazar),中标金额15亿美元。

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嘉玛大清真寺夜景效果

(二)这么高的宣礼塔,一看抗震就很麻烦

阿尔及尔位于地中海-喜马拉雅地震带上,与中国的汶川同属一个火山地震带。

这里地震频发,2003年就曾发生过一次里氏6.8级地震,造成了大量的人员伤亡。因此,嘉玛大清真寺宣礼塔的建设中极其重视抗震,它的地震设计回归周期是1000年,换算成国内标准,抗震设防烈度高于国内的9度大震设防,比上海中心、广州塔这些著名摩天大楼的设防等级还要高。

宣礼塔在地下采用了超深的壁式桩基础,它是以连续壁单元或其组合作为结构体支撑的基础构造,由60根43米深的方桩组成,最大截面尺寸达1.2×7.2m,单个钢筋笼重达72吨,单根桩钢筋笼焊接接头数量多达198个。

比之一般的圆形断面桩基础,它的受力模式更具弹性,截面的利用也更加科学,因此抗震性能较之相同截面积的圆形桩更加优越。当发生地震时,宣礼塔的地上结构与地表紧密地结合在一起,不会发生整体倾斜或变形。

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早期施工现场

不过,壁式桩基础也有其特殊的难度。钢筋笼吊装难度大,需将整体钢筋笼分成两节进行分段吊装,焊接接头多,孔口对位难度大。凭借中国企业丰富的施工经验和构件加工技术,这些问题完全可以应对。

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壁式桩基础的截面形式

宣礼塔的地上结构采用了新颖的多核心筒混合结构设计,它的建筑平面为正方形,高265米,横截面宽度仅26米,高宽比为10:1,这样细长的造型对于抗震是十分不利的。

按照国内的抗震要求,在9级抗震设防烈度下,超高层建筑的高宽比一般不超过5 :1。但由于无需像摩天大楼那样容纳大量人员居住或办公,宣礼塔的结构可以设计成四面无窗的高强度核心筒。

核心筒分别位于宣礼塔的四个角上,每个核心筒之间通过钢结构X型斜撑及水平楼板连成一个整体,顶部通过钢梁及剪力墙将结构连成一个封闭的体系,以增加结构的抗震性能。

这些核心筒内密布钢筋,并浇筑高强混凝土,筒壁极厚,这使得看起来纤细的宣礼塔实际上强度惊人,很难受到地震力破坏。

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这种多核心筒结构分部在建筑的外围的特殊设计在工程中十分少见,这会给结构施工组织带来了极大的难度。为此,项目联合国外设计公司,针对宣礼塔施工特点单独设计了爬模系统。这种爬模系统布置十分灵活,具有自重轻、承载能力大、施工便捷的优点,特别适用于各种不同截面形式的高塔、高墩建筑的施工。

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清真寺祈祷大厅的抗震设计则完全是另外一种思路。

由于面积较大,祈祷大厅在地震的不协调变形中很容易被“撕裂”。因此,它并非利用自身的刚度来与地震力硬抗,而是在底部使用了246个抗震支座和80个阻尼器来形成隔震体系。

在地震来临时,坐落在隔震体系上的祈祷大厅可以与地面发生相对移动,不会随地面一起发生震动,地震力被抗震支座隔开后,又被阻尼器吸能消解,整套抗震体系可减少约65%的地震响应作用,可满足抵御千年一遇大震的要求,其理论使用寿命可达500年。

即使地震发生后破坏了隔震体系,也可以对支座和阻尼器进行维修和更换,使得建筑在遭遇超强地震后仍可继续使用。

祈祷大厅和广场还采用了轻质、高强的预应力离心混凝土八角柱。地震力作为一种质量力,越轻的质量遭受的地震破坏作用越小,因此,这种轻质的混凝土可以有效降低地震破坏,抵抗地震。

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祈祷大厅

(三)要想屹立千年,就要严密控制误差

一般的民用建筑只需要50年的使用寿命,因为再坚固的老房子,功能上也不如新房子好,人们总是想住新房子的,即使是重要的桥梁、隧道等,也只需保证120年的使用寿命,毕竟随着科技的进步,人们还可以修建更好的公共设施。

然而,宗教建筑与一般的民用建筑和公共建筑不同,它具有文化含义,一旦建成,人们希望它成为本民族永恒的奇观,建筑寿命要以千年计算。

因此,无论从设计还是施工质量,项目团队都按地震统计资料中过去一千年内最不利的情况进行严格要求。抗震支座安装轴线偏差要在3毫米以内;单根重量100吨的巨型离心预制混凝土八角柱,安装垂直度偏差要在2毫米以内;混凝土钢筋含量每立方225公斤,超出国内公建标准100公斤一倍还多。

宣礼塔的外饰面大量使用了超高性能的纤维混凝土,这种纤维混凝土是向混凝土中掺入超细高分子纤维生产出来的,强度高达130兆帕,相当于一般用作重要结构构件混凝土的三倍。这些高分子纤维可以不借助钢筋就增强混凝土的抗拉能力,非常适合用作高耐久性的建筑外墙。

不过,虽然听起来简单,但实际上生产这种混凝土的技术门槛非常高。如果没有合适的外加剂和材料配方,结果只会是硬作一团,根本搅不开。长期以来,这种优秀的材料都仅仅停留在实验室中,在欧洲尚属新工艺,在中国国内也无法实现大规模量产。

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抗拉能力极强,不会发生崩坏的纤维混凝

为了解决这一项世界技术难题,项目部成立了专门的攻关小组,夜以继日地进行技术攻关,最终取得了很好的成绩。

不仅施工误差控制得完全达标,而且项目基于阿尔及尔当地品质欠佳的原材料自主研发出了质量优异的超高层C50/60配比混凝土,成功击败了法国供应商拉法基,而且助力宣礼塔结构施工达到了最快7天一标准层的速度。

这种混凝土不仅强度高,而且需要极高的流动度,可以被直接泵送至250米高的宣礼塔塔顶进行浇筑,这创造了阿尔及利亚的泵送高度纪录。

不仅仅是建筑质量上过硬,嘉玛大清真寺雕塑装饰的艺术总监沙阿夫表示,中国人建造的建筑饰面在每一个区域的纹路走向都分毫不差,完全符合要求。

在海外施工时,不仅要考虑中国自己的标准,还要参考业主方以及欧洲标准,这本身就给施工带来了很多麻烦。更麻烦的是,这些外国标准到了阿尔及利亚往往“水土不服”。

按照欧洲标准,为了防止温度裂缝,嘉玛大清真寺项目的混凝土标准初混温度应在30°C以下,这在欧洲的气候条件下当然很好实现,但在夏季温度40℃起步的阿尔及尔就十分困难。

在德国监理的执意要求下,整个项目愣是全线停工了一个多月。为了让初混温度达到标准,中国的项目工程师们日夜推算公式,改进配比,从国内空运了大型制冰机,终于让初混温度成功降至30°C以下,让项目顺利复工。事后,德国监理评价中国的混凝土工艺,认为在温度控制上,中国人已经领先全球。

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在整个项目过程中,中国建筑企业用自己高超的技术和职业的态度,赢得了从业主到监理,所有项目相关人员的认可。即使是欧洲的监理也承认中国制造的质量。

结语

如今,嘉玛大清真寺的主体结构已经建成,离投入使用的日子越来越近了,而这只是中国企业在阿尔及利亚建设工程的冰山一角。伴随着“一带一路”,未来中国企业的步伐只会越走越远。


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