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2013年5月18日

垂直都市—Tokyo Millennium tower


 
上一會為大家介紹了移動的都市,今會為大家帶來一個垂直的都市。對一般人而言,一個都市多數都是橫向性地發展,一座大廈多數都是單一功能或只配以多一個附屬功能,例如整座大廈是住宅,便全為住宅,是辦公樓便定義為辦公樓,只會在首數層才用作商場。其實,很少城市如香港一樣會大規模地出現一種商住兩用大廈,又或者一座大廈是兼備辦公樓和酒店功能的一種混合模式,因為很少城市會如香港一樣如此高密度和大規模地向高空發展。但是,有沒有想過可否將一個城市的各功能都放在同一大廈之內,無論住所、工作、娛樂、教育、醫療和運動都可以在同一大廈之內發生,人類可以只需生活在同一大廈之內便可以滿足生活上的需要。
換句話說,一個人現居住在50樓,早上到80樓處上班,中午時到20樓處用膳,之後再回到80樓處上班,然後在下班後到30樓處建身、做運動,之後再到7樓和朋友聊天、喝酒,最後才回到50樓休息,一天的生活便在同一座大廈之內發生,
人已發展到不用乘車來生活,而改用乘電梯來往返居所。這不單可以大幅減少汽車的廢氣,而且減少汽車對道路上的要求,並且大幅減少人類花在交通上的時間,完全是另一套的生活模式。
這樣的說法聽起來很瘋狂,但現實地英國的Norman Foster早在1989年已開始準備這樣的計劃,他設計了一座840m高的超級摩天大廈,總共180層。這大廈可讓60,000人同時生活,而且當然是配備一切商業、住宅、酒店、教育、娛樂等功能。
由於電梯是需要運送大量人流,大廈內的電梯已演變成垂直的輕鐵一樣,同一時間可以運送160人,而且乘電梯有如乘輕鐵一樣需要付款。
(給予大家一個參考性的指標,香港的IFC II的高度是414m,一間中學的總人數大約是1000人。換句話說,Millennium Tower的高度是IFC II的兩倍有多,而且可以容納60間中學的學生。)
由於這大廈是設在東京灣以外大約2公里以外的空間,所以是會遇到颱風和地震的威脅,因此整座大廈的外型如圓椎體一樣,而底部差不多有如一個標準運動場般巨大。
其實這項目在技術上是完全可行的,而且幾乎在90年代開始興建,但最後由於建築成本接近1千億日元 (60億港元),由於成本過於巨大,最後令發展商Obayashi Corporation 放棄興建。
但是其實世界上還有很多人設計800m以上的超級摩天大廈,甚至3218m高的摩天大廈— X-Seed 4000 
,但是成事的項目就只有杜拜的哈利法塔—828m

下會將會是世界第一高樓—哈利法塔 (Burj Khalifa)

Foster官方網頁:

2013年4月28日

Sears tower (電梯篇)


今日來到Sears tower的最後一篇, 之前講過電梯槽設計可以說是摩天大廈設計中用最多時間的一部份, 為何?
原因是電梯的配合並不是一件容易的事情, 當設計大廈早期時, 機電工程師 /屋宇設備工程師會設算這大廈大約需要多少部電梯. 電梯的多少便當然取決於大廈的層數和面積, 另一點便是電梯的速度, 工程師會計算一部電梯需要停頓的層數, 並假設電梯會停頓的次數, 需要多少時間來跑完這座大廈.
在一般情況下, 工程師都希望把等電梯的時間控制在1分鐘之內, 有時會設定在2分鐘之內. 因此有部份電梯就只跑高層、有一些就只跑低層, 目的就是希望減少停頓的層數來控制等電梯的時間. 因為萬一停頓層數大多的話, 便需要更多的電梯來滿足需求, 但大多電梯除了減少實用面積之外, 當然還增加了成本. 請不要少看一部電梯的成本, 一部普通的電梯都需要過100萬元, 如果是高速電梯或觀光電梯就更不止這個數目.
所以, 建築師和工程師便盡量把電梯的數目調整至合理的水平, 亦盡量安排電梯的排法, 如果設計出來同一區電梯是需要4部電梯平排的話, 便很容易對用家錯失電梯, 又或者是3部、3部對排的話, 亦會對用家做成困擾. 所以,近年開始流行用電腦派梯的按制系統, 就好像太古坊一帶的商廈都是用這系統, 為的是希望集中同一層的用家在同一部電梯來減少停頓的層數, 藉此減少電梯的數目, 在理論上好像可行但好像不太受用家歡迎.
萬一在設計後期收到大租戶的要求, 希望在大廈加設獨立的電梯大堂並要求部份電梯為私用電梯的話, 就更是大災難. 聽起來好像很簡單, 但如果有關佈局並未附合大租戶的要求,  就差不多要重新排過所有的電梯並重新計算有關的時間, 雖然工程部萬不願意, 但租務部的一句話” 有錢的人是最大的” 便令所有人都投降.
講到電梯就必須要講消防梯, 消防梯的要求是需要在1分鐘之內能夠把消防員送至大廈所有層數之中的其中一層, 儘管如Sears tower 或上海國金的超級摩天大廈都有同樣的要求, 所以大關的電梯都很快. 在台北101大樓的電梯是每一分鐘行540m, 所以時速可達60km/hr. 大家可能以為60km/hr不是一個很大的速度, 普通在街上的汽車都不止這個速度, 不過大家要考慮一部電梯是在靜止的狀態下, 短時間加速至60km/hr, 亦在短時間之內減速至靜止狀態, 這並不是一件簡單的事情.
要做到這樣除了要強勁的馬達和減速器之外, 還需要人類能夠承受的壓力.
F (force力) = M (mass -質量 ) x A(acceleration- 加速度)
力量和加速度(或減速度) 成一個正比, 。情況有如一個人在車上, 短時間之內加速至一個高速,亦在短時間之內停車. 他便會在加速時先彈後至椅背, 然後再在停車時向前彈.
講完上升還未講下降, 如果急速下降的話, 就很可能坐跳樓機般下降, 現實情況下當然可以做到很高速的電梯 , 汽車的引擎都可以在幾十秒之內由零加速至100km/hr, 電梯當然可以, 只是Human comfort.
所以, 建築師很多工作的時間都用在安排電梯、走火梯和電線管道的位置, 當然是盡量用最少的地方便最好, 因為可以增加銷售面積.
講到底, 消防梯在那裡? 消防梯就是大廈的送貨梯所以通常安排在消防門之後目的是讓消防員在地達火場前還有一個安全的空間準備救人亦避免火焰沿電梯槽漫延至其他層數.

Sears tower (摩天大廈發源地篇)


           Mies van der rohe
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.
  
330, north wabash
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.
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.
                                    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)


Sears tower, Chicago
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層 – 492m) , 之後便是台北的101大樓 (101層 – 448m), 第四便是吉隆玻的Petronas Twin Towers (88層 - 378m), 至於Sears tower (108 - 442m), 而已倒下的World trade centre 是 (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.
 
  
Burj Dubai                     上海國際金融中心                              台北101大樓

  
  
  
        Petronas Twin Towers,吉隆玻                  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.
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.

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—時速64km/hr
世界最高的暸望台
世界最高的遊泳池
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份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搜集數據,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、其餘大部份是辦公室。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。

2009年11月29日

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: I.M.Pei 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: H.H. 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)、延遲入伙的損失,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,在入伙後,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拆伙,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。