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杜拜素以大膽工程著稱
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但如今鄰城阿布達比可能一舉凌駕其上
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這是「首都大門(Capital Gate)」---地球上最傾斜的摩天大樓
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它抗拒重力場
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比義大利比薩斜塔斜度超過五倍以上
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要使此樓昂然聳立
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需要運用非比尋常的工程設計
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其可能改寫摩天樓的建築規則
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偉大工程巡禮:阿布達比斜塔
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位於波斯灣海濱
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座落著阿布達比(Abu Dhabi)
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其為1971年統合之阿拉伯聯合大公國(United Arab Emirates)
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七部落國中最富裕且幅員最大者
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阿布達比正在經歷當代最大改貌工程之一
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其統治者 Sheikh 哈利法•賓•紮耶德•阿勒•奈揚 (Khalifa bin Zayed Al Nahyan)
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想躋身城市超級聯盟(The City Super League)之列
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他能砸下兩千多億美元
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將首都改造為世界級的商業與觀光中心嗎?
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據說他已經花了30億美元
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興建史上最昂貴的旅館
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大公皇宮(Emirates Palace)飯店擁有114座黃金圓頂
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極盡奢華之能事
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房價高達每夜一萬兩千美元
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不僅如此
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他還打造了全球最宏偉、華麗的清真寺
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可以容納四萬名朝拜者
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大清真寺(Sheikh Zayed Grand Mosque)擁有全球最大的地毯
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以及舉世第一的寶石鑲嵌水晶吊燈
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但就連這些建築物也澆不息他追求超凡的渴望
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現在 Sheikh 想打造一座建築奇景
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其將立即成為阿布達比的國際印象
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奉命完成這座指標建築的是 Sheikh 的堂弟
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蘇丹•賓•塔胡倫•阿勒•奈揚殿下(His Highness Sheikh Sultan bin Tahnoon Al Nahyan)
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這將是獨樹一格的建築物
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讓阿布達比成為…
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全球的文化中樞之一
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而建築物也成為
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啟發靈感與藝術整體的一部分
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這是一項艱巨挑戰
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這是塊極端工程設計已司空見慣的區域
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鄰近的酋長國杜拜(Dubai)
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已修建了全球最高的摩天樓
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828公尺高的卡利法塔(Burj Khalifa )
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以及指標性的奢華旅館帆船飯店(Burj Al Arab Hotel)
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Sheikh 蘇丹僱用了一支建築團隊
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清楚提出設計宗旨
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勿在體積和高度上爭勝
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但向建築學規則挑戰
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對其中一位概念建築師尼爾範德芬(Neil Van Der Veen)而言
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這是絕無僅有的機會
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現在的時代精神
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沒有什麼是不可能的
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不管什麼都能辦到
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我們可以在建築上面
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呈現阿布達比站在時代的最尖端
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建築師從阿布達比的地理景觀找尋靈感
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而他們找到了
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---從風吹拂的沙丘和波斯灣的起伏的浪濤之間
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我們揉合風和水的概念
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兩者都是動感的,是大自然流暢的節奏
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而我們要如何捕捉這些?
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因此表面就平滑得多
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最初看到時我真的非常高興
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因為如此建築看上幾秒鐘就會產生第一印象
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設計團隊提出一個非比尋常的設計
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一座從地面曲折上升160公尺的塔
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靈感來自沙漠的旋風
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和拍擊沙灘的海浪
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這棟抗拒重力的摩天樓
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較義大利比薩斜塔傾斜幾近五倍以上
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這棟大樓的每個角度沒有重複之處
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註定讓人瞠目結舌的樓
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我們很希望付諸實現
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而我突然看到一個願景
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看到代表他們的建築物
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然後就沒有什麼可阻擋我們了
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Sheikh 蘇丹希望下半部樓層成為阿布達比最高檔的辦公樓區
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最高的18個樓層則被指定作為皇家級的五星級飯店
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但為了發揮極致效果
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這棟地標性摩天樓也需座落一處尊顯的地點
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Sheikh 決定斜塔比鄰一處重要國家建築
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---大看臺
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由他伯父---阿拉伯聯合大公國的創始人
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Sheikh Zayed 所興建
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至今仍是舉辦國家慶典的重地
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這座紀念性建築和這座摩天樓
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將把阿布達比的未來與過去銜接起來
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50年來這片土地經歷了無人經歷過的極端變化
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1958年發現巨大的石油蘊藏
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推動了進步的巨輪
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阿布達比的統治者 Sheikh Zayed 有個願景
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統一七個酋長國
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免於曰後財政上受西方的控制
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接著他著手利用石油
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打造一座從沙漠拔地而起的城市
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如今隨處可見 Zayed 留下的留風餘緒
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而現在他兒子也想留下一份自己的影響力
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再度改變阿布達比的面貌
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不過這回要讓它躍上世界舞臺
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Sheikh 哈利法規劃一處20億美元的新商業區
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稱為首都中心
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緊鄰中東最大的商業中樞
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阿布達比國家展覽中心
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這是打造指標建築的最佳位址
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並且從這個地點獲得靈感
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就叫新大樓「首都大門」
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現在這個構想必須從紙上作業
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轉換成施工實地
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唯一的問題是
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嘗試這樣一棟摩天樓算是前無古人
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大家體認到
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這棟建築物很誇張
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要怎麼樣才蓋得起來
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要實現首都大門抗拒重力的設計
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需要突破傳統的工程設計
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而挑戰始於第一天
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頂樓外懸底部33公尺
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形成巨大的力矩
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可能把大樓從地基土壤中拔出
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在建築工地
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總工程師東尼阿契伯德(Tony Archibold)
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因為眼前的任務卻步
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我剛接手這項工程時
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閱讀設計圖
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我多少當場楞住
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我不確定自己弄懂了它,我不瞭解這項工程
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我花了好一會兒功夫才明白眼前是什麼樣的任務
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要首都大門屹立不搖是工程學上一項艱巨的挑戰
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絕非僅靠單一解決之道
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要克服地心引力需用上一整套的創新技術
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而萬丈高樓始於將地基埋入地底深處
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大樓的一側重量壓向大地
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大樓另一側則被重量從地面拉出
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這是因為我們要對付巨大的頂外懸
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解決之道為打下幾近四百根混凝土基樁
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以兩種不同的方式發揮功用
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在大樓斜倚的一側
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半數的基樁承受頂懸所造成的力矩
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在相反的一側
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剩餘的基樁則錨定在更深層的岩床上
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抵抗試圖將大樓從地表拔脫的力矩
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最後為了將首都大門的力量平均分配到每根基樁上
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在樁頂平鋪一層厚實的鋼筋混凝土板
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從大樓的基礎我們得知
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大樓每一方面的工程都必須去量身設計
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挖土機開挖多達六千立方公尺的砂石
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在八週內把數百根基樁打人地底
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我們要在非常接近的距離內打入大批基樁
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這是非常困難的挑戰
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工程進度不容延宕
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Sheikh 蘇丹冀望首都大門在異常迫促的期限內完工
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在不到兩年內
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阿布達比將主辦世界未來能源峰會
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來自50國的三千名以上代表和全球媒體
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將齊聚於一旁的阿布達比國家展覽中心
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那是展示首都大門的絕佳時機
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證明阿布達比站在創新的前沿
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但這留給施工團隊僅24個月的時間
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來設計及興建一棟特殊風貌的摩天樓
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基礎竣工之後
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地表作業即可開展
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但由於傾斜度太大
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施工方式必須與傳統摩天樓大相逕庭
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打好地基之後我們感觸到
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這只是往後眾多難題的第一道
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正規的摩天樓需要一根堅固的核心柱使大樓矗立
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但首都大門的弧度只會使標準核心柱折斷倒塌
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工程師必須揚棄傳統的思維
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發明一種抗拒重力的工法
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受到鄰近沙漠景觀和其中風積沙丘的啟發
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建築師設計出一棟帶曲線的斜塔
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但它需要大膽的結構設計來防止首都大門傾覆倒塌
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正常的摩天樓中央是隻細長的垂直核心柱
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其將大樓所受之力(或力矩)傳導至大地
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這棟大樓頂懸的部分很大
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因此傳統的核心柱絕對行不通
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就是不容你製造一根垂直的核心柱
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因為強度就是不夠
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首都大門的設計將迫使一支傳統核心柱產生危險的彎曲
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頂懸的巨大拉力將核心柱固定一側不斷受牽引
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最後導致混凝土被拉裂
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我們必須伺候它,雖然……
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確實比較纖細……
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結構工程師蒙娜瓦希(Mona Vasigh)
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知道這個問題棘手但必須要解決
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當我看到這案子,我認為根本蓋不起來
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是小孩子畫完隨手一丟的玩意兒
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我總覺得...對建築師們來講,畫畫圖是輕而易舉
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但要我們完成或滿足他們的需求可不容易
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結構師研究出兩項破天荒的創舉
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第一步是須先打造一支彎曲的核心柱
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朝大樓傾斜恰恰相反的方向彎曲
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當大樓越蓋越高時
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大樓的重量會把核心柱拉直
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總共將移位 350 mm
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其效果將非常卓著
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原本會受頂懸拉裂的混凝土
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如今將受到壓縮和強化張力
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先把核心柱修築成曲線
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然後在較高的樓層加上厚板
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把核心柱拉回垂直狀態
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基本上,整支垂直核心柱處於部份拉伸與部份壓縮狀態
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因而產生莫大的強度
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核心柱每週加高四公尺
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而工地主任列斯費柴德(Les Fairchild)負責施工
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這約莫是我所遇過過一支最複雜的核心柱
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須要蓋出一個斜角
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而實際上由核心柱支撐整棟大廈
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打造核心柱用的是滑升模板施工法
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首先需編織一個稠密的鋼筋網
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再用模板環繞鋼筋塑造出核心柱的外形
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再向鋼筋網內澆灌混凝土
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然後把模板或升模順著核心柱之壁上移
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接著重複整個過程
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滑升模板是一種液壓式平臺
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一但通過四米的層高
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我們輕鬆地把平臺扣在滑道上
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用液壓千斤頂將之提升到下一個高度
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核心柱會變得更加堅固當其被拉直時
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但為使核心柱能承受極大彎矩
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混凝土中必須埋進鋼棒(steel rod)強化
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通稱鋼筋(rebar)
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鋼筋在白天安裝
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但因氣溫高達50ºC導致混凝土成份無法均勻
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其乾得太快可能導致裂痕
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為了以適當的速度乾凝
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混凝土必須在涼爽的夜間澆灌
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當核心柱越建越高
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混凝土漿泵送的距離則越來越長
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所以每一批混凝土的稠度
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需要先做坍度(slump)試驗
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確保不會堵塞輸送管路
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當目視預拌車排放的混凝土漿時
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通常可以分辨得出拌合料的稠或稀
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坍度試驗要測的就這一點
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我們只需把拌料模成一個圓錐,再掀起坍度筒
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看圓錐高度會坍塌多少就得知其坍度
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我們剛才看到坍塌高度 215 mm
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在規範以內
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因此可行澆灌
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當預拌車開往泵浦那裏時, Fairchild 必需前往大樓的核心柱處
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他可以選走樓梯
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但90公尺的高度是段漫長旅途
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他知道一條終南捷徑
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由起重機起吊
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澆灌作業毫無挂礙因為混凝土供應順暢
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當拌料正往高層泵送時
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弟兄們不停地幹活兒
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從一邊灌到另一邊
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一米接一米地層層澆灌
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按部就班毫不馬虎
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澆灌混凝土總令我們感到興奮
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意味著又完工了一段,又要更上一層樓
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但建造一支彎曲的核心柱
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在其中填充鋼筋
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抵抗重力仍嫌不足
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我們想出後張(post tension)的施工方案
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在核心柱壁內植入更多的強化件
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然後再應用拉應力程序
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基本上是把高抗張力鋼絞線插入核心柱中央
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到了某個樓層我們只須施加張應力
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其實就是上緊貫穿核心柱的鋼腱
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實際上是把鋼腱拉緊
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這是由一檯拉力機負責
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事實上一旦鋼腱完全緊繃
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當荷重施加在核心柱上時
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核心柱也紋風不動
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額外的強化物可防止核心柱崩潰
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為對核心柱施加後張應力
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共計 146 條鋼腱垂直穿過混凝土
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每條長20公尺
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貫穿五個樓層
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鋼腱頭尾上下互相重疊以達最大強度
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當鋼腱被拉伸後
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其內部應力可抵抗巨大頂懸造成的撓矩
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避免鋼腱附近混凝土被拉裂
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工地上工人們正對核心柱施加後張應力
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未嘗有人試將後張應力法垂直應用在摩天樓
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長長的鋼腱被吊昇到核心柱的頂端
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工人們則利用鋼腱本身重量
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使其沿核心柱內部已預鑄好的水泥管道下墜
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一旦鋼腱頭伸出管底
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工人們即將管道兩端閉鎖
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準備好對一束束鋼絞線施加張應力
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氣壓千斤頂每次夾住一束鋼絞線
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施力使之伸張
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相當於五輛小自客拉住鋼索的一端
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鋼腱現在已拉緊到適當的應力等級
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灌漿作業可繼續往上進行了
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目前使用的鋼索總量大約是 120 噸
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而長度達 12 萬公尺
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大約是金門(Golden Gate)大橋的 44 倍
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這個過程周而復始
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意味著大樓核心柱應該承受得住
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首都大門頂懸產生的異常巨大力矩
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但現在還得解決更大的難題
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