中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
廣州是一個匯聚創(chuàng)新智慧的城市，在充滿期待和憧憬的21世紀(jì)，廣州翻開嶄新的一頁。在新城中軸線與珠江景觀軸的匯合點，崛起了婀娜多姿的“廣州塔”。作為世界最高電視觀光塔和中國最高建筑，在第16屆亞運會開閉幕式上，“廣州塔”綻放出璀璨的光芒，不僅成為羊城耀眼新地標(biāo)，也是世界經(jīng)典鋼結(jié)構(gòu)建筑中最具有時代性的標(biāo)志性建筑。
敢為人先引領(lǐng)潮流
大膽設(shè)想勇于挑戰(zhàn)
“廣州塔”高600米，由一座高達454米的主塔體和一個高100多米的天線桅桿構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎、時尚，造型優(yōu)美、線條流暢、結(jié)構(gòu)獨特。 “廣州塔”的精彩，就在于挑戰(zhàn)中國建筑工程綜合能力和水平。“廣州塔”整個塔身是鏤空的鋼結(jié)構(gòu)框架，24根鋼柱自下而上呈逆時針扭轉(zhuǎn)，每一個構(gòu)件截面都在變化。令人難以想象的是，鋼結(jié)構(gòu)外框筒的立柱、橫梁和斜撐都處于三維傾斜狀態(tài)，這對鋼結(jié)構(gòu)件加工、制作、安裝以及施工測量、變形控制都帶來很大的挑戰(zhàn)。再加上扭轉(zhuǎn)的鋼結(jié)構(gòu)外框筒上下粗、中間細，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計和鋼結(jié)構(gòu)精度計算非常復(fù)雜。廣州建筑工程監(jiān)理有限公司易容華高級工程師是位曾負(fù)責(zé)多個國家級大工程的監(jiān)理，他對記者說：“象‘廣州塔’這么高難度的鋼結(jié)構(gòu)建筑很特別，它有幾大難點，第一，塔身鋼結(jié)構(gòu)外框筒的24根鋼立柱向上延伸，底部直徑在2米通過緩慢地變坡，至外框筒頂端454米處直徑為1.2米，其誤差小于5毫米。一般的空間鋼結(jié)構(gòu)是整體垂直，安裝節(jié)點的座標(biāo)相對好控制。但是，‘廣州塔’鋼結(jié)構(gòu)外框筒要控制橫梁上下位置和斜撐管口中心點的座標(biāo)。每個構(gòu)件安裝定位要很精確，才能確保454米處的誤差小于5毫米，這就要求鋼結(jié)構(gòu)件從落料、放樣、成形、焊接、預(yù)拼等都要達到十分精確的要求。由于‘廣州塔’造型的特殊性，外框筒鋼結(jié)構(gòu)件每一個截面不一樣。”易總對記者算了一筆帳，他說：“僅鋼結(jié)構(gòu)外框筒‘廣州塔’有1104根鋼柱不一樣，1104根環(huán)梁不一樣，1104根斜撐不一樣，這么多不一樣的鋼結(jié)構(gòu)件的加工、制作其難度可想而知。江蘇滬寧鋼機作為‘廣州塔’外框筒A標(biāo)段及天線桅桿鋼結(jié)構(gòu)的制造商，不僅要掌握鋼立柱在向上延伸變坡高達454米時，誤差小于5毫米，而且還要控制鋼立柱自下而上的逆時針扭轉(zhuǎn)變化系數(shù)。第二，‘廣州塔’中間混凝土核心筒與鋼結(jié)構(gòu)外框筒材料上的差異，形成樓層梁和外框筒的沉降不一致。為了調(diào)整鋼構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的相對位置的正確性，在聯(lián)接處大膽采用雙向鉸來調(diào)整上下、左右的變形因素，但是這樣一來對鋼結(jié)構(gòu)的加工、制造、安裝提出新的要求，有許多節(jié)點必需通過三維座標(biāo)來控制鋼柱本體相對位置的精確度。”
為了滿足“廣州塔”造型藝術(shù)的需要，鏤空的鋼結(jié)構(gòu)外框筒與塔身中的核心筒有一段距離，其結(jié)構(gòu)很特殊。廣州市設(shè)計院副總工程師、廣東省土木建筑學(xué)會建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)委員會副主任委員周定對記者說：“受世人矚目的‘廣州塔’是目前世界上最高的電視塔。由于‘廣州塔’特殊的結(jié)構(gòu)形式，嚴(yán)格地講它不屬于建筑物而是構(gòu)筑物，一般地來講建筑物梁和柱外面是包外皮的。而‘廣州塔’核心筒的邊線和外筒還有距離，有了這個距離樓板就不延伸到外筒。那么就靠24根梁來跟它連接，整體的剛度就弱化，因為外筒在溫度、風(fēng)荷載、地震的影響下都會有水平的扭轉(zhuǎn)。為了解決這個問題，我們作了不少的課題研究、試驗和專家論證，比如外筒的穩(wěn)定性是在清華做的，通過穩(wěn)定試驗和理論分析，使我們創(chuàng)新技術(shù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實。”一個好的建筑設(shè)計必定要有一個與其相匹配的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而“廣州塔”在外型設(shè)計上獨樹一幟，在結(jié)構(gòu)上大膽創(chuàng)新，應(yīng)用許多新技術(shù)，尤其是鋼結(jié)構(gòu)。廣州市設(shè)計院鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計部總工程師楊漢倫對記者說：“可以這么說，‘廣州塔’設(shè)計有設(shè)計的難度，施工有施工的難度。鋼結(jié)構(gòu)加工、制作確實很不容易，鋼構(gòu)件的接點都有空間座標(biāo)，因為管體是扭曲的，所以在工廠加工需要十分精確。一般一個穩(wěn)定設(shè)計是下大上小，而‘廣州塔’是中間細上下兩部分大，大部分的荷載都從上面往下傳。加上塔體自身在風(fēng)洞作用下產(chǎn)生的擺動，和風(fēng)本身的速度，其震動頻率會產(chǎn)生共鳴，在一定程度上加大了塔體的擺動。‘廣州塔’鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在許多方面超出常規(guī)，挑戰(zhàn)了鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范。所以我們通過許多試驗，對塔身的水平分量垂直分量等變形因素進行精密計算，確保塔身的穩(wěn)定性。‘廣州塔’還有一個是打破常規(guī)的設(shè)計，就是環(huán)梁與斜撐不是在一個平面上，從結(jié)構(gòu)上講它沒有形成一個穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的幾何體，這樣一來對構(gòu)件節(jié)點的剛性約束不利，我們在同濟大學(xué)做了試驗解決了問題。在‘廣州塔’的建造過程中我們做了很多的試驗、分析，比如：風(fēng)洞試驗、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點試驗、整體穩(wěn)定試驗、振動臺試驗；穩(wěn)定性分析、承載力分析、變形控制分析等，為‘廣州塔’的成形傾注了大量科技工作者的心血和智慧，大膽創(chuàng)新勇于挑戰(zhàn)。”
科技領(lǐng)先精益求精
打造世界經(jīng)典工程
“廣州塔”鋼結(jié)構(gòu)外筒是由上下兩個橢圓平面衍生出來的不規(guī)則網(wǎng)筒結(jié)構(gòu)，橢圓橫截面沿整個建筑高度是連續(xù)變化的。鋼結(jié)構(gòu)外筒是結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力體系，主要由鋼管構(gòu)件組成，包括鋼管混凝土立柱、鋼管環(huán)梁和鋼管斜撐。鋼管混凝土立柱共24根，呈傾斜狀沿直線至塔頂454米，鋼立柱鋼管是略帶錐度的錐形管。江蘇滬寧鋼機作為“廣州塔”A標(biāo)段和天線桅桿這些重要鋼結(jié)構(gòu)件的制造商，在總承包廣州市建筑集團有限公司、上海建工（集團）總公司聯(lián)合體的關(guān)心支持下，科技領(lǐng)先、嚴(yán)格把關(guān)、精益求精、質(zhì)量第一，為了確保24根鋼立柱向上延伸變坡至外框筒頂端454米處其誤差小于5毫米，精心加工、制作了最好的鋼結(jié)構(gòu)件。同樣，上海建工集團機施公司為“廣州塔”鋼結(jié)構(gòu)件的順利安裝彰顯出企業(yè)雄厚的實力。
江蘇滬寧鋼機廣州分公司周仲強總經(jīng)理對記者說：“廣州塔是廣州市重點工程，第16屆廣州亞運會開閉幕式主要區(qū)域的所在地。業(yè)主在工程招投標(biāo)時有一套很嚴(yán)格的程序，滬寧鋼機有幸承攬‘廣州塔’A標(biāo)段和天線桅桿的鋼結(jié)構(gòu)加工、制作，我們感到責(zé)任重大。為了做好‘廣州塔’的工程，特別是在加工制作錐形柱與環(huán)梁、斜撐等外框筒重要核心部件時，我們滬寧鋼機處處以質(zhì)量第一，做好每件鋼結(jié)構(gòu)件。尤其是確保各連接節(jié)點的組裝工藝精確度，進行鋼構(gòu)件的預(yù)拼裝，確保下道工序的正常運轉(zhuǎn)和安裝質(zhì)量達到規(guī)范、設(shè)計要求，滿足現(xiàn)場一次拼裝和吊裝成功率，減少現(xiàn)場拼裝和安裝誤差。特別是鋼結(jié)構(gòu)外筒所有構(gòu)件都呈空間三維傾斜，又附帶各種節(jié)點分段，鋼立柱的安裝精度為1/2000，且不能大于5毫米，遠遠高于一般超高層建筑和塔桅的安裝精度要求。為了保證構(gòu)件的安裝空間絕對位置，減小現(xiàn)場安裝產(chǎn)生的積累誤差，公司進行外筒構(gòu)件的預(yù)拼裝。制定合理的預(yù)拼裝方案極為重要，校正復(fù)驗、預(yù)留焊接收縮量，經(jīng)自檢滿足外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的接頭處打上焊工編號鋼印，精心打造‘廣州塔’創(chuàng)建世界經(jīng)典精品工程，而加工、制作好每一根鋼結(jié)構(gòu)件。”
在“廣州塔”的建設(shè)過程中，傾注了許多設(shè)計、施工單位工程技術(shù)人員的智慧。由于“廣州塔”是一個典型的管狀塔形鋼結(jié)構(gòu)，并且結(jié)構(gòu)體系十分龐大，高達600米，受力十分復(fù)雜。所以“廣州塔”所選用鋼材幾乎包含了目前國內(nèi)高層建筑用鋼中所有最高級別的鋼材，如Q460、Q390等系列鋼材，鋼結(jié)構(gòu)件的厚板焊接難度高。要做好“廣州塔”的工程，鋼結(jié)構(gòu)件的焊接是很關(guān)鍵的，就如廣州建筑工程監(jiān)理有限公司易容華高級工程師所說：“廣州塔鋼結(jié)構(gòu)件的焊接直接關(guān)系到塔身的質(zhì)量，在許多鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)中江蘇滬寧鋼機的焊接水平是很高的，企業(yè)不惜代價用最好的藥芯焊絲焊接，比一般的焊接材料貴三分之一，在業(yè)內(nèi)滬寧鋼機的質(zhì)量是名副其實的，他們有完整的質(zhì)量保證體系。”
為了比較全面了解“廣州塔”鋼結(jié)構(gòu)部分的加工、制作的情況，記者采訪了廣州新電視塔建設(shè)有限公司董事長黃家添。作為廣州塔建設(shè)的當(dāng)家人，談起江蘇滬寧鋼機在“廣州塔”的建造過程中所起的作用，他對記者說：“第一，‘廣州塔’和其它鋼結(jié)構(gòu)項目不一樣，如央視、鳥巢等通過總承包來同業(yè)主簽合同，我們這個不一樣，鋼結(jié)構(gòu)這一塊直接招標(biāo)，和滬寧鋼機直接簽合同，在全國來說也是比較少的，說明鋼結(jié)構(gòu)的重要性，鋼結(jié)構(gòu)在整個電視塔的施工占了很大的比重。第二，‘廣州塔’鋼結(jié)構(gòu)工程前后三年，鋼結(jié)構(gòu)工程周期是比較長的。通過‘廣州塔’這一工程，證明滬寧鋼機是遵守合同的，能把握進度和工程的節(jié)點按時交貨。但是，這么大的工程在交貨過程中，還會受到各類不利因素的影響，如鋼材的供貨、氣候的影響等等，從宜興到廣州2000多公里的運輸，可以想象受到干擾有多少。滬寧鋼機克服冬天低溫以及南方梅雨這些對鋼結(jié)構(gòu)件運輸不利的因素，一件件從宜興運到廣州，沒有耽誤總包的工期，滬寧鋼機守信譽、重合同。有些鋼結(jié)構(gòu)的圖紙他們在施工中發(fā)現(xiàn)問題及時修改，主動彌補施工圖紙的缺陷。第三，滬寧鋼機很重視質(zhì)量，他們不但重視工程的方案還重視材料，提高工人的素質(zhì)。滬寧鋼機是代表著中國目前鋼結(jié)構(gòu)加工、制作企業(yè)的實力。這個企業(yè)有活力、機制靈活，責(zé)任到人，有嚴(yán)格的質(zhì)量管理制度和社會責(zé)任感。滬寧鋼機在董事長王寅大帶領(lǐng)下，為‘廣州塔’的建設(shè)作出了貢獻，受到廣州市領(lǐng)導(dǎo)的表揚。”
在建設(shè)“廣州塔”的2000多個日日夜夜里，建設(shè)者傾訴著太多的智慧與汗水，這座美麗的廣州新地標(biāo)牽動了太多人的心。從建筑方案國際競賽，到社會公眾投票熱議，從政府領(lǐng)導(dǎo)高度重視，到中國工程院院士直接參與；從國家部委專題調(diào)研，到行業(yè)專家評估論證；從材料、施工、監(jiān)理、咨詢的國內(nèi)外招標(biāo)，到科研課題立項、攻關(guān)和高等院校聯(lián)動；從承建企業(yè)的審慎把關(guān)，到每一個重大鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點難題的破解等等，體現(xiàn)了“廣州塔”的建設(shè)不同凡響，我們將記住建設(shè)者們?yōu)榫拇蛟?ldquo;廣州塔”創(chuàng)建世界經(jīng)典精品工程所作的貢獻。她將同廣州成功舉辦第十六屆亞運會一樣，給世人留下美好的記憶和無窮的回味。（來源：互聯(lián)網(wǎng)）
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