結(jié)構(gòu)選型分析--東方明珠塔

1、 1301403-06 熊俊結(jié)構(gòu)選型分析結(jié)構(gòu)選型分析-東方明珠塔東方明珠塔明珠耀東方明珠耀東方東方明珠塔東方明珠塔東方明珠廣播電視塔是上海的標(biāo)志性文化景觀之一，位于浦東新區(qū)陸家嘴，塔高約468米。該建筑于1991年7月興建，1995年5月投入使用，承擔(dān)上海6套無線電視發(fā)射業(yè)務(wù)，地區(qū)覆蓋半徑80公里?？捶捶|方明珠, 是建筑還是結(jié)構(gòu)? 它既是建筑又是結(jié)構(gòu)。是建筑表現(xiàn)結(jié)構(gòu)的美, 還是結(jié)構(gòu)造就建筑的美? 應(yīng)該是兩者相輔相成。它沒有建筑師硬貼上去的析架、懸索, 也沒有工程師的胡須通遏、不修邊幅。鑒于目前出現(xiàn)的建筑思潮, 用不合理的結(jié)構(gòu)來形成,g 良睛一亮”的視覺沖擊, 認為這是建筑的美, 我不得不強

2、調(diào)一下, 合理的結(jié)構(gòu)造就建筑的美。它就像人一樣, 有人好看有人難看, 但只要有模特兒的身材, 他大致就是美的, 這就是我想強調(diào)的東西。結(jié)構(gòu)：創(chuàng)新思維使混凝土塔獲得新生結(jié)構(gòu)：創(chuàng)新思維使混凝土塔獲得新生東方明珠突破了傳統(tǒng)的單筒模式, 提出并采用了“ 帶斜撐巨型空間筒體框架部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)” , 使之具有鮮明的標(biāo)志性,獨一無二地有別于其它混凝土電視塔。人們一看到這樣的結(jié)構(gòu), 就會知道它是東方明珠, 它在上海。在結(jié)構(gòu)上, 帶來一個很大的好處, 就是它具有比單筒體更好的穩(wěn)定性和抗震性能。因為它有一個很大的支面, 又是多次超靜定結(jié)構(gòu), 不致因為某根構(gòu)件的損傷造成整體結(jié)構(gòu)的破壞。東方明珠通過合理的結(jié)構(gòu)體

3、系, 實現(xiàn)了建筑造型的突破。創(chuàng)新是社會進步的靈魂, 可以說, 正是創(chuàng)新思維孕育了東方明珠這一具有震撼力和感染力的優(yōu)美建筑。結(jié)構(gòu)：先進的結(jié)構(gòu)技術(shù)使美賈的建筑成為現(xiàn)實結(jié)構(gòu)：先進的結(jié)構(gòu)技術(shù)使美賈的建筑成為現(xiàn)實 ( (1 1) ) 帶斜撐的巨型空間筒體框架結(jié)構(gòu)帶斜撐的巨型空間筒體框架結(jié)構(gòu)巨型空間框架結(jié)構(gòu)由三個直徑為g m的鋼筋混凝土筒體、三個直徑為7 m 的鋼筋混凝土斜撐和七組共2 1 根大梁組成,結(jié)構(gòu)的平面布置見圖1, 是一個多次超靜定空間結(jié)構(gòu)。超靜定結(jié)構(gòu)在抗震方面的優(yōu)越性, 除了表現(xiàn)在多重抗震設(shè)防外, 還在于設(shè)計者可以按強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件的原則設(shè)計, 有意識地控制塑性出現(xiàn)的位置和順序

4、, 以達到增大延性,必要時丟車保帥的目的。為此, 我們在東方明珠的巨型框架橫梁內(nèi), 設(shè)置了水平中圈6 巨型空間框架結(jié)構(gòu)平面布t 圈縫。6 m 高的橫梁相對于g m 直徑的豎直簡體, 在比例上是合適的。圖圖1 1 巨型空間框架結(jié)構(gòu)平面布置圈巨型空間框架結(jié)構(gòu)平面布置圈但相對于筒體的壁厚7 0 0mm、5 0 0mm、3 5 0mm 則顯得太大。雖然在設(shè)計中, 將橫梁在平面上設(shè)計成雙丫型, 以和筒壁有較和順的連接, 但仍有強梁弱柱之嫌。為使大震下塑性鉸出現(xiàn)在梁上而不是在筒體上, 并考慮到塔的剛度仍偏大的情況(T= 6.45,基底剪力/ 塔重= 2.1% ), 對橫梁采取了弱化措施, 在橫梁中部設(shè)水平

5、縫(見圖2 ), 一根6 m高的梁變形為2根3m 高的梁, 但保護層及最外一環(huán)鋼箍仍照常通過, 以使得在一般情況下,按6m高的梁受力,剛度好, 而在大震下,中縫有錯動, 按二個3m高的梁計算。圖圖2 2 中部設(shè)縫的橫粱中部設(shè)縫的橫粱結(jié)構(gòu)的抗側(cè)體系除巨型框架外, 還在筒體夾角的平分面內(nèi)布置了三根百米長的巨型支撐, 與地面呈60交角, 支撐和垂直筒體的中心在93m處交匯。巨型支撐的設(shè)置, 為整個塔體提供了一個直徑100 m 的支承面, 并使塔身控制截面的彎矩減小了40%,使高塔從結(jié)構(gòu)的觀點上降低了93m。然而這三根巨型支撐在世界建造史上尚無先例, 施工的難題差點使本方案失標(biāo), 為此我們提出了兩個可

6、供選擇的建議, 其一, 支撐原位垂直施工,待達到設(shè)計強度后, 轉(zhuǎn)動到與地面60夾角的設(shè)計位置: 其二, 將通常采用的鋼筋籠改為由型鋼組成的勁性鋼骨, 由勁性骨架懸掛模板, 承擔(dān)施工荷載, 這一施工方案被施工單位采納, 確保了施工的順利進行, 見圖3。圖圖3 3 勁性骨架代粉鋼筋骨架勁性骨架代粉鋼筋骨架(2)(2)短樁和薄板基礎(chǔ)短樁和薄板基礎(chǔ)在深厚的軟土地基中, 怎樣保證高塔建筑不至于傾斜? 這是一個沉降控制的問題,目前通用的方法是“ 抗” 的辦法, 例如處于同一場地條件的金茂大廈(高4 2 3 m ), 把中9 0 0 x 2 0 的鋼管樁, 打入地下7 9 m , 以獲得盡可能小的沉降, 這

7、對于當(dāng)時只有2 億元概算的東方明珠來說是不能接受的。我們走的是另一條路, 即“ 放” 的辦法, 允許它有稍大但較均勻的沉降, 因此只打了4 2 3 根5 0 0 x 5 0 0 m m 的混凝土樁, 入土深度4 8 m。我們充分估計到, 塔的中央荷載大, 斜撐下荷載較小, 但在靜荷載下是對稱的。因此,設(shè)計了較淺的樁基, 但加強箱基和斜撐, 使之構(gòu)成很強的基座, 可以有效地調(diào)整中心和邊緣的沉降差。實測表明, 從施工到士0.0 0 算起, 到塔建成后3 年, 基礎(chǔ)中心的沉降為9 c m , 周邊6 c m , 呈盆狀變形, 高塔始終保持鉛垂?fàn)顟B(tài)。僅有3 c m 的沉降差,1 = 1 / 20, 所

8、增加的結(jié)構(gòu)內(nèi)力是不大的。來訪者往往對這樣高的塔, 其底板厚度僅有1.5m 難于置信, 因為它和一般高層建筑基礎(chǔ)2 3 m 相比顯得太薄了(北京某大樓基礎(chǔ)板厚, 原設(shè)計13.5 m , 后改為9.5 m )。其實訣竅只是在于合理布置結(jié)構(gòu)。在和建筑設(shè)計協(xié)調(diào)并盡量不影響使用的情況下, 我們在箱基內(nèi)設(shè)計了環(huán)向和徑向的混凝土墻, 而將絕大部分樁布置在墻下, 基礎(chǔ)底板主要承受均布的水土反力。設(shè)計技巧的合理運用, 為建設(shè)節(jié)約了大量資金。(3)(3)鋼天線的頂升設(shè)計鋼天線的頂升設(shè)計作為電視塔, 東方明珠的頂部設(shè)計了一根1 1 Om 的天線桿, 而鋼天線桿的施工從來就是電視塔建設(shè)的難題, 無論用直升飛機起吊(多

9、倫多塔) 還是用拔桿安裝(北京塔) 都遇到過很大的困難。考慮到這點, 我們設(shè)計了頂升法施工的鋼桅桿, 把11 Om長的鋼桅桿, 分成11節(jié), 在地面上組裝, 用20束鋼絞線從35Om 高空(混凝土桅桿頂) 吊下,2 0個機器人(計算機控制的千斤頂) 沿著它攀升, 同時把天線桿帶上去(見圖4), 僅花10天的時間, 就完成了攀升和安裝。圖圖4 4 機器人沿銅絞線攀升機器人沿銅絞線攀升, , 并提升天線并提升天線桿桿(4)(4)懸掛結(jié)構(gòu)和愚挑結(jié)構(gòu)同時應(yīng)用懸掛結(jié)構(gòu)和愚挑結(jié)構(gòu)同時應(yīng)用許多人問兩個漂亮的大球是怎樣做出來的。東方明珠上球45m 直徑,9層1萬平方米, 采用雙重懸掛結(jié)構(gòu), 猶如一把張開的巨傘

10、, 單筒內(nèi)埋設(shè)鋼環(huán), 筒內(nèi)樓板作橫隔, 鋼環(huán)伸出12個耳朵, 安裝懸挑鋼屋架, 吊掛柱子, 支承樓板(見圖5)。關(guān)鍵技術(shù)是盡可能使構(gòu)造簡單, 析架和鋼環(huán)梁的連結(jié)以及柱與析架的連結(jié), 都僅使用一個銷子(見圖6), 使施工安裝非常方便, 半個多小時就可安裝一福析架。另一關(guān)鍵技術(shù)是充分考慮受拉的吊柱和受壓的筒體間的變形差, 在靜荷載下的變形完成后, 再連結(jié)吊柱和它底下的斜撐, 使得結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào), 減少次應(yīng)力, 并避免樓板傾斜。十二福懸挑析架, 吊九層樓板,是我國目前最多層最高的懸掛結(jié)構(gòu)。5Om直徑的下球, 下端和三個豎及三根斜撐相交, 上端和三個豎筒及中筒相交, 支承條件十分復(fù)雜。我們在球的底部設(shè)計了一個錐形的混凝土碗, 碗底和6 個筒體整澆在一起, 解決了復(fù)雜的支承關(guān)系, 碗邊支承4 8 根折線形柱子, 支托析架和樓板.在受力復(fù)雜的地方, 加大安全度以覆蓋一些難于預(yù)料的問題。初步設(shè)計時, 它是一個截球碗殼, 在大量的內(nèi)力分析之后, 施工圖改成為錐殼, 使得復(fù)雜的內(nèi)力變得簡單。為減少碗邊沿的水平位移, 通常的作法是沿環(huán)向加預(yù)應(yīng)力箍, 我