央视新大楼解码:挑战结构和重力

发布时间:2010-01-14 共2页

  如何实现需要的斜率?
  对于这种从未实践过的建筑形式,央视新大楼的施工模拟显得异常重要。“大楼要通过特别的施工模拟分析,真实地反映建造过程中结构的受力状态。”
  倾斜的建筑,都存在P—△效应,也就是说,建筑结构在外力的作用下,会进一步增加侧移值,并且引起结构内部各构件产生附加内力。由于P—△效应的影响,将降低结构的承载力和结构的整体稳定。
  按照设计,央视大楼的塔楼倾斜度为6度,如果建筑在建造过程中不断加大倾斜度,“我们如何实现我们需要的斜率呢?”
  “也就是说,我们势必需要一个反向的变形,但每一个点要反向倾斜多少,不是一句话说得清楚的。我们需要根据施工过程中的变形情况反向变形,这对我们这个大楼非常重要。”
  而为了控制变形,建筑的重量越轻越好。但央视新大楼如此庞大,以至于仅钢结构自身就重达12.5万吨,再加上楼板及玻璃幕墙的重量以及施工过程中使用的荷载(设备、人)的重量,对控制结构变形提出了巨大挑战。
  “对于结构设计来说,除了结构自身的重量外,其他的荷载能晚点上就晚点上。等2个塔楼通过悬臂连起来后形成一个完整的整体后再施加其他重量,对结构变形的影响就比较小。”汪大绥说。
     但对于三种重量施加顺序的控制,对于需要在2008年北京奥运之前局部投入使用的央视新大楼来说,这种建造速度显得太过奢侈。施工进度是必须有一定保证的。
  “结构和混凝土楼板、玻璃幕墙应该保持怎样的施工顺序关系,以使得结构的位移能够控制,这需要做很多分析,这方面工作的深度在之前的高层建筑大楼建设中从来没有遇到过。”汪大绥说。
  央视新大楼的外表貌似“鱼鳞”,共10万平方米的玻璃幕墙上,分布了27400余块强烈的不规则几何图案。这些由槽钢构成的斜交叉网格打破了单调重复的玻璃墙面结构,使之成为一个看起来独立且浮动的菱形玻璃结构体。
  但这些,并不是为了追求别具一格的视觉效果。“幕墙外皮本身就形成很高的结构。”汪大绥说。这种不规则的交叉网格反映了从日常的荷载到强地震的不同情况下结构受力的分布模式。在受力较大的区域网格的密度较大,而在承载富余的地方则稀疏一些。
  借助于精细的/考//计算机模拟所确定的这些网格,为的是确保每个对角线大梁能够均匀承受分布不均的重量所带来的压力,进而使压力基本都能沿着系统传递下去,并找到导入地面的最佳路径。
  悬挑在162米高空
  毫无疑问,悬臂钢结构施工应该是整个工程中难度最大的部分:要在162米的高空,建造67米和75米的悬臂,并要它们准确地“拥抱”在一起。
  而悬臂,是异常笨重的“大家伙”。
  悬臂结构共14层,钢结构总重约1.48万吨,再加上混凝土楼板、幕墙、装饰等,整个悬臂结构重量为5.1万吨。在几乎没有支撑点的情况下,悬臂部分的重心又超出两栋塔楼的外框支撑点。
  中建三局股份钢结构公司项目经理欧阳超此前在接受采访时曾介绍说,悬臂施工采取架桥的方法,塔吊将重几十吨的钢架慢慢地抓到了162米的高空。钢架通过钢棒牵引固定,钢棒一头连着钢架,一头连着大楼主体,从而搭设一个横断面钢梁。高强螺栓将钢架的一端固定在大楼主体上,焊接后松开钢棒,校正钢梁的精确角度。悬臂的最底层是一个长近百米、宽约40米的大空间,这里是整个悬臂的一个平台,撑起上万吨重的悬臂。
  “悬臂结构单件最大起重重量达40吨,因此施工单位使用的,也是目前民用建筑中全球最大的M1280D塔吊。”包联进说。
  在162米高空实现2个“钢铁巨人”合龙,不仅要求快速,而且要求精确。汪大绥坦言,悬臂合龙时有点担心,首先担心的就是形状尺寸的控制。
  “最终我们选择的是‘分阶段逐步合龙方案’,这样每次合龙点少,施工误差积累可逐步消减,利于控制结构变形。”包联进说。
  在具体施工那天,为控制误差,悬臂合龙甚至有些科幻的味道:要在太阳出来前施工。原因在于钢结构对温度非常敏感,日晒会使阳面相对阴面有较大的膨胀,从而使两座塔楼产生相对移动。
  而12月的北京,温差较大。“外界温度每变化1度,钢结构会变形1毫米。”包联进告诉记者。
  据了解,进入12月后,工作人员24小时监控天气情况,将每半小时的气温变化都记录在案。欧阳超说,合龙时全天的温差要在10摄氏度之内,才能保证合龙时的误差最小。
  2007年12月8日,最高气温5摄氏度,最低零/考//下2摄氏度。是一个合适的天气,但具体选择哪个时间段合龙,又成了另外一个难题。监测数据显示在上午9~10点之间,钢梁上的连接板和销轴之间的误差最小,在2毫米以内。
  于是,8日上午9点45分,央视大楼第一阶段合龙完成,先行完成了7个节点的对接。2007年12月26日上午9时08分,第二阶段——悬臂外侧全面合龙,新楼的基本框架已经形成。

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