央視新大樓解碼：挑戰結構和重力
發布時間：2010-01-14 共2頁
如何實現需要的斜率？
對于這種從未實踐過的建筑形式，央視新大樓的施工模擬顯得異常重要。“大樓要通過特別的施工模擬分析，真實地反映建造過程中結構的受力狀態。”
傾斜的建筑，都存在P—△效應，也就是說，建筑結構在外力的作用下，會進一步增加側移值，并且引起結構內部各構件產生附加內力。由于P—△效應的影響，將降低結構的承載力和結構的整體穩定。
按照設計，央視大樓的塔樓傾斜度為6度，如果建筑在建造過程中不斷加大傾斜度，“我們如何實現我們需要的斜率呢？”
“也就是說，我們勢必需要一個反向的變形，但每一個點要反向傾斜多少，不是一句話說得清楚的。我們需要根據施工過程中的變形情況反向變形，這對我們這個大樓非常重要。”
而為了控制變形，建筑的重量越輕越好。但央視新大樓如此龐大，以至于僅鋼結構自身就重達12.5萬噸，再加上樓板及玻璃幕墻的重量以及施工過程中使用的荷載(設備、人)的重量，對控制結構變形提出了巨大挑戰。
“對于結構設計來說，除了結構自身的重量外，其他的荷載能晚點上就晚點上。等2個塔樓通過懸臂連起來后形成一個完整的整體后再施加其他重量，對結構變形的影響就比較小。”汪大綏說。
但對于三種重量施加順序的控制，對于需要在2008年北京奧運之前局部投入使用的央視新大樓來說，這種建造速度顯得太過奢侈。施工進度是必須有一定保證的。
“結構和混凝土樓板、玻璃幕墻應該保持怎樣的施工順序關系，以使得結構的位移能夠控制，這需要做很多分析，這方面工作的深度在之前的高層建筑大樓建設中從來沒有遇到過。”汪大綏說。
央視新大樓的外表貌似“魚鱗”，共10萬平方米的玻璃幕墻上，分布了27400余塊強烈的不規則幾何圖案。這些由槽鋼構成的斜交叉網格打破了單調重復的玻璃墻面結構，使之成為一個看起來獨立且浮動的菱形玻璃結構體。
但這些，并不是為了追求別具一格的視覺效果。“幕墻外皮本身就形成很高的結構。”汪大綏說。這種不規則的交叉網格反映了從日常的荷載到強地震的不同情況下結構受力的分布模式。在受力較大的區域網格的密度較大，而在承載富余的地方則稀疏一些。
借助于精細的/考//計算機模擬所確定的這些網格，為的是確保每個對角線大梁能夠均勻承受分布不均的重量所帶來的壓力，進而使壓力基本都能沿著系統傳遞下去，并找到導入地面的最佳路徑。
懸挑在162米高空
毫無疑問，懸臂鋼結構施工應該是整個工程中難度最大的部分：要在162米的高空，建造67米和75米的懸臂，并要它們準確地“擁抱”在一起。
而懸臂，是異常笨重的“大家伙”。
懸臂結構共14層，鋼結構總重約1.48萬噸，再加上混凝土樓板、幕墻、裝飾等，整個懸臂結構重量為5.1萬噸。在幾乎沒有支撐點的情況下，懸臂部分的重心又超出兩棟塔樓的外框支撐點。
中建三局股份鋼結構公司項目經理歐陽超此前在接受采訪時曾介紹說，懸臂施工采取架橋的方法，塔吊將重幾十噸的鋼架慢慢地抓到了162米的高空。鋼架通過鋼棒牽引固定，鋼棒一頭連著鋼架，一頭連著大樓主體，從而搭設一個橫斷面鋼梁。高強螺栓將鋼架的一端固定在大樓主體上，焊接后松開鋼棒，校正鋼梁的精確角度。懸臂的最底層是一個長近百米、寬約40米的大空間，這里是整個懸臂的一個平臺，撐起上萬噸重的懸臂。
“懸臂結構單件最大起重重量達40噸，因此施工單位使用的，也是目前民用建筑中全球最大的M1280D塔吊。”包聯進說。
在162米高空實現2個“鋼鐵巨人”合龍，不僅要求快速，而且要求精確。汪大綏坦言，懸臂合龍時有點擔心，首先擔心的就是形狀尺寸的控制。
“最終我們選擇的是‘分階段逐步合龍方案’，這樣每次合龍點少，施工誤差積累可逐步消減，利于控制結構變形。”包聯進說。
在具體施工那天，為控制誤差，懸臂合龍甚至有些科幻的味道：要在太陽出來前施工。原因在于鋼結構對溫度非常敏感，日曬會使陽面相對陰面有較大的膨脹，從而使兩座塔樓產生相對移動。
而12月的北京，溫差較大。“外界溫度每變化1度，鋼結構會變形1毫米。”包聯進告訴記者。
據了解，進入12月后，工作人員24小時監控天氣情況，將每半小時的氣溫變化都記錄在案。歐陽超說，合龍時全天的溫差要在10攝氏度之內，才能保證合龍時的誤差最小。
2007年12月8日，最高氣溫5攝氏度，最低零/考//下2攝氏度。是一個合適的天氣，但具體選擇哪個時間段合龍，又成了另外一個難題。監測數據顯示在上午9~10點之間，鋼梁上的連接板和銷軸之間的誤差最小，在2毫米以內。
于是，8日上午9點45分，央視大樓第一階段合龍完成，先行完成了7個節點的對接。2007年12月26日上午9時08分，第二階段——懸臂外側全面合龍，新樓的基本框架已經形成。
對于這種從未實踐過的建筑形式，央視新大樓的施工模擬顯得異常重要。“大樓要通過特別的施工模擬分析，真實地反映建造過程中結構的受力狀態。”
傾斜的建筑，都存在P—△效應，也就是說，建筑結構在外力的作用下，會進一步增加側移值，并且引起結構內部各構件產生附加內力。由于P—△效應的影響，將降低結構的承載力和結構的整體穩定。
按照設計，央視大樓的塔樓傾斜度為6度，如果建筑在建造過程中不斷加大傾斜度，“我們如何實現我們需要的斜率呢？”
“也就是說，我們勢必需要一個反向的變形，但每一個點要反向傾斜多少，不是一句話說得清楚的。我們需要根據施工過程中的變形情況反向變形，這對我們這個大樓非常重要。”
而為了控制變形，建筑的重量越輕越好。但央視新大樓如此龐大，以至于僅鋼結構自身就重達12.5萬噸，再加上樓板及玻璃幕墻的重量以及施工過程中使用的荷載(設備、人)的重量，對控制結構變形提出了巨大挑戰。
“對于結構設計來說，除了結構自身的重量外，其他的荷載能晚點上就晚點上。等2個塔樓通過懸臂連起來后形成一個完整的整體后再施加其他重量，對結構變形的影響就比較小。”汪大綏說。
但對于三種重量施加順序的控制，對于需要在2008年北京奧運之前局部投入使用的央視新大樓來說，這種建造速度顯得太過奢侈。施工進度是必須有一定保證的。
“結構和混凝土樓板、玻璃幕墻應該保持怎樣的施工順序關系，以使得結構的位移能夠控制，這需要做很多分析，這方面工作的深度在之前的高層建筑大樓建設中從來沒有遇到過。”汪大綏說。
央視新大樓的外表貌似“魚鱗”，共10萬平方米的玻璃幕墻上，分布了27400余塊強烈的不規則幾何圖案。這些由槽鋼構成的斜交叉網格打破了單調重復的玻璃墻面結構，使之成為一個看起來獨立且浮動的菱形玻璃結構體。
但這些，并不是為了追求別具一格的視覺效果。“幕墻外皮本身就形成很高的結構。”汪大綏說。這種不規則的交叉網格反映了從日常的荷載到強地震的不同情況下結構受力的分布模式。在受力較大的區域網格的密度較大，而在承載富余的地方則稀疏一些。
借助于精細的/考//計算機模擬所確定的這些網格，為的是確保每個對角線大梁能夠均勻承受分布不均的重量所帶來的壓力，進而使壓力基本都能沿著系統傳遞下去，并找到導入地面的最佳路徑。
懸挑在162米高空
毫無疑問，懸臂鋼結構施工應該是整個工程中難度最大的部分：要在162米的高空，建造67米和75米的懸臂，并要它們準確地“擁抱”在一起。
而懸臂，是異常笨重的“大家伙”。
懸臂結構共14層，鋼結構總重約1.48萬噸，再加上混凝土樓板、幕墻、裝飾等，整個懸臂結構重量為5.1萬噸。在幾乎沒有支撐點的情況下，懸臂部分的重心又超出兩棟塔樓的外框支撐點。
中建三局股份鋼結構公司項目經理歐陽超此前在接受采訪時曾介紹說，懸臂施工采取架橋的方法，塔吊將重幾十噸的鋼架慢慢地抓到了162米的高空。鋼架通過鋼棒牽引固定，鋼棒一頭連著鋼架，一頭連著大樓主體，從而搭設一個橫斷面鋼梁。高強螺栓將鋼架的一端固定在大樓主體上，焊接后松開鋼棒，校正鋼梁的精確角度。懸臂的最底層是一個長近百米、寬約40米的大空間，這里是整個懸臂的一個平臺，撐起上萬噸重的懸臂。
“懸臂結構單件最大起重重量達40噸，因此施工單位使用的，也是目前民用建筑中全球最大的M1280D塔吊。”包聯進說。
在162米高空實現2個“鋼鐵巨人”合龍，不僅要求快速，而且要求精確。汪大綏坦言，懸臂合龍時有點擔心，首先擔心的就是形狀尺寸的控制。
“最終我們選擇的是‘分階段逐步合龍方案’，這樣每次合龍點少，施工誤差積累可逐步消減，利于控制結構變形。”包聯進說。
在具體施工那天，為控制誤差，懸臂合龍甚至有些科幻的味道：要在太陽出來前施工。原因在于鋼結構對溫度非常敏感，日曬會使陽面相對陰面有較大的膨脹，從而使兩座塔樓產生相對移動。
而12月的北京，溫差較大。“外界溫度每變化1度，鋼結構會變形1毫米。”包聯進告訴記者。
據了解，進入12月后，工作人員24小時監控天氣情況，將每半小時的氣溫變化都記錄在案。歐陽超說，合龍時全天的溫差要在10攝氏度之內，才能保證合龍時的誤差最小。
2007年12月8日，最高氣溫5攝氏度，最低零/考//下2攝氏度。是一個合適的天氣，但具體選擇哪個時間段合龍，又成了另外一個難題。監測數據顯示在上午9~10點之間，鋼梁上的連接板和銷軸之間的誤差最小，在2毫米以內。
于是，8日上午9點45分，央視大樓第一階段合龍完成，先行完成了7個節點的對接。2007年12月26日上午9時08分，第二階段——懸臂外側全面合龍，新樓的基本框架已經形成。
