我国建筑钢结构又一精品力作“广州塔”

敢为人先引领潮流

大胆设想勇于挑战

“广州塔”高600米，由一座高达454米的主塔体和一个高100多米的天线桅杆构成。其结构设计新颖、时尚，造型优美、线条流畅、结构独特。 “广州塔”的精彩，就在于挑战中国建筑工程综合能力和水平。“广州塔”整个塔身是镂空的钢结构框架，24根钢柱自下而上呈逆时针扭转，每一个构件截面都在变化。令人难以想象的是，钢结构外框筒的立柱、横梁和斜撑都处于三维倾斜状态，这对钢结构件加工、制作、安装以及施工测量、变形控制都带来很大的挑战。再加上扭转的钢结构外框筒上下粗、中间细，结构稳定性设计和钢结构精度计算非常复杂。广州建筑工程监理有限公司易容华高级工程师是位曾负责多个国家级大工程的监理，他对记者说：“象‘广州塔’这么高难度的钢结构建筑很特别，它有几大难点，第一，塔身钢结构外框筒的24根钢立柱向上延伸，底部直径在2米通过缓慢地变坡，至外框筒顶端454米处直径为1.2米，其误差小于5毫米。一般的空间钢结构是整体垂直，安装节点的座标相对好控制。但是，‘广州塔’钢结构外框筒要控制横梁上下位置和斜撑管口中心点的座标。每个构件安装定位要很精确，才能确保454米处的误差小于5毫米，这就要求钢结构件从落料、放样、成形、焊接、预拼等都要达到十分精确的要求。由于‘广州塔’造型的特殊性，外框筒钢结构件每一个截面不一样。”易总对记者算了一笔帐，他说：“仅钢结构外框筒‘广州塔’有1104根钢柱不一样，1104根环梁不一样，1104根斜撑不一样，这么多不一样的钢结构件的加工、制作其难度可想而知。江苏沪宁钢机作为‘广州塔’外框筒A标段及天线桅杆钢结构的制造商，不仅要掌握钢立柱在向上延伸变坡高达454米时，误差小于5毫米，而且还要控制钢立柱自下而上的逆时针扭转变化系数。第二，‘广州塔’中间混凝土核心筒与钢结构外框筒材料上的差异，形成楼层梁和外框筒的沉降不一致。为了调整钢构件与主体结构的相对位置的正确性，在联接处大胆采用双向铰来调整上下、左右的变形因素，但是这样一来对钢结构的加工、制造、安装提出新的要求，有许多节点必需通过三维座标来控制钢柱本体相对位置的精确度。”

为了满足“广州塔”造型艺术的需要，镂空的钢结构外框筒与塔身中的核心筒有一段距离，其结构很特殊。广州市设计院副总工程师、广东省土木建筑学会建筑结构学术委员会副主任委员周定对记者说：“受世人瞩目的‘广州塔’是目前世界上最高的电视塔。由于‘广州塔’特殊的结构形式，严格地讲它不属于建筑物而是构筑物，一般地来讲建筑物梁和柱外面是包外皮的。而‘广州塔’核心筒的边线和外筒还有距离，有了这个距离楼板就不延伸到外筒。那么就靠24根梁来跟它连接，整体的刚度就弱化，因为外筒在温度、风荷载、地震的影响下都会有水平的扭转。为了解决这个问题，我们作了不少的课题研究、试验和专家论证，比如外筒的稳定性是在清华做的，通过稳定试验和理论分析，使我们创新技术转化为现实。”一个好的建筑设计必定要有一个与其相匹配的结构设计，而“广州塔”在外型设计上独树一帜，在结构上大胆创新，应用许多新技术，尤其是钢结构。广州市设计院钢结构设计部总工程师杨汉伦对记者说：“可以这么说，‘广州塔’设计有设计的难度，施工有施工的难度。钢结构加工、制作确实很不容易，钢构件的接点都有空间座标，因为管体是扭曲的，所以在工厂加工需要十分精确。一般一个稳定设计是下大上小，而‘广州塔’是中间细上下两部分大，大部分的荷载都从上面往下传。加上塔体自身在风洞作用下产生的摆动，和风本身的速度，其震动频率会产生共鸣，在一定程度上加大了塔体的摆动。‘广州塔’钢结构设计在许多方面超出常规，挑战了钢结构规范。所以我们通过许多试验，对塔身的水平分量垂直分量等变形因素进行精密计算，确保塔身的稳定性。‘广州塔’还有一个是打破常规的设计，就是环梁与斜撑不是在一个平面上，从结构上讲它没有形成一个稳定结构的几何体，这样一来对构件节点的刚性约束不利，我们在同济大学做了试验解决了问题。在‘广州塔’的建造过程中我们做了很多的试验、分析，比如：风洞试验、钢结构节点试验、整体稳定试验、振动台试验；稳定性分析、承载力分析、变形控制分析等，为‘广州塔’的成形倾注了大量科技工作者的心血和智慧，大胆创新勇于挑战。”

科技领先精益求精

打造世界经典工程

ldquo;广州塔”钢结构外筒是由上下两个椭圆平面衍生出来的不规则网筒结构，椭圆横截面沿整个建筑高度是连续变化的。钢结构外筒是结构的主要抗侧力体系，主要由钢管构件组成，包括钢管混凝土立柱、钢管环梁和钢管斜撑。钢管混凝土立柱共24根，呈倾斜状沿直线至塔顶454米，钢立柱钢管是略带锥度的锥形管。江苏沪宁钢机作为“广州塔”A标段和天线桅杆这些重要钢结构件的制造商，在总承包广州市建筑集团有限公司、上海建工（集团）总公司联合体的关心支持下，科技领先、严格把关、精益求精、质量第一，为了确保24根钢立柱向上延伸变坡至外框筒顶端454米处其误差小于5毫米，精心加工、制作了最好的钢结构件。同样，上海建工集团机施公司为“广州塔”钢结构件的顺利安装彰显出企业雄厚的实力。

江苏沪宁钢机广州分公司周仲强总经理对记者说：“广州塔是广州市重点工程，第16届广州亚运会开闭幕式主要区域的所在地。业主在工程招投标时有一套很严格的程序，沪宁钢机有幸承揽‘广州塔’A标段和天线桅杆的钢结构加工、制作，我们感到责任重大。为了做好‘广州塔’的工程，特别是在加工制作锥形柱与环梁、斜撑等外框筒重要核心部件时，我们沪宁钢机处处以质量第一，做好每件钢结构件。尤其是确保各连接节点的组装工艺精确度，进行钢构件的预拼装，确保下道工序的正常运转和安装质量达到规范、设计要求，满足现场一次拼装和吊装成功率，减少现场拼装和安装误差。特别是钢结构外筒所有构件都呈空间三维倾斜，又附带各种节点分段，钢立柱的安装精度为1/2000，且不能大于5毫米，远远高于一般超高层建筑和塔桅的安装精度要求。为了保证构件的安装空间绝对位置，减小现场安装产生的积累误差，公司进行外筒构件的预拼装。制定合理的预拼装方案极为重要，校正复验、预留焊接收缩量，经自检满足外观质量标准的接头处打上焊工编号钢印，精心打造‘广州塔’创建世界经典精品工程，而加工、制作好每一根钢结构件。”

在“广州塔”的建设过程中，倾注了许多设计、施工单位工程技术人员的智慧。由于“广州塔”是一个典型的管状塔形钢结构，并且结构体系十分庞大，高达600米，受力十分复杂。所以“广州塔”所选用钢材几乎包含了目前国内高层建筑用钢中所有最高级别的钢材，如Q460、Q390等系列钢材，钢结构件的厚板焊接难度高。要做好“广州塔”的工程，钢结构件的焊接是很关键的，就如广州建筑工程监理有限公司易容华高级工程师所说：“广州塔钢结构件的焊接直接关系到塔身的质量，在许多钢结构企业中江苏沪宁钢机的焊接水平是很高的，企业不惜代价用最好的药芯焊丝焊接，比一般的焊接材料贵三分之一，在业内沪宁钢机的质量是名副其实的，他们有完整的质量保证体系。”

为了比较全面了解“广州塔”钢结构部分的加工、制作的情况，记者采访了广州新电视塔建设有限公司董事长黄家添。作为广州塔建设的当家人，谈起江苏沪宁钢机在“广州塔”的建造过程中所起的作用，他对记者说：“第一，‘广州塔’和其它钢结构项目不一样，如央视、鸟巢等通过总承包来同业主签合同，我们这个不一样，钢结构这一块直接招标，和沪宁钢机直接签合同，在全国来说也是比较少的，说明钢结构的重要性，钢结构在整个电视塔的施工占了很大的比重。第二，‘广州塔’钢结构工程前后三年，钢结构工程周期是比较长的。通过‘广州塔’这一工程，证明沪宁钢机是遵守合同的，能把握进度和工程的节点按时交货。但是，这么大的工程在交货过程中，还会受到各类不利因素的影响，如钢材的供货、气候的影响等等，从宜兴到广州2000多公里的运输，可以想象受到干扰有多少。沪宁钢机克服冬天低温以及南方梅雨这些对钢结构件运输不利的因素，一件件从宜兴运到广州，没有耽误总包的工期，沪宁钢机守信誉、重合同。有些钢结构的图纸他们在施工中发现问题及时修改，主动弥补施工图纸的缺陷。第三，沪宁钢机很重视质量，他们不但重视工程的方案还重视材料，提高工人的素质。沪宁钢机是代表着中国目前钢结构加工、制作企业的实力。这个企业有活力、机制灵活，责任到人，有严格的质量管理制度和社会责任感。沪宁钢机在董事长王寅大带领下，为‘广州塔’的建设作出了贡献，受到广州市领导的表扬。”

在建设“广州塔”的2000多个日日夜夜里，建设者倾诉着太多的智慧与汗水，这座美丽的广州新地标牵动了太多人的心。从建筑方案国际竞赛，到社会公众投票热议，从政府领导高度重视，到中国工程院院士直接参与；从国家部委专题调研，到行业专家评估论证；从材料、施工、监理、咨询的国内外招标，到科研课题立项、攻关和高等院校联动；从承建企业的审慎把关，到每一个重大钢结构节点难题的破解等等，体现了“广州塔”的建设不同凡响，我们将记住建设者们为精心打造“广州塔”创建世界经典精品工程所作的贡献。她将同广州成功举办第十六届亚运会一样，给世人留下美好的记忆和无穷的回味。