中央电视台新大楼主楼的结构分析.doc

中国中央电视台新大楼主楼的结构分析内容摘要：中央电视台新台址建设工程位于朝阳路和东三环路交界处CBD中央商务区内，包括两座倾斜塔楼、连接两座斜塔楼顶部的14 层高的悬臂结构、以及10 层裙楼与三层地下室。主楼的两座塔楼双向内倾斜6度，在163米以上由“L”形悬臂结构连为一体，建筑外表面的玻璃幕墙由强烈的不规则几何图案组成，主楼地下室为钢筋混凝土结构和钢骨混凝土结构,裙房地上结构形式主要为钢框架结构,塔楼地上主要为钢结构。关 键 词：回旋式 不规则 空间性 斜撑 悬臂 框筒结构 钢结构建筑名称：中国中央电视台新大楼主楼设计师简介： 雷姆库哈斯，1944年出生于荷兰鹿特丹，幼年在印度尼西亚度过，后移居阿姆斯特丹，早年曾从事剧本创作并当过记者，1968至1972年他转行学建筑，就读于伦敦一所颇具前卫意识的建筑学院Architecture association school。从那时起，他对当代文化环境下的建筑现象就开始表现出与众不同的兴趣。1972年，Harkness研究奖学金使他得以在美国生活和工作了很长一段时间。1972至1979年间，他曾在当时建筑界很知名的Ungers事务所以及Peter Eiserman的纽约城市规划、建筑研究室工作过，同时也在耶鲁大学和加州大学洛杉矶分校执教。1975年，库哈斯与其合作者共同创建了事务所，试图通过理论及实践，探讨当今文化环境下现代建筑发展的新思路。工程概况：中央电视台新台址建设工程位于朝阳路和东三环路交界处的 CBD 中央商务区内，占地总面积196,960。它被美国时代周刊（2007年12月24日提前出版）评选为2007年世界十大建筑奇迹之一。2007年十大建筑奇迹中，北京就拥有三处（另两处为北京当代万国城和北京奥林匹克体育馆）。但由于这栋建筑造型花费庞大（约50亿人民币）、过于奇特、有安全及交通隐患而备受争议。CCTV 主楼位于场地的西南部，包括两座倾斜塔楼、连接两座斜塔楼顶部的14 层高的悬臂结构、以及10 层裙楼与三层地下室。主楼的两座塔楼双向内倾斜6度，在163米以上由“L”形悬臂结构连为一体，建筑外表面的玻璃幕墙由强烈的不规则几何图案组成，造型独特、结构新颖、高新技术含量大，在国内外均属“高、难、精、尖”的特大型项目。大楼主体结构为钢结构，钢结构总重量约12 万吨。CCTV主楼地下室为钢筋混凝土结构和钢骨混凝土结构；裙房地上结构形式主要为钢框架结构；塔楼地上主要为钢结构。塔楼分为塔楼1 和塔楼2，1 号塔楼52 层，屋顶最高处标高234 m；2 号塔楼44 层，屋顶最低处标高为194 m；裙楼10 层，屋顶最高处标高为46.45 m，两座塔楼结构形式相似，由核心筒、内部结构、外框筒三部分组成。塔楼内部核心筒及内柱为竖直，塔楼外框筒双向6 度倾斜。裙楼由与塔楼类似的网格状外框柱、内框柱梁和转换桁架组成，裙楼的柱有钢筋混凝土柱、钢柱和型钢混凝土组合柱，首层以上主要是全钢结构。悬臂结构从塔楼37 层至顶层外伸，悬臂底面为水平，顶面与两座塔楼的顶面位于同一个倾斜面内，主要由外框筒、底部转换桁架和内框架组成。塔楼和悬臂部分的屋顶为一个整体倾斜的斜面，从塔楼1 向塔楼2 倾斜下来，倾斜的屋顶在平面上也呈交叉格状并设置有斜支撑，用以与整体外框相适应。工程难点：1、 建筑两座竖立的塔楼向内倾斜，倾角很大；塔楼之间被横向的结构连接起来，总体形成一个闭合的环。这样一种回旋式结构在建筑界还没有现成的施工规范可循。2、 本工程因塔楼的倾斜设计和大悬臂结构的影响，在建造过程中主体结构将不断地产生变形。3、 从结构角度说，这个结构在平面和立面都不规则。在复杂地震作用下容易发生平面和立面两个方向的扭转，这样一个结构的地震响应很可能将由结构整体扭转控制，而在扭转过程中，上部的大悬臂结构将产生巨大影响，结构各部分的空间响应将非常复杂。此外，地震作用方向的随机性问题，特别是实际强震时地面的扭转分量。4、 CCTV新楼从结构角度说是一个空间性很强的结构，空间整体受力效应明显。因此，不仅是抗震问题突出，而且像风荷载，地基不均匀沉降、结构变形不协调都可能会导致结构出现较大次内力。例如假设某一塔楼的由于地基不均匀沉降与另一塔楼产生了一定的位移差，由于上部悬臂结构的连接和传力，将在另一未发生沉降的塔楼内产生较大的次生内力。简单来说，正是由于两塔楼之间被一巨大的悬臂体刚性连接住了，变形要协调，从而导致了将来可能产生复杂的空间内力传递效应问题。5、 由于结构的受力状态较不利，倾斜的塔楼和上部悬臂结构产生的巨大倾覆力矩大多由外筒斜撑来承担，在受力复杂部位（如裙房和塔楼，塔楼和悬臂体连接处）构件的内力较大，构件长时间处于高应力状态，在风荷载等作用下会出现疲劳问题，结构后期维护将会很困难或者代价高昂。6、 建筑结构上密集的斜撑给建筑使用空间和采光等会造成一定的影响，内部功能空间的使用将受影响。 工程结构设计：该建筑的结构体系属于带斜撑的框筒结构。结构主要抗侧构件为外部的带斜撑框架，内部电梯间的核心筒实际上是由钢框架组成，设计上并不承担水平荷载。外框柱多为含钢量较高的型钢砼柱。外部斜撑的布置也不是均匀的，根据应力分析和优化，在应力大的部位加密网格，即加密斜撑。钢柱脚平面图1钢柱脚平面图2细部节点CCTV新楼外表看似不规则，其实从建筑体型上它是由一个标准的四棱锥被切割和贯穿而形成，两个塔楼的倾斜实际上是由四棱锥的斜边而形成的。两座塔楼结构形式相似，由核心筒、内部结构、外框筒三部分组成。塔楼内部核心筒及内柱为竖直，塔楼外框筒双向6 度倾斜。裙楼由与塔楼类似的网格状外框柱、内框柱梁和转换桁架组成，裙楼的柱有钢筋混凝土柱、钢柱和型钢混凝土组合柱，首层以上主要是全钢结构。悬臂结构从塔楼37 层至顶层外伸，悬臂底面为水平，顶面与两座塔楼的顶面位于同一个倾斜面内，主要由外框筒、底部转换桁架和内框架组成。塔楼和悬臂部分的屋顶为一个整体倾斜的斜面，从塔楼1 向塔楼2 倾斜下来，倾斜的屋顶在平面上也呈交叉格状并设置有斜支撑，用以与整体外框相适应。塔楼连接部分的结构借鉴了桥梁建筑技术,不同的是这个“桥”的某些部分有整整11层楼高,“桥”上还包括一段伸出75米的悬臂,前端没有任何支撑。关于建筑的抗震，是通过精密的计算机研究得出的结论，不甚明了，现将搜集所得研究图片附下。上文中提到，建筑外部布置有不均匀斜撑，大楼的外立面是由大面积玻璃窗与菱形钢网格结合而成的，作为大楼的主体架构，这些钢网格就暴露在建筑的最外面，而不是像大多数建筑那样深藏其中。这样一来，应力就基本都能沿着系统传递下去，并找到导入地面的最佳路径。从外观上看，大楼有一部分部分钢网结构（包括拐角等应力比较大的部位）比较密集，它们也是整体设计思想的一部分。此外，大楼外立面将采用特种玻璃，这种玻璃表面被烧制成灰色瓷釉，可以更有效地遮蔽日晒。此外，用这种材料也比较适应北京的空气质量。实际上