结构选型分析--东方明珠塔ppt.ppt

1301403 06熊俊 结构选型分析 东方明珠塔 明珠耀东方 东方明珠塔 东方明珠广播电视塔是上海的标志性文化景观之一 位于浦东新区陆家嘴 塔高约468米 该建筑于1991年7月兴建 1995年5月投入使用 承担上海6套无线电视发射业务 地区覆盖半径80公里 看法 东方明珠 是建筑还是结构 它既是建筑又是结构 是建筑表现结构的美 还是结构造就建筑的美 应该是两者相辅相成 它没有建筑师硬贴上去的析架 悬索 也没有工程师的胡须通遏 不修边幅 鉴于目前出现的建筑思潮 用不合理的结构来形成 g良睛一亮 的视觉冲击 认为这是建筑的美 我不得不强调一下 合理的结构造就建筑的美 它就像人一样 有人好看有人难看 但只要有模特儿的身材 他大致就是美的 这就是我想强调的东西 结构 创新思维使混凝土塔获得新生 东方明珠突破了传统的单筒模式 提出并采用了 带斜撑巨型空间筒体框架部分预应力混凝土结构 使之具有鲜明的标志性 独一无二地有别于其它混凝土电视塔 人们一看到这样的结构 就会知道它是东方明珠 它在上海 在结构上 带来一个很大的好处 就是它具有比单筒体更好的稳定性和抗震性能 因为它有一个很大的支面 又是多次超静定结构 不致因为某根构件的损伤造成整体结构的破坏 东方明珠通过合理的结构体系 实现了建筑造型的突破 创新是社会进步的灵魂 可以说 正是创新思维孕育了东方明珠这一具有震撼力和感染力的优美建筑 结构 先进的结构技术使美贾的建筑成为现实 1 带斜撑的巨型空间筒体框架结构巨型空间框架结构由三个直径为gm的钢筋混凝土筒体 三个直径为7m的钢筋混凝土斜撑和七组共21根大梁组成 结构的平面布置见图1 是一个多次超静定空间结构 超静定结构在抗震方面的优越性 除了表现在多重抗震设防外 还在于设计者可以按强柱弱梁 强剪弱弯 强节点弱构件的原则设计 有意识地控制塑性出现的位置和顺序 以达到增大延性 必要时丢车保帅的目的 为此 我们在东方明珠的巨型框架横梁内 设置了水平中圈6巨型空间框架结构平面布t圈缝 6m高的横梁相对于gm直径的竖直简体 在比例上是合适的 图1巨型空间框架结构平面布置圈 但相对于筒体的壁厚700mm 500mm 350mm则显得太大 虽然在设计中 将横梁在平面上设计成双丫型 以和筒壁有较和顺的连接 但仍有强梁弱柱之嫌 为使大震下塑性铰出现在梁上而不是在筒体上 并考虑到塔的刚度仍偏大的情况 T 6 45 基底剪力 塔重 2 1 对横梁采取了弱化措施 在横梁中部设水平缝 见图2 一根6m高的梁变形为2根3m高的梁 但保护层及最外一环钢箍仍照常通过 以使得在一般情况下 按6m高的梁受力 刚度好 而在大震下 中缝有错动 按二个3m高的梁计算 图2中部设缝的横粱 7 可编辑 结构的抗侧体系除巨型框架外 还在筒体夹角的平分面内布置了三根百米长的巨型支撑 与地面呈60交角 支撑和垂直筒体的中心在93m处交汇 巨型支撑的设置 为整个塔体提供了一个直径100m的支承面 并使塔身控制截面的弯矩减小了40 使高塔从结构的观点上降低了93m 然而这三根巨型支撑在世界建造史上尚无先例 施工的难题差点使本方案失标 为此我们提出了两个可供选择的建议 其一 支撑原位垂直施工 待达到设计强度后 转动到与地面60 夹角的设计位置 其二 将通常采用的钢筋笼改为由型钢组成的劲性钢骨 由劲性骨架悬挂模板 承担施工荷载 这一施工方案被施工单位采纳 确保了施工的顺利进行 见图3 图3劲性骨架代粉钢筋骨架 2 短桩和薄板基础 在深厚的软土地基中 怎样保证高塔建筑不至于倾斜 这是一个沉降控制的问题 目前通用的方法是 抗 的办法 例如处于同一场地条件的金茂大厦 高423m 把中900 x20的钢管桩 打入地下79m 以获得尽可能小的沉降 这对于当时只有2亿元概算的东方明珠来说是不能接受的 我们走的是另一条路 即 放 的办法 允许它有稍大但较均匀的沉降 因此只打了423根500 x500mm的混凝土桩 入土深度48m 我们充分估计到 塔的中央荷载大 斜撑下荷载较小 但在静荷载下是对称的 因此 设计了较浅的桩基 但加强箱基和斜撑 使之构成很强的基座 可以有效地调整中心和边缘的沉降差 实测表明 从施工到士0 00算起 到塔建成后3年 基础中心的沉降为9cm 周边6cm 呈盆状变形 高塔始终保持铅垂状态 仅有3cm的沉降差 1 1 20 所增加的结构内力是不大的 来访者往往对这样高的塔 其底板厚度仅有1 5m难于置信 因为它和一般高层建筑基础2 3m相比显得太薄了 北京某大楼基础板厚 原设计13 5m 后改为9 5m 其实诀窍只是在于合理布置结构 在和建筑设计协调并尽量不影响使用的情况下 我们在箱基内设计了环向和径向的混凝土墙 而将绝大部分桩布置在墙下 基础底板主要承受均布的水土反力 设计技巧的合理运用 为建设节约了大量资金 3 钢天线的顶升设计 作为电视塔 东方明珠的顶部设计了一根11Om的天线杆 而钢天线杆的施工从来就是电视塔建设的难题 无论用直升飞机起吊 多伦多塔 还是用拔杆安装 北京塔 都遇到过很大的困难 考虑到这点 我们设计了顶升法施工的钢桅杆 把11Om长的钢桅杆 分成11节 在地面上组装 用20束钢绞线从35Om高空 混凝土桅杆顶 吊下 20个机器人 计算机控制的千斤顶 沿着它攀升 同时把天线杆带上去 见图4 仅花10天的时间 就完成了攀升和安装 图4机器人沿铜绞线攀升 并提升天线杆 4 悬挂结构和愚挑结构同时应用 许多人问两个漂亮的大球是怎样做出来的 东方明珠上球45m直径 9层1万平方米 采用双重悬挂结构 犹如一把张开的巨伞 单筒内埋设钢环 筒内楼板作横隔 钢环伸出12个耳朵 安装悬挑钢屋架 吊挂柱子 支承楼板 见图5 关键技术是尽可能使构造简单 析架和钢环梁的连结以及柱与析架的连结 都仅使用一个销子 见图6 使施工安装非常方便 半个多小时就可安装一福析架 另一关键技术是充分考虑受拉的吊柱和受压的筒体间的变形差 在静荷载下的变形完成后 再连结吊柱和它底下的斜撑 使得结构变形协调 减少次应力 并避免楼板倾斜 十二福悬挑析架 吊九层楼板 是我国目前最多层最高的悬挂结构 5Om直径的下球 下端和三个竖及三根斜撑相交 上端和三个竖筒及中筒相交 支承条件十分复杂 我们在球的底部设计了一个锥形的混凝土碗 碗底和6个筒体整浇在一起 解决了复杂的支承关系 碗边支承48根折线形柱子 支托析架和楼板 在受力复杂的地方 加大安全度以覆盖一些难于预料的问题 初步设计时 它是一个截球碗壳 在大量的内力分析之后 施工图改成为锥壳 使得复杂的内力变得简单 为减少碗边沿的水平位移 通常的作法是