央視新址工程強悍比肩鳥巢
中央電視臺新臺址工程位于北京市中央商務區(CBD)。CCTV主樓含兩棟分別為52層、高234米和44層、高194米的塔樓,并由14層、56米高,重1.8萬噸的懸臂鋼結構連接,總建筑面積47.3萬平方米,號稱“中國公共建筑‘第一單’”。該工程是2008年北京奧運會的重要配套工程。
北京的東三環路邊,一座巨大的鋼鐵建筑迅速生長,完整的軀體已然袒露形狀,如今,光亮的玻璃幕墻正在建筑外立面延展,在冬日的陽光里生輝。
與周圍景觀是否協調;會不會給本已緊張的區域交通帶來更大的壓力……對這個鋼鐵大家伙產生的有關疑慮在增多,但人們對中央電視臺新臺址主樓的關注熱情,隨著它的長高也在升級。
不久前,人們看到,建筑的組成部分——兩棟傾斜的塔樓在162米的高空變形扭曲之后,終于擁抱在一起,工程人員把這稱作“懸臂鋼結構合龍成功”。
從不同角度看過去,大樓帶來不同的感官印象:有人說它像一只扭曲的正方形油炸圈;有人說它像汽車人帶頭大哥擎天柱的兩條粗壯大腿——正因為結構特殊,在建筑界沒有現成施工規范可循,使得工程的科技含量和施工難度世所罕見。
在英國《泰晤士報》組織的評選中,央視新址躋身“當今全球建設中十大‘最強悍’工程”行列。現在,我們就去探究一下,央視新址工程究竟怎樣“強悍”?
大樓結構示意圖 法制晚報供圖
塔樓傾斜6度
為何斜而不倒?
關于央視新址,坊間流傳這樣一個故事:在建設過程中,北京市建委接到不少市民的“投訴”:“東三環邊上有兩座樓越蓋越歪,都快撞上了!”——故事的真實成分有多少暫且不論,但卻提出了一個值得探討的有趣問題:兩座塔樓雙向傾斜6度,央視新址為什么會斜而不倒?
中建三局鋼結構公司央視新址項目執行經理歐陽超解釋說,從外面看樓是斜的,頂是歪的,有14層是懸空的,實際上大樓核心筒是垂直的,地板是水平的,懸空部分通過鋼桁梁、外龍骨和斜向拉桿分散受力,“是絕對安全的”。
還有很多人看著央視大樓的兩座“斜塔”心中納悶,樓里屋子的形狀是不是也不規則?關于大樓的電梯,網上也流傳著兩個版本。一個版本說,大樓的電梯是斜著裝的,乘客將傾斜著上樓;另一個版本是,為了避免乘客傾斜,大樓的電梯將分段安裝,從一層到頂層要換乘幾次電梯。
據大樓建設方中國建筑股份有限公司總工張琨介紹,大樓里面的房屋是方形的,空間角度也是垂直的。鋼結構已經把樓內空間自然分割成了多個房間。大樓建成后,一層將設置直接通往頂層的電梯,電梯是直的,不像兩座斜塔那樣傾斜。
懸臂上建14層樓
能承載多大重量?
央視新址兩座塔樓分別高234米和194米,雙向傾斜6度,分別伸出75.165米和67.165米的懸臂,在空中折形相交對接,使兩座塔樓形成折形門式結構。凌空飛架在162米高空的懸臂里將建起14層樓房。張琨表示,懸臂鋼結構施工是整個工程中難度最大的部分。
懸臂施工一開始就受到世界建筑界關注。張琨說:“在施工之前和施工過程中,有很多領導包括我們行內的專家,他們每次碰到我都要問這樣的問題——這個大樓建成了之后是不是能夠合龍?”面對質疑,張琨沒有過多解釋,而是和他的團隊一起,默默地進行著各項力學計算,數據分析資料堆在一起足足有20多厘米厚。
歐陽超介紹,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,鋼架通過鋼筋牽引固定,鋼筋一邊連著鋼架,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,焊接后松開鋼筋,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。懸臂本身的自重達到了1.8萬噸,站在上面還能承載多大的重量?張琨說,按照設計,該處可以承載5.1萬噸的重量,每平方米可承重500公斤,非常安全。
據介紹,懸臂層建成后將在地板上留出一個方形觀景區,讓參觀者能直視地面,體驗“懸空”之感。懸臂和其他的寫字樓建筑一樣,除了公眾參觀區外的部分會作為辦公用。
外觀網格密布
僅起裝飾作用?
從外觀看大樓是一個整體,據大樓建設方介紹,事實上,兩座塔樓在內在結構上分成與地面垂直的核心筒與傾斜的外框筒兩部分。核心筒為全鋼結構,與外框筒在水平方向上相連,只承受樓內電梯運送等較小的作用力,而核心筒的部分重量、懸臂的份量和塔樓傾斜產生的側面張力都要靠外框筒體來承受。
現在,玻璃幕墻已經覆蓋新址主樓外壁過半,沒被覆蓋的部分顯現出密布的網格。建設方解釋說,網格并非僅起裝飾作用。
為了解決外框筒的受力問題,擔負大樓結構設計的華東建筑設計研究院將外框筒設計成一個網狀結構。作為大樓主體架構,這些鋼網格暴露在建筑最外面,而不是像大多數建筑那樣深藏其中。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。大面積玻璃窗與菱形鋼網格結合而成,拐角等壓力較大部位的鋼網結構更加密集。鋼網由諸多梁、柱及斜撐組成,無數三角形單元結構讓穩定性增強。
張琨介紹,大樓是按照8度抗震的標準建設的,做到小震不壞,大震不倒。12級以下的風不會對大樓產生任何影響。
工程八大技術難關(延伸閱讀)
1造型獨特結構新穎 兩棟塔樓從37層開始向中間部分延伸,并連成整體,形成懸臂鋼結構。懸臂鋼結構是施工的最大難點。
2結構變形控制要求高 兩棟塔樓雙向向內傾斜6度,施工過程中隨著結構增高,自重加大,變形會不斷增加;懸臂鋼結構在兩棟塔樓未連接為整體前,塔樓結構向內傾斜的變形不斷變化,逐級加大,而懸臂鋼結構的變形是自身變形與塔樓變形的疊加,變形過大將會影響到結構安裝精度和結構受力狀態。
3鋼結構量大 央視新址主樓工程鋼結構總噸位達14萬噸,鋼構件共5.4萬多件,安裝過程中將使用95萬套高強螺栓、壓型鋼板30萬平方米、栓釘219萬套、焊接材料約12000噸。
4焊接難度大 主樓箱形柱及斜撐的板厚最厚達135毫米,厚板總量達8萬多噸,現場焊接工作量大而復雜,存在大量厚板立焊、斜立焊、消除節點焊接應力和防止層狀撕裂是鋼結構焊接的重點控制內容。
5聲學要求高 主樓演播區的大小演播廳、演播室、導控室、音控室、節目編輯制作區等的錄音棚、錄音配音室等用房均具有較高的音質和噪聲控制要求,必須采取足夠的隔聲措施以確保滿足聲學靈敏性指標。
6智能化程度高 主樓智能化程度高,特殊使用功能部位多,機電專業系統多,指定分包和專業之間交叉作業多,總包管理和總體施工協調難度大。
7超厚大體積混凝土 主樓地下室承臺基礎筏板最厚處達10.9米,12萬立方米大體積混凝土施工組織與管理、混凝土的防裂控制至關重要。
8幕墻幾何定位難 幕墻立面幾何定位來自于斜交格構的鋼結構節點,所以幕墻施工必須與鋼結構施工協同工作,按照鋼結構施工預調整方案采取相應的變形預控措施,使其在建筑完工狀態的幾何形狀符合設計圖紙要求。