鋼結(jié)構(gòu)：超高層大跨度特殊造型成發(fā)展方向

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談到建筑形式，尤其是以鋼結(jié)構(gòu)為代表作，人們或許會想到“鳥巢”、央視新臺址、銀泰中心……縱觀城市建設，但凡大而奇的建筑在建筑形式上無一例外地選擇了鋼結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代設計師對其有了偏愛，是建設者鐘情于它？筆者日前來到央視新址工程，與中建三局鋼結(jié)構(gòu)專家歐陽超進行了交談。

　　中國鋼結(jié)構(gòu)建筑起步晚起點高

　　在沒有正式交談前，歐陽超先向記者介紹了一則故事。在一個世紀以前，一場持續(xù)了3天3夜的大火幾乎將整個芝加哥化為灰燼。然而，美國人卻以此為契機，點燃了建筑藝術(shù)新的火炬。以玻璃和鋼鐵為材料的建筑物由此而遍及合眾國各大州，連一般連鎖店也成了鋼結(jié)構(gòu)……

　　據(jù)悉，直到20世紀80年代中期，中國鋼結(jié)構(gòu)建筑還仍是“零”。也就在此時，較西方晚了幾十年的中國鋼結(jié)構(gòu)施工，卻在一個很高的起點上，按很高的標準、很嚴的要求，艱難起步，迅速發(fā)展。中國鋼結(jié)構(gòu)施工的起始點可追溯到1984年，當年中建三局中標中國第一座鋼結(jié)構(gòu)大廈——深圳發(fā)展中心。在當時，國內(nèi)施工主打砼結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)場上，鋼結(jié)構(gòu)施工卻是未開墾的處女地。迅速掌握世界先進的二氧化碳氣體保護焊接技術(shù)成了建設者完成該項工程手中的“金鋼鉆”。于是，該局10名焊工尖子東渡扶桑學藝。日本川畸制鐵培訓中心的專家在了解到他們大多只有初中文化時，便斷言“文化基礎扎實的也得學3到6個月，你們的合同學習期僅一個月，到時候能有三分之一合格就不錯啦！”面對羞辱，10名中國焊工每天集中學習7個小時，課余飯后相互探討、切磋。30天后，這10名中國小伙順利結(jié)業(yè)。在隨后開工的深圳發(fā)展中心大廈工程上，他們發(fā)揮了重要作用，從焊接130毫米厚度刷新從前110毫米紀錄，到35萬延米焊縫經(jīng)超聲波及滋粉探傷檢查全部合格，再到98%的焊接達到美國最高（D級）標準……中國的鋼結(jié)構(gòu)施工從此便一發(fā)不可收拾！

　　大型公建用鋼結(jié)構(gòu)各具特色

　　歐陽超說：“鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)在比較流行，而且其造型和施工難度越來越高了，比如說，現(xiàn)在國內(nèi)公共建筑具有代表性的央視新址工程、上海國際貿(mào)易中心、廣州電視塔以及國家體育場工程。“央視”新址工程既有高度還有難度，是對不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)施工的一次挑戰(zhàn)，上海國際貿(mào)易中心是超高層建筑，廣州電視塔其本身的塔形結(jié)構(gòu)已是非常復雜，用鋼結(jié)構(gòu)進行施工就更加復雜，國家體育場則可稱是造型奇異的代表作。”以“央視”為例，其具有傾斜（整體雙向傾斜6度）和雙挑（分別為70米和60米）結(jié)構(gòu)，且在雙挑的斜方向結(jié)構(gòu)在重力的作用下會有一定的下垂；該工程所用的鋼材級別較高，在一般的鋼結(jié)構(gòu)工程中使用的多為Q345D或Q390D，而“央視”工程則用了Q420D和Q460D，這在一般公共建筑中很少見，這就給鋼材的制作和焊接帶來了很多技術(shù)難度和要求；央視新址主樓由兩棟的塔樓組成，并由14層大懸臂結(jié)構(gòu)連接，形成一個巨大“門”字形。這一造型對傳統(tǒng)建筑施工技術(shù)的挑戰(zhàn)令人望而生畏。懸臂在重力的作用下下垂，要求在施工過程中要進行反變形，要求在鋼結(jié)構(gòu)焊接過程中還需計算其預調(diào)值，這個值在以往公建中幾乎用不到；另外，工程的測量也是難題，由于結(jié)構(gòu)傾，致使其每一根柱要在高空中定位，若加上預調(diào)值其安裝的難度就會更大；隨著鋼材的級別提高，其厚度也增加到了135毫米，超長超厚的鋼結(jié)構(gòu)焊接在央視工程中多達11個，目前已完成了7個。

　　歐陽超還告訴筆者，像“鳥巢”工程其鋼結(jié)構(gòu)的特點是空間曲線結(jié)構(gòu)，這樣就給鋼結(jié)構(gòu)的制作帶來更高要求，因為一旦出現(xiàn)誤差，鋼結(jié)構(gòu)之間的焊接就很難對接順利，另外其焊接的工藝也相對要求得更加嚴格；銀泰中心工程比較常規(guī)，不是很復雜，其施工的最大難度是要在地面拼裝兩根39米長的桁架，然后用塔吊吊裝。該工程分內(nèi)、處筒整體呈回字形的框架形式，內(nèi)筒由35根柱組成，主要為安裝高速電梯，這些柱子在施工中就要求其安裝和垂直度非常精確，否則在電梯安裝時會受影響。他說，國貿(mào)三期、銀泰以及北電中心工程三者同屬于超高層，并采用諸如大跨度、超長焊接等施工工藝。可以說，北京的大型公建用鋼結(jié)構(gòu)施工各具特色、各有難度。

　　超高層大跨度特殊造型是發(fā)展方向

　　歐陽超指出，今后鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展方向應該是超高層、大跨度和特殊造型三個方面。特殊造型以廣州電視塔和“央視”、“鳥巢”為代表，這些建筑的共同點是不可能采用混凝土施工。而目前如首都、武漢、白云機場以及一些現(xiàn)代化的火車站建筑形式也開始向空間曲線相連，大跨度的方向發(fā)展，這樣的結(jié)構(gòu)只能由鋼結(jié)構(gòu)的形式來完成。另外，鋼材級別越來越高，鋼結(jié)構(gòu)建筑的用鋼量也越來越大。北電中心約4萬噸、國貿(mào)三期約6萬噸、“央視”約12萬噸。