摘要： 本篇論文的目的是從荷載和結(jié)構(gòu)的角度評價上海東方明珠電視塔，首先簡要介紹東方明珠電視塔，然后從結(jié)構(gòu)作用、恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震等方面來評價東方明珠電視塔。通過實地觀察、網(wǎng)上查閱資料以及書本上的知識結(jié)合分析東方明珠電視塔。
關(guān)鍵詞：恒荷載；活荷載；風(fēng)荷載；抗震作用
在今年的十一黃金周，有幸跟朋友去上海旅游，不僅領(lǐng)略到了國際大都市的風(fēng)范，也見識了許多享譽國內(nèi)外的著名建筑。這次我要分析的建筑是國內(nèi)外知名的東方明珠廣播電視塔。
東方明珠坐落在中國上海浦東新區(qū)陸家嘴，毗鄰黃浦江，與外灘隔江相望，上海國際新聞中心所在地。東方明珠塔是由上�，F(xiàn)代建筑設(shè)計有限公司的江歡成設(shè)計，塔高468米。
東方明珠塔有15個觀光層，而外部最具特色的是把11個大小不一、高低錯落的球體串聯(lián)在一起。連接它們的是三根擎天立柱。讓人感覺到很有氣勢，它屹立在黃浦江畔傲視群雄，而大大小小的圓球在視覺上又給人非常親切的感覺。東方明珠上面小下面大有一種很穩(wěn)固很安全的感覺。這符合建筑的技術(shù)審美，其次這也能很好地克服高空中風(fēng)力對建筑的影響，使得受力均分。兩個主球體也是上面的小下面的大這不僅符合建筑上的技術(shù)要求，在建造東方明珠時可減少花費，其次也符合大眾的審美要求。而且這樣在水平風(fēng)力或地震的作用下就不容易遭到破壞。在結(jié)構(gòu)方面，由于各種力學(xué)的要求，所有結(jié)構(gòu)都必須保持均衡，東方明珠上的十一個球排列組合都以一定的規(guī)律進行，這樣才使得建筑物結(jié)構(gòu)化，受力合理化。同時，東方明珠上也用到了鋼架的設(shè)計，使用巨型鋼架與主體結(jié)構(gòu)連成整體而形成的固接，共同承擔(dān)豎向和水平地震的荷載。
在我分析，東方明珠在結(jié)構(gòu)作用上應(yīng)有兩項基本功能：第一是作為廣播電視塔，發(fā)射信號；第二是作為上海地標(biāo)性的建筑物，使去上海旅游的人游玩欣賞。所以針對這兩項結(jié)構(gòu)作用，建筑物必須符合框架造型美觀，建筑結(jié)構(gòu)結(jié)實這兩大基本條件。下面，我將通過荷載的角度進行具體的分析。
對于工程中所承受的作用可分為以下三種：1.按隨時間的變異分類；2.按隨空間的變異分類；3.按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)特點分類。其中，隨時間的變異可分為永久作用、可變作用和偶然作用。對于東方明珠的永久作用，應(yīng)該包含每層的屋面、球體部分、鋼架部分、塔頂及一些固定設(shè)備等。而且我們還須要考慮比一般建筑更多的因素。如結(jié)構(gòu)自重、人群作用、樓面及塔尖自重、風(fēng)壓力、土壓力、水壓力、雷電作用、超高層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
每一個建筑物都要承受荷載的作用，東方明珠受到的荷載包括活荷載、恒荷載、風(fēng)荷載等，在進行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時，我們先須要確定工程結(jié)構(gòu)上荷載的大小。
東方明珠的恒荷載：應(yīng)包括兩類，第一類是構(gòu)件的自重，包括結(jié)構(gòu)自重及相鄰構(gòu)件自重，若是算墻的自重就必須加上墻上作用的版、梁等自重。第二類扣除自重之后的恒荷載，包括裝修面層荷載、吊頂荷載等。
東方明珠的活荷載：按其時間變異特點，可分為持久性活荷載和臨時性活荷載。持久性活荷載是指樓面上在某時段內(nèi)保持不變的荷載，例如東方明珠電視塔的接受與發(fā)射設(shè)備、長期工作人員、餐廳每日用餐人數(shù)、酒店入住人數(shù)等，這些荷載一般變化不大。臨時性活荷載是指樓面上偶然出現(xiàn)的短期荷載，比如黃金周旅游人數(shù)眾多的時候。根據(jù)國家規(guī)范的《建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范》（GB 50009―2001）取標(biāo)準(zhǔn)值、組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)以及準(zhǔn)永久性值系數(shù)。不僅如此，在計算樓面活荷載時還要考慮樓面活荷載的折減。因為在設(shè)計梁、墻、柱和基礎(chǔ)時，還要考慮實際荷載沿樓面分布的變異情況，即在確定梁、墻、柱和基礎(chǔ)的荷載基本代表值時，還要按樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以折減系數(shù)。而且對于流動性人員的荷載一定要預(yù)留出很大的數(shù)目，因為東方明珠屬于旅游景區(qū)，在假期、黃金周等時候會有很大的人員流動。另外，在施工、檢修或是發(fā)生緊急情況的時候，東方明珠設(shè)有專門的平臺，供緊急情況使用。
雪荷載：是房屋屋面的主要荷載之一，屬于結(jié)構(gòu)上的可變荷載。雖然上海屬于華東地區(qū)，東南沿海，基本沒有什么大雪影響，但我們還是要作考慮的。下雪的時候，風(fēng)會把部分將飄落到屋面上的雪吹到附近的地面上或其他較近的物體上，這種現(xiàn)象稱為風(fēng)的飄積作用，實驗證明，風(fēng)速越大，房屋周圍建筑物越少，風(fēng)的飄積作用越小。雪荷載Sh等于基本雪壓S0與房屋積雪分布系數(shù)Ur乘積。江西、浙江地區(qū)的平均雪密度取0.2t/m2，上海的10年一遇雪壓值S0 =0.10KN/�，上海的50年一遇雪壓值S0 =0.20KN/�，上海的100年一遇雪壓值S0 =0.25KN/�雪荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)分區(qū)Ⅲ區(qū)。然而，東方明珠屬于特殊建筑物，應(yīng)具體部分具體分析屋面積雪分布系數(shù)。
風(fēng)荷載：在實際工程中，一般須要考慮幾十年的時間范圍內(nèi)最大風(fēng)速所產(chǎn)生的風(fēng)壓，則該時間范圍內(nèi)的最大風(fēng)速定義為基本風(fēng)速，而該時間范圍內(nèi)可理解為基本風(fēng)速出現(xiàn)一次所需要的時間，即重現(xiàn)期。
計算基本風(fēng)速的保證率是設(shè)計時必須考慮到的，設(shè)基本風(fēng)速重現(xiàn)期為T年、則1/T為每年實際風(fēng)速超過基本風(fēng)速的概率，因此每年不超過基本風(fēng)速的概率或保證率P為：
P=1-1/T
我國建筑設(shè)計中的基本風(fēng)速重現(xiàn)期已由過去30年改為現(xiàn)在的50年。對高層結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)及對風(fēng)荷載比較敏感的結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期應(yīng)適當(dāng)提高。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（JGJ3―2002）規(guī)定：對于特別重要或?qū)︼L(fēng)荷載比較敏感的高層建筑，其基本風(fēng)壓應(yīng)按100年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值采用。所以，對于東方明珠這類的建筑物，風(fēng)速重現(xiàn)期應(yīng)設(shè)為100年，所以P=0.99。
順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)：風(fēng)壓高度變化系數(shù)和地面粗糙度指數(shù)α和梯度風(fēng)高度HT有關(guān)系。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB5009―2001）將地面粗糙度分為A、B、C、D四類，根據(jù)分類情況及地面粗糙度指數(shù)α和梯度風(fēng)高度HT如下所述。東方明珠位于上海市，雖然上海屬于東南沿海城市，但東方明珠位于上海的陸家嘴商業(yè)區(qū)并且周圍有許多高層建筑，所以我猜測應(yīng)該地面粗糙度應(yīng)屬于D類――有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。因此取αD=0.30，HTC=450m ，D類的風(fēng)壓高度變化系數(shù)uZ=0.318（z/10）0.60。當(dāng)已知電視塔所在地的地貌環(huán)境和工程結(jié)構(gòu)的基本條件后，可按確定工程機構(gòu)的基本風(fēng)壓ω0�風(fēng)壓高度變化系數(shù)uz，風(fēng)荷載體形系數(shù)us和局部風(fēng)壓體形系數(shù)us1，風(fēng)振系數(shù)βz和陣風(fēng)系數(shù)βgz，即可計算垂直于建筑表面的順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。
計算主要承重結(jié)構(gòu)時，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值ωk按如下公式計算：
Wk=βzμsμzw0
計算圍護結(jié)構(gòu)時，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值ωk按如下公式計算：
ωK=βgz us1uzω0
橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)：大多數(shù)情況下，橫風(fēng)向風(fēng)力較順風(fēng)向風(fēng)力小得多。然而，對于高層建筑、高聳塔架、煙囪等結(jié)構(gòu)物時，橫向風(fēng)作用引起的結(jié)構(gòu)共振會產(chǎn)生很大的動力效應(yīng)，甚至對工程設(shè)計起著控制作用。計算公式如下：
Wk=βzμsμzw0
抗震：為了減輕工程結(jié)構(gòu)的地震破壞，降低地震災(zāi)害造成的損失，需要進行工程抗震。減輕震害的有效措施包括對新建工程進行抗震設(shè)防和對已有工程進行抗震加固。由于地震的發(fā)生時間、地點和強度都具有不確定性，目前，為適應(yīng)這個特點，采用的方法是基于概率含義的地震預(yù)測。上�？拐鹪O(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速值為0.05g。做到：小震不壞、中震可修、大震不倒。
上海市近百年間曾發(fā)生過幾次有震感的地震，對于上海的建筑物一定要做好工程抗震，尤其像是東方明珠這種建造時間較早，而又中外馳名的建筑，一定要做好抗震加固。
凍土：由于上海市為處東南沿海，在東方明珠廣播電視塔的建造工程中，應(yīng)該不涉及凍土問題。
小結(jié)：由于本人所學(xué)知識有限，對于東方明珠廣播電視塔的分析可能比較淺顯，甚至?xí)性S多地方分析的出發(fā)點都不對。但是，通過在對東方明珠塔分析的過程中，我仔細地察看了土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法這本書，并且查閱了許多資料。了解了許多中外著名建造者的建造理念、設(shè)計方法等。對今后荷載與結(jié)構(gòu)工程設(shè)計方法，乃至土木工程專業(yè)的學(xué)習(xí)方法都有了幫助。
