廣州是一個匯聚創(chuàng)新智慧的城市，在充滿期待和憧憬的21世紀，廣州翻開嶄新的一頁。在新城中軸線與珠江景觀軸的匯合點，崛起了婀娜多姿的“廣州塔”。作為世界最高電視觀光塔和中國最高建筑，在第16屆亞運會開閉幕式上，“廣州塔”綻放出璀璨的光芒，不僅成為羊城耀眼新地標，也是世界經(jīng)典鋼結構建筑中最具有時代性的標志性建筑。
敢為人先引領潮流
大膽設想勇于挑戰(zhàn)
“廣州塔”高600米，由一座高達454米的主塔體和一個高100多米的天線桅桿構成。其結構設計新穎、時尚，造型優(yōu)美、線條流暢、結構獨特。 “廣州塔”的精彩，就在于挑戰(zhàn)中國建筑工程綜合能力和水平。“廣州塔”整個塔身是鏤空的鋼結構框架，24根鋼柱自下而上呈逆時針扭轉，每一個構件截面都在變化。令人難以想象的是，鋼結構外框筒的立柱、橫梁和斜撐都處于三維傾斜狀態(tài)，這對鋼結構件加工、制作、安裝以及施工測量、變形控制都帶來很大的挑戰(zhàn)。再加上扭轉的鋼結構外框筒上下粗、中間細，結構穩(wěn)定性設計和鋼結構精度計算非常復雜。廣州建筑工程監(jiān)理有限公司易容華高級工程師是位曾負責多個國家級大工程的監(jiān)理，他對記者說：“象‘廣州塔’這么高難度的鋼結構建筑很特別，它有幾大難點，第一，塔身鋼結構外框筒的24根鋼立柱向上延伸，底部直徑在2米通過緩慢地變坡，至外框筒頂端454米處直徑為1.2米，其誤差小于5毫米。一般的空間鋼結構是整體垂直，安裝節(jié)點的座標相對好控制。但是，‘廣州塔’鋼結構外框筒要控制橫梁上下位置和斜撐管口中心點的座標。每個構件安裝定位要很精確，才能確保454米處的誤差小于5毫米，這就要求鋼結構件從落料、放樣、成形、焊接、預拼等都要達到十分精確的要求。由于‘廣州塔’造型的特殊性，外框筒鋼結構件每一個截面不一樣。”易總對記者算了一筆帳，他說：“僅鋼結構外框筒‘廣州塔’有1104根鋼柱不一樣，1104根環(huán)梁不一樣，1104根斜撐不一樣，這么多不一樣的鋼結構件的加工、制作其難度可想而知。江蘇滬寧鋼機作為‘廣州塔’外框筒A標段及天線桅桿鋼結構的制造商，不僅要掌握鋼立柱在向上延伸變坡高達454米時，誤差小于5毫米，而且還要控制鋼立柱自下而上的逆時針扭轉變化系數(shù)。第二，‘廣州塔’中間混凝土核心筒與鋼結構外框筒材料上的差異，形成樓層梁和外框筒的沉降不一致。為了調(diào)整鋼構件與主體結構的相對位置的正確性，在聯(lián)接處大膽采用雙向鉸來調(diào)整上下、左右的變形因素，但是這樣一來對鋼結構的加工、制造、安裝提出新的要求，有許多節(jié)點必需通過三維座標來控制鋼柱本體相對位置的精確度。”
為了滿足“廣州塔”造型藝術的需要，鏤空的鋼結構外框筒與塔身中的核心筒有一段距離，其結構很特殊。廣州市設計院副總工程師、廣東省土木建筑學會建筑結構學術委員會副主任委員周定對記者說：“受世人矚目的‘廣州塔’是目前世界上最高的電視塔。由于‘廣州塔’特殊的結構形式，嚴格地講它不屬于建筑物而是構筑物，一般地來講建筑物梁和柱外面是包外皮的。而‘廣州塔’核心筒的邊線和外筒還有距離，有了這個距離樓板就不延伸到外筒。那么就靠24根梁來跟它連接，整體的剛度就弱化，因為外筒在溫度、風荷載、地震的影響下都會有水平的扭轉。為了解決這個問題，我們作了不少的課題研究、試驗和專家論證，比如外筒的穩(wěn)定性是在清華做的，通過穩(wěn)定試驗和理論分析，使我們創(chuàng)新技術轉化為現(xiàn)實。”一個好的建筑設計必定要有一個與其相匹配的結構設計，而“廣州塔”在外型設計上獨樹一幟，在結構上大膽創(chuàng)新，應用許多新技術，尤其是鋼結構。廣州市設計院鋼結構設計部總工程師楊漢倫對記者說：“可以這么說，‘廣州塔’設計有設計的難度，施工有施工的難度。鋼結構加工、制作確實很不容易，鋼構件的接點都有空間座標，因為管體是扭曲的，所以在工廠加工需要十分精確。一般一個穩(wěn)定設計是下大上小，而‘廣州塔’是中間細上下兩部分大，大部分的荷載都從上面往下傳。加上塔體自身在風洞作用下產(chǎn)生的擺動，和風本身的速度，其震動頻率會產(chǎn)生共鳴，在一定程度上加大了塔體的擺動。‘廣州塔’鋼結構設計在許多方面超出常規(guī)，挑戰(zhàn)了鋼結構規(guī)范。所以我們通過許多試驗，對塔身的水平分量垂直分量等變形因素進行精密計算，確保塔身的穩(wěn)定性。‘廣州塔’還有一個是打破常規(guī)的設計，就是環(huán)梁與斜撐不是在一個平面上，從結構上講它沒有形成一個穩(wěn)定結構的幾何體，這樣一來對構件節(jié)點的剛性約束不利，我們在同濟大學做了試驗解決了問題。在‘廣州塔’的建造過程中我們做了很多的試驗、分析，比如：風洞試驗、鋼結構節(jié)點試驗、整體穩(wěn)定試驗、振動臺試驗；穩(wěn)定性分析、承載力分析、變形控制分析等，為‘廣州塔’的成形傾注了大量科技工作者的心血和智慧，大膽創(chuàng)新勇于挑戰(zhàn)。”
科技領先精益求精
打造世界經(jīng)典工程
“廣州塔”鋼結構外筒是由上下兩個橢圓平面衍生出來的不規(guī)則網(wǎng)筒結構，橢圓橫截面沿整個建筑高度是連續(xù)變化的。鋼結構外筒是結構的主要抗側力體系，主要由鋼管構件組成，包括鋼管混凝土立柱、鋼管環(huán)梁和鋼管斜撐。鋼管混凝土立柱共24根，呈傾斜狀沿直線至塔頂454米，鋼立柱鋼管是略帶錐度的錐形管。江蘇滬寧鋼機作為“廣州塔”A標段和天線桅桿這些重要鋼結構件的制造商，在總承包廣州市建筑集團有限公司、上海建工（集團）總公司聯(lián)合體的關心支持下，科技領先、嚴格把關、精益求精、質量第一，為了確保24根鋼立柱向上延伸變坡至外框筒頂端454米處其誤差小于5毫米，精心加工、制作了最好的鋼結構件。同樣，上海建工集團機施公司為“廣州塔”鋼結構件的順利安裝彰顯出企業(yè)雄厚的實力。
江蘇滬寧鋼機廣州分公司周仲強總經(jīng)理對記者說：“廣州塔是廣州市重點工程，第16屆廣州亞運會開閉幕式主要區(qū)域的所在地。業(yè)主在工程招投標時有一套很嚴格的程序，滬寧鋼機有幸承攬‘廣州塔’A標段和天線桅桿的鋼結構加工、制作，我們感到責任重大。為了做好‘廣州塔’的工程，特別是在加工制作錐形柱與環(huán)梁、斜撐等外框筒重要核心部件時，我們滬寧鋼機處處以質量第一，做好每件鋼結構件。尤其是確保各連接節(jié)點的組裝工藝精確度，進行鋼構件的預拼裝，確保下道工序的正常運轉和安裝質量達到規(guī)范、設計要求，滿足現(xiàn)場一次拼裝和吊裝成功率，減少現(xiàn)場拼裝和安裝誤差。特別是鋼結構外筒所有構件都呈空間三維傾斜，又附帶各種節(jié)點分段，鋼立柱的安裝精度為1/2000，且不能大于5毫米，遠遠高于一般超高層建筑和塔桅的安裝精度要求。為了保證構件的安裝空間絕對位置，減小現(xiàn)場安裝產(chǎn)生的積累誤差，公司進行外筒構件的預拼裝。制定合理的預拼裝方案極為重要，校正復驗、預留焊接收縮量，經(jīng)自檢滿足外觀質量標準的接頭處打上焊工編號鋼印，精心打造‘廣州塔’創(chuàng)建世界經(jīng)典精品工程，而加工、制作好每一根鋼結構件。”
在“廣州塔”的建設過程中，傾注了許多設計、施工單位工程技術人員的智慧。由于“廣州塔”是一個典型的管狀塔形鋼結構，并且結構體系十分龐大，高達600米，受力十分復雜。所以“廣州塔”所選用鋼材幾乎包含了目前國內(nèi)高層建筑用鋼中所有最高級別的鋼材，如Q460、Q390等系列鋼材，鋼結構件的厚板焊接難度高。要做好“廣州塔”的工程，鋼結構件的焊接是很關鍵的，就如廣州建筑工程監(jiān)理有限公司易容華高級工程師所說：“廣州塔鋼結構件的焊接直接關系到塔身的質量，在許多鋼結構企業(yè)中江蘇滬寧鋼機的焊接水平是很高的，企業(yè)不惜代價用最好的藥芯焊絲焊接，比一般的焊接材料貴三分之一，在業(yè)內(nèi)滬寧鋼機的質量是名副其實的，他們有完整的質量保證體系。”
為了比較全面了解“廣州塔”鋼結構部分的加工、制作的情況，記者采訪了廣州新電視塔建設有限公司董事長黃家添。作為廣州塔建設的當家人，談起江蘇滬寧鋼機在“廣州塔”的建造過程中所起的作用，他對記者說：“第一，‘廣州塔’和其它鋼結構項目不一樣，如央視、鳥巢等通過總承包來同業(yè)主簽合同，我們這個不一樣，鋼結構這一塊直接招標，和滬寧鋼機直接簽合同，在全國來說也是比較少的，說明鋼結構的重要性，鋼結構在整個電視塔的施工占了很大的比重。第二，‘廣州塔’鋼結構工程前后三年，鋼結構工程周期是比較長的。通過‘廣州塔’這一工程，證明滬寧鋼機是遵守合同的，能把握進度和工程的節(jié)點按時交貨。但是，這么大的工程在交貨過程中，還會受到各類不利因素的影響，如鋼材的供貨、氣候的影響等等，從宜興到廣州2000多公里的運輸，可以想象受到干擾有多少。滬寧鋼機克服冬天低溫以及南方梅雨這些對鋼結構件運輸不利的因素，一件件從宜興運到廣州，沒有耽誤總包的工期，滬寧鋼機守信譽、重合同。有些鋼結構的圖紙他們在施工中發(fā)現(xiàn)問題及時修改，主動彌補施工圖紙的缺陷。第三，滬寧鋼機很重視質量，他們不但重視工程的方案還重視材料，提高工人的素質。滬寧鋼機是代表著中國目前鋼結構加工、制作企業(yè)的實力。這個企業(yè)有活力、機制靈活，責任到人，有嚴格的質量管理制度和社會責任感。滬寧鋼機在董事長王寅大帶領下，為‘廣州塔’的建設作出了貢獻，受到廣州市領導的表揚。”
在建設“廣州塔”的2000多個日日夜夜里，建設者傾訴著太多的智慧與汗水，這座美麗的廣州新地標牽動了太多人的心。從建筑方案國際競賽，到社會公眾投票熱議，從政府領導高度重視，到中國工程院院士直接參與；從國家部委專題調(diào)研，到行業(yè)專家評估論證；從材料、施工、監(jiān)理、咨詢的國內(nèi)外招標，到科研課題立項、攻關和高等院校聯(lián)動；從承建企業(yè)的審慎把關，到每一個重大鋼結構節(jié)點難題的破解等等，體現(xiàn)了“廣州塔”的建設不同凡響，我們將記住建設者們?yōu)榫拇蛟?ldquo;廣州塔”創(chuàng)建世界經(jīng)典精品工程所作的貢獻。她將同廣州成功舉辦第十六屆亞運會一樣，給世人留下美好的記憶和無窮的回味。
