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鋼結構建筑的造型發展趨向

  在一個世紀以前,一場持續了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,點燃了建筑藝術新的火炬。以玻璃和鋼鐵為材料的建筑物由此而遍及全國,連一般連鎖店也成了鋼結構……

  而據有關專業數據統計,直到20世紀80年代中期,中國的鋼結構建筑還剛剛有了“零”的突破。雖然起步較晚,但中國的鋼結構建筑,卻是在一個很高的起點上,得到迅速發展。今天,談到建筑的代表作,人們或許立刻會想到“鳥巢”、央視新樓、廣州電視塔、上海環球中心……縱觀各地的城市建設,幾乎所有高大巍峨的地標性建筑都在建筑形式上選擇了鋼結構。

  據中建三局鋼結構專家歐陽超介紹,中國鋼結構施工的起點可追溯到1984年中建三局中標中國第一座鋼結構大廈——深圳發展中心。在當時以混凝土結構為主要形式的國內建筑施工領域,這稱得上是一片未開墾的處女地。當時該局選派10名焊工尖子東渡日本學習世界先進的二氧化碳氣體保護焊接技術。日本專家在了解到他們大多只有初中文化時,曾用羞辱的語氣斷言“他們能有三分之一合格就不錯”,因為在他們那兒文化基礎扎實的也得學3到6個月,而中國工人的合同學習期僅一個月。10名中國焊工每天集中學習7個小時,課余飯后也相互探討、切磋,30天后全部順利結業,扎實地掌握了完成深圳發展中心大廈工程必需的焊接絕活。在工程施工中,從焊接130毫米厚度刷新從前110毫米紀錄,到35萬延米焊縫經超聲波及滋粉探傷檢查全部合格,再到98%的焊接達到美國******(D級)標準……中國的鋼結構施工技術發展從此進入了快車道,在技術的支撐下,中國大地上的鋼結構摩天樓亦如雨后春筍般越建越多,越造越高。

  歐陽超說:“鋼結構現在比較流行,而且其造型和施工難度越來越高了”,比如在國內公共建筑具有代表性的央視新址工程,既有高度還有難度,是對不規則建筑結構施工的一次挑戰;廣州電視塔本身的塔形結構已是非常復雜,而用鋼結構施工就更加復雜;而“鳥巢”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)結構,且在雙挑的斜方向結構在重力的作用下會有一定的下垂;在一般的鋼結構工程中使用的鋼材級別多為Q345D或Q390D,而“央視”工程則采用了Q420D和Q460D,這在一般公共建筑中很少見。這給鋼材的制作和焊接帶來了很多技術難度和要求;兩棟塔樓組成并由14層大懸臂結構連接形成的一個巨大“門”字造型,對傳統建筑施工技術構成了令人望而生畏的挑戰。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,要求在鋼結構焊接過程中還需計算其預調值,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,由于結構傾斜,致使其每一根柱要在高空中定位,若加上預調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,超長超厚的鋼結構焊接在工程中很多。

  而“鳥巢”工程鋼結構的特點則是空間曲線結構,給鋼結構的制作帶來更高要求,因為一旦出現誤差,鋼結構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;銀泰中心工程施工的******難度是要在地面拼裝兩根39米長的桁架,然后用塔吊吊裝。歐陽超說,超高層鋼結構建筑,都涉及采用大跨度、超長焊接等施工工藝。

  歐陽超認為,今后鋼結構建筑的發展方向是在超高層、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、大跨度的方向發展,這樣的結構只能由鋼結構的形式來完成。另外,鋼材級別越來越高,鋼結構建筑的用鋼量也將越來越大。

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