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奧林匹克公園多功能演播塔工程異形構件加工制作方案簡(jiǎn)介

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]

    提 要：本文介紹奧運轉播塔的結構體系，鋼結構的加工制作單元劃分、部分節點(diǎn)處理方法及異形構件加工制作。
    關(guān)鍵詞：嵌套節點(diǎn) 異形構件


    一、工程概況
    奧林匹克公園多功能演播塔位于奧林匹克公園中心區，用地西側與中軸線(xiàn)景觀(guān)大道相接，北臨中一路、東側和國家體育場(chǎng)的訓練場(chǎng)相連。規劃用地面積6270m²,建筑占地面積1100m²。
    奧林匹克公園多功能演播塔的主要功能為電視轉播，在2008年奧運會(huì )期間，向特權轉播商提供拍攝奧林匹克中心區，以?shī)W運場(chǎng)館為背景的演播室。
    演播塔總高度為128米，可上人的塔樓高度為99.6米。共分七層塔樓，每層塔樓之間的距離為13.6米。首層塔樓為休息大廳或大演播廳，二至六層塔樓為演播室，頂層塔樓暫定為VIP觀(guān)光廳。
    多功能演播塔的設計吸取了中國傳統建筑文化中“塔”的元素，用鋼結構和玻璃幕墻等先進(jìn)技術(shù)和現代手筆抽象表達出輕盈、玲瓏、剔透、塔的特征。利用金屬的色澤及玻璃的晶瑩，營(yíng)造出一種強烈的視覺(jué)沖擊力,如圖1所示。

    多功能演播塔平面為等邊三角形，標準層塔樓平面邊長(cháng)為21米。三個(gè)角部為垂直交通核，其中兩部為疏散樓梯，另一部為消防電梯。三個(gè)垂直交通核在首層擴大并延伸出三部大樓梯，使露天疏散樓梯由塔樓至塔下建筑屋頂，在不穿過(guò)建筑屋頂并在適當部位直通向地面的室外疏散樓梯。
    每層塔樓之間的垂直距離為13.6米，每個(gè)標準層塔樓設有兩層，上層為電視演播室工作平臺，建筑面積約為340平方米，最低點(diǎn)約為2.7米，最高點(diǎn)約為7.0米。下層除衛生間外其他為室外設備平臺。
    首層大廳為擴大等邊三角形，面積約為1000平方米，最低點(diǎn)約為3.0米，最高點(diǎn)約為10.0米。地下一層為設備層。平面布置圖如圖2所示。


    二、結構體系簡(jiǎn)介
    奧運轉播塔首層及第一和第二演播室結構軸測圖如圖3所示。
    與一般的高層建筑不同，多功能演播塔為空間受力體系。演播塔主受力結構為位于結構三個(gè)角部的空間格構柱，此三根格構柱的內部空間為結構的樓梯間，三根格構柱承擔結構全部豎向荷載。位于結構三個(gè)角部的格構柱通過(guò)樓層梁相互連接，形成豎放的空間空腹桁架，底部固定于混凝土基礎，承受結構的側向荷載，格構柱局部示意圖如圖4所示。
    演播塔結構共有七個(gè)演播廳。每個(gè)演播廳形狀相似。演播廳由一個(gè)正放三棱錐和一個(gè)倒放三棱錐組成，如圖5所示。演播塔棱錐結構直接承受結構的豎向荷載并通過(guò)水平樓層梁將豎向荷載傳給角部的三根空間格構柱。




    三、結構加工和現場(chǎng)安裝子結構單元的拆分
    奧運多功能演播塔總用鋼量約為1800噸。單純從噸位衡量，工程規模不大。但由于結構為空間受力結構，構件眾多，大部分構件為焊接箱形截面構件，在桿件匯交位置節點(diǎn)處理復雜，且存在焊縫規避和合理安排板件組裝順序等難題。
    根據深化設計詳圖統計，全部結構由約11萬(wàn)塊板件組成，工廠(chǎng)加工制作和現場(chǎng)焊接工作量十分巨大。如何將復雜的結構加以拆分，合理確定加工和安裝分段，對結構合理進(jìn)行簡(jiǎn)化處理是此工程中需要認真解決的問(wèn)題。

    1.空間格構柱弦桿與演播室樓層梁及棱線(xiàn)鋼梁匯交節點(diǎn)處理
    空間格構柱弦桿與演播室樓層梁及棱線(xiàn)鋼梁匯交節點(diǎn)如圖6所示。在此節點(diǎn)處共有水平樓層梁，棱線(xiàn)鋼梁，樓梯間交叉支撐和樓梯梁共5根構件與格構柱弦桿相交。其中水平樓層梁為梯形截面構件，棱線(xiàn)斜梁為異形箱形截面構件，交叉支撐與樓梯梁為焊接箱形截面構件。
    如果此節點(diǎn)采用鋼板焊接節點(diǎn)，節點(diǎn)區將存在大量的交叉焊縫，而且由于箱形截面構件中橫隔板數量眾多，又要求四面全熔透焊接，加工制作難度極大，基本無(wú)法實(shí)現。因此，此節點(diǎn)采用鑄鋼節點(diǎn)處理。每個(gè)鑄鋼節點(diǎn)單獨加工完成后與格構柱弦桿焊接為一個(gè)安裝分段運至現場(chǎng)。
    2.格構柱弦桿與交叉支撐連接子結構加工分段拆分
    格構柱弦桿與交叉支撐連接子結構模型如圖7所示。一側弦桿為箱形截面柱，另外一側弦桿為三角形截面柱。弦桿與交叉支撐連接共有三種典型連接節點(diǎn)形式，分別為節點(diǎn)1、節點(diǎn)2和節點(diǎn)3。節點(diǎn)1、節點(diǎn)2和節點(diǎn)3均單獨加工成型。
    為了加強支撐與弦桿之間的連接剛度，節點(diǎn)1側面連接板整板下料，同時(shí)在構件端頭作擴大處理，如圖8所示。
    為便于現場(chǎng)安裝，節點(diǎn)1加工完成后焊接于箱形截面或者三角形截面弦桿，隨弦桿運至現場(chǎng)。節點(diǎn)2焊接于一側箱形截面支撐，形成帶牛腿的構件，運至現場(chǎng)時(shí)首先安裝，另外一側箱形截面支撐作為嵌補段現場(chǎng)安裝。
    節點(diǎn)3為“米”字型節點(diǎn)，加工完成后焊接于橫梁上運至現場(chǎng)首先安裝，上下等截面箱形截面支撐作為嵌補段現場(chǎng)安裝。
    3.格構柱弦桿與樓梯梁連接子結構加工分段拆分
    格構柱與樓梯梁連接子結構如圖9所示。為加工和現場(chǎng)安裝方便，樓梯梁被分為Y形構件和牛腿節點(diǎn)兩部分。牛腿節點(diǎn)單獨加工完成后焊接于樓梯間格構柱弦桿運至現場(chǎng)。Y形構件和位于Y形構件與牛腿之間的嵌補段單獨運至現場(chǎng)，首先焊接Y形構件，最后安裝嵌補段。



    4.演播室斜屋面子結構加工制作拆分
    演播室斜屋面子結構單元如圖10所示。斜屋面子結構由屋面斜梁、牛腿節點(diǎn)、嵌補段、棱線(xiàn)鋼梁和水平鋼梁組成。
    斜屋面棱線(xiàn)鋼梁為異形的焊接箱形截面構件，水平鋼梁為梯形截面。在鋼梁與屋面斜梁連接位置均設置了大量的內隔板和加勁肋。為保證焊接要求，棱線(xiàn)鋼梁和水平鋼梁必須分段制作，在工廠(chǎng)拼接為整根構件后運至現場(chǎng)，如圖10所示。
    牛腿節點(diǎn)與屋面斜梁組成帶牛腿的構件一起運至現場(chǎng)，兩端與水平鋼梁及棱線(xiàn)鋼梁焊接。嵌補段為規則的箱形截面焊接管，在斜屋面成型過(guò)程中為最后一道安裝工序。

    四、加工制作難點(diǎn)分析
    1.避免焊縫重疊處理
    演播塔構件大部分為箱形截面構件，在節點(diǎn)設計過(guò)程中經(jīng)常遇到構件之間的連接焊縫與焊接箱形截面構件四塊板件之間組裝焊縫重疊的問(wèn)題。為了避免此問(wèn)題的出現，嵌套式節點(diǎn)在本工程中得到了大量的應用，如圖11所示。
    圖11為多功能演播室棱線(xiàn)鋼梁與屋面斜梁連接節點(diǎn)。屋面斜梁上表面與棱線(xiàn)鋼梁上表面重合。如果直接焊接，現場(chǎng)焊縫將會(huì )與棱線(xiàn)鋼梁自身的組裝焊縫重疊。因此將棱線(xiàn)鋼梁上表面面板局部突出約100mm，嵌套入屋面斜梁翼緣板，可以避免焊縫重疊。

    2.大量?jì)雀舭宓暮附?br /> 由于本工程箱形截面構件眾多，構件與構件連接節點(diǎn)位置大量設置了內隔板。由于本工程箱形截面構件截面尺寸很小，工人無(wú)法進(jìn)入構件內部焊接，因此內隔板的焊接是一項非常困難的工作。針對這個(gè)問(wèn)題主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了簡(jiǎn)化：
    （1）在允許的情況下盡量將內隔板三面焊接，減少電渣焊的使用，避免電渣焊對小截面構件的損害。
    （2）合理對構件進(jìn)行分段制作，將節點(diǎn)提取出來(lái)單獨加工完成。并結合合理的板件組裝順序，采用帶襯墊板的單面剖口焊縫實(shí)現對襯墊板的四面焊接。圖9和圖10中的構件均為分段制作之后組裝完成。
    （3）在受力不大的節點(diǎn)位置，盡量采用“半肋”，即采用不填滿(mǎn)箱形截面內部空間的橫隔板，并采用三面焊接。這種“半肋”橫隔板可以在箱形截面構件制作過(guò)程中實(shí)現三面焊接。
    3.異形構件的加工制作
    由于多功能演播塔鋼構件全部為外露構件，且鋼結構直接與結構外建筑輪廓重合，在結構構型過(guò)程中采用了大量的異形構件，給加工制作帶來(lái)一定困難。
    （1）樓梯間格構柱三角形截面角柱
    樓梯間三角形截面鋼柱如圖12所示。鋼柱的組裝首先需要制作特殊的胎架。由于鋼柱內部需要焊接三角形橫隔板和矩形的半肋，三角形柱最后組裝的一塊蓋板需要分割為幾塊組裝，以保證內部三角形橫隔板能實(shí)現三面焊接。
    （2）演播廳水平梯形截面鋼梁

    梯形截面水平梁主要用于多功能演播廳的水平橫梁，如圖13所示。圖中節點(diǎn)區與屋面斜梁焊接，為保證構件壁板的局部穩定及節點(diǎn)區剛度，在節點(diǎn)區內焊接橫向及縱向隔板。為保證節點(diǎn)區內部隔板的焊接，所有節點(diǎn)區均單獨制作成型，之后與梯形截面構件拼接完成整根構件的制作。
    （3）多功能演播廳棱線(xiàn)鋼梁


    多功能演播廳棱線(xiàn)鋼梁為異形箱形截面構件，如圖14所示。由于演播廳結構建筑外形為錐形，錐形的兩個(gè)錐面在棱線(xiàn)鋼梁上匯交，為保持鋼梁面板與棱錐面一致，鋼梁在焊接箱形截面的基礎上對面板進(jìn)行彎折，形成如圖13所示的翼緣板彎折的箱形截面構件。與其他構件相似，所有節點(diǎn)區均單獨制作完成，以保證節點(diǎn)區內部隔板的焊接要求。組裝時(shí)根據截面形狀制作特殊的胎架進(jìn)行組裝。

    五、結論
    從演播塔工程的深化設計，加工制作和現場(chǎng)安裝過(guò)程，可以得到以下結論。
    1.箱形截面構件的匯交節點(diǎn)一般內部有眾多的橫隔板和加勁板。在深化設計過(guò)程中要盡量簡(jiǎn)化隔板的設置，并合理規劃隔板組裝順序，確保滿(mǎn)足設計要求的焊接和構造要求。
    2.箱形截面構件節點(diǎn)應該合理規劃連接板的設計，避免大量的焊縫重疊現象，以保證節點(diǎn)連接不但具有足夠的剛度，還具有必要的延性，盡量減少地震荷載作用下節點(diǎn)區的脆性破壞發(fā)生。
    3.對復雜結構要合理進(jìn)行拆分，確定的加工分段不但要便于加工制作，還需滿(mǎn)足現場(chǎng)安裝方便的要求。
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