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    奧林匹克公園多功能演播塔工程異形構(gòu)件加工制作方案簡(jiǎn)介
    
                                  
                    
    作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
    
					時(shí)間：2009-12-22 20:26:20					[收藏]
    
               
    
                
    				
    				
    

               
    
               
      
				提  要：本文介紹奧運(yùn)轉(zhuǎn)播塔的結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)的加工制作單元?jiǎng)澐帧⒉糠止?jié)點(diǎn)處理方法及異形構(gòu)件加工制作。
      
    關(guān)鍵詞：嵌套節(jié)點(diǎn) 異形構(gòu)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(qū)，用地西側(cè)與中軸線景觀大道相接，北臨中一路、東側(cè)和國(guó)家體育場(chǎng)的訓(xùn)練場(chǎng)相連。規(guī)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(zhuǎn)播，在2008年奧運(yùn)會(huì)期間，向特權(quán)轉(zhuǎn)播商提供拍攝奧林匹克中心區(qū)，以?shī)W運(yùn)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觀光廳。
      
    多功能演播塔的設(shè)計(jì)吸取了中國(guó)傳統(tǒng)建筑文化中“塔”的元素，用鋼結(jié)構(gòu)和玻璃幕墻等先進(jìn)技術(shù)和現(xiàn)代手筆抽象表達(dá)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)層塔樓平面邊長(zhǎng)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(kuò)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)層塔樓設(shè)有兩層，上層為電視演播室工作平臺(tái)，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(wèi)生間外其他為室外設(shè)備平臺(tái)。
      
    首層大廳為擴(kuò)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(shè)備層。平面布置圖如圖2所示。
      


      

      
二、結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)介
      
    奧運(yùn)轉(zhuǎn)播塔首層及第一和第二演播室結(jié)構(gòu)軸測(cè)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(jié)構(gòu)為位于結(jié)構(gòu)三個(gè)角部的空間格構(gòu)柱，此三根格構(gòu)柱的內(nèi)部空間為結(jié)構(gòu)的樓梯間，三根格構(gòu)柱承擔(dān)結(jié)構(gòu)全部豎向荷載。位于結(jié)構(gòu)三個(gè)角部的格構(gòu)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(chǔ)，承受結(jié)構(gòu)的側(cè)向荷載，格構(gòu)柱局部示意圖如圖4所示。
      
    演播塔結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)直接承受結(jié)構(gòu)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(gòu)柱。
      


      


      


      

      
三、結(jié)構(gòu)加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝子結(jié)構(gòu)單元的拆分
      
    奧運(yùn)多功能演播塔總用鋼量約為1800噸。單純從噸位衡量，工程規(guī)模不大。但由于結(jié)構(gòu)為空間受力結(jié)構(gòu)，構(gòu)件眾多，大部分構(gòu)件為焊接箱形截面構(gòu)件，在桿件匯交位置節(jié)點(diǎn)處理復(fù)雜，且存在焊縫規(guī)避和合理安排板件組裝順序等難題。
      
    根據(jù)深化設(shè)計(jì)詳圖統(tǒng)計(jì)，全部結(jié)構(gòu)由約11萬(wàn)塊板件組成，工廠加工制作和現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量十分巨大。如何將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)加以拆分，合理確定加工和安裝分段，對(duì)結(jié)構(gòu)合理進(jìn)行簡(jiǎn)化處理是此工程中需要認(rèn)真解決的問(wèn)題。
      


      
1.空間格構(gòu)柱弦桿與演播室樓層梁及棱線鋼梁匯交節(jié)點(diǎn)處理
      
    空間格構(gòu)柱弦桿與演播室樓層梁及棱線鋼梁匯交節(jié)點(diǎn)如圖6所示。在此節(jié)點(diǎn)處共有水平樓層梁，棱線鋼梁，樓梯間交叉支撐和樓梯梁共5根構(gòu)件與格構(gòu)柱弦桿相交。其中水平樓層梁為梯形截面構(gòu)件，棱線斜梁為異形箱形截面構(gòu)件，交叉支撐與樓梯梁為焊接箱形截面構(gòu)件。
      
    如果此節(jié)點(diǎn)采用鋼板焊接節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)區(qū)將存在大量的交叉焊縫，而且由于箱形截面構(gòu)件中橫隔板數(shù)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(xiàn)。因此，此節(jié)點(diǎn)采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)處理。每個(gè)鑄鋼節(jié)點(diǎn)單獨(dú)加工完成后與格構(gòu)柱弦桿焊接為一個(gè)安裝分段運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。
      
2.格構(gòu)柱弦桿與交叉支撐連接子結(jié)構(gòu)加工分段拆分
      
    格構(gòu)柱弦桿與交叉支撐連接子結(jié)構(gòu)模型如圖7所示。一側(cè)弦桿為箱形截面柱，另外一側(cè)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(jié)點(diǎn)形式，分別為節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3。節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)3均單獨(dú)加工成型。
      
    為了加強(qiáng)支撐與弦桿之間的連接剛度，節(jié)點(diǎn)1側(cè)面連接板整板下料，同時(shí)在構(gòu)件端頭作擴(kuò)大處理，如圖8所示。
      
    為便于現(xiàn)場(chǎng)安裝，節(jié)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(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。節(jié)點(diǎn)2焊接于一側(cè)箱形截面支撐，形成帶牛腿的構(gòu)件，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)時(shí)首先安裝，另外一側(cè)箱形截面支撐作為嵌補(bǔ)段現(xiàn)場(chǎng)安裝。
      
    節(jié)點(diǎn)3為“米”字型節(jié)點(diǎn)，加工完成后焊接于橫梁上運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)首先安裝，上下等截面箱形截面支撐作為嵌補(bǔ)段現(xiàn)場(chǎng)安裝。
      
3.格構(gòu)柱弦桿與樓梯梁連接子結(jié)構(gòu)加工分段拆分
      
    格構(gòu)柱與樓梯梁連接子結(jié)構(gòu)如圖9所示。為加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝方便，樓梯梁被分為Y形構(gòu)件和牛腿節(jié)點(diǎn)兩部分。牛腿節(jié)點(diǎn)單獨(dú)加工完成后焊接于樓梯間格構(gòu)柱弦桿運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。Y形構(gòu)件和位于Y形構(gòu)件與牛腿之間的嵌補(bǔ)段單獨(dú)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，首先焊接Y形構(gòu)件，最后安裝嵌補(bǔ)段。
      


      


      


      
4.演播室斜屋面子結(jié)構(gòu)加工制作拆分
      
    演播室斜屋面子結(jié)構(gòu)單元如圖10所示。斜屋面子結(jié)構(gòu)由屋面斜梁、牛腿節(jié)點(diǎn)、嵌補(bǔ)段、棱線鋼梁和水平鋼梁組成。
      
    斜屋面棱線鋼梁為異形的焊接箱形截面構(gòu)件，水平鋼梁為梯形截面。在鋼梁與屋面斜梁連接位置均設(shè)置了大量的內(nèi)隔板和加勁肋。為保證焊接要求，棱線鋼梁和水平鋼梁必須分段制作，在工廠拼接為整根構(gòu)件后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，如圖10所示。
      
    牛腿節(jié)點(diǎn)與屋面斜梁組成帶牛腿的構(gòu)件一起運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，兩端與水平鋼梁及棱線鋼梁焊接。嵌補(bǔ)段為規(guī)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(gòu)件大部分為箱形截面構(gòu)件，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常遇到構(gòu)件之間的連接焊縫與焊接箱形截面構(gòu)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(xiàn)，嵌套式節(jié)點(diǎn)在本工程中得到了大量的應(yīng)用，如圖11所示。
      
    圖11為多功能演播室棱線鋼梁與屋面斜梁連接節(jié)點(diǎn)。屋面斜梁上表面與棱線鋼梁上表面重合。如果直接焊接，現(xiàn)場(chǎng)焊縫將會(huì)與棱線鋼梁自身的組裝焊縫重疊。因此將棱線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?jī)?nèi)隔板的焊接
      
    由于本工程箱形截面構(gòu)件眾多，構(gòu)件與構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)位置大量設(shè)置了內(nèi)隔板。由于本工程箱形截面構(gòu)件截面尺寸很小，工人無(wú)法進(jìn)入構(gòu)件內(nèi)部焊接，因此內(nèi)隔板的焊接是一項(xiàng)非常困難的工作。針對(duì)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(nèi)隔板三面焊接，減少電渣焊的使用，避免電渣焊對(duì)小截面構(gòu)件的損害。
      
    （2）合理對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分段制作，將節(jié)點(diǎn)提取出來(lái)單獨(dú)加工完成。并結(jié)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(xiàn)對(duì)襯墊板的四面焊接。圖9和圖10中的構(gòu)件均為分段制作之后組裝完成。
      
    （3）在受力不大的節(jié)點(diǎn)位置，盡量采用“半肋”，即采用不填滿箱形截面內(nèi)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(gòu)件制作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)三面焊接。
      
3.異形構(gòu)件的加工制作
      
    由于多功能演播塔鋼構(gòu)件全部為外露構(gòu)件，且鋼結(jié)構(gòu)直接與結(jié)構(gòu)外建筑輪廓重合，在結(jié)構(gòu)構(gòu)型過(guò)程中采用了大量的異形構(gòu)件，給加工制作帶來(lái)一定困難。
      
    （1）樓梯間格構(gòu)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(nèi)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(nèi)部三角形橫隔板能實(shí)現(xiàn)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(jié)點(diǎn)區(qū)與屋面斜梁焊接，為保證構(gòu)件壁板的局部穩(wěn)定及節(jié)點(diǎn)區(qū)剛度，在節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)焊接橫向及縱向隔板。為保證節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)部隔板的焊接，所有節(jié)點(diǎn)區(qū)均單獨(dú)制作成型，之后與梯形截面構(gòu)件拼接完成整根構(gòu)件的制作。
      
    （3）多功能演播廳棱線鋼梁
      


      

      
多功能演播廳棱線鋼梁為異形箱形截面構(gòu)件，如圖14所示。由于演播廳結(jié)構(gòu)建筑外形為錐形，錐形的兩個(gè)錐面在棱線鋼梁上匯交，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(chǔ)上對(duì)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(gòu)件。與其他構(gòu)件相似，所有節(jié)點(diǎn)區(qū)均單獨(dú)制作完成，以保證節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)部隔板的焊接要求。組裝時(shí)根據(jù)截面形狀制作特殊的胎架進(jìn)行組裝。
      

      
五、結(jié)論
      
    從演播塔工程的深化設(shè)計(jì)，加工制作和現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程，可以得到以下結(jié)論。
      
    1.箱形截面構(gòu)件的匯交節(jié)點(diǎn)一般內(nèi)部有眾多的橫隔板和加勁板。在深化設(shè)計(jì)過(guò)程中要盡量簡(jiǎn)化隔板的設(shè)置，并合理規(guī)劃隔板組裝順序，確保滿足設(shè)計(jì)要求的焊接和構(gòu)造要求。
      
    2.箱形截面構(gòu)件節(jié)點(diǎn)應(yīng)該合理規(guī)劃連接板的設(shè)計(jì)，避免大量的焊縫重疊現(xiàn)象，以保證節(jié)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(jié)點(diǎn)區(qū)的脆性破壞發(fā)生。
      
    3.對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)要合理進(jìn)行拆分，確定的加工分段不但要便于加工制作，還需滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝方便的要求。
      
          
		  
      				
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