我國鋼結(jié)構(gòu)電視塔設(shè)計(jì)與施工概況

左林生 夏大橋 王謙 徐濤 趙海龍

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)水平的提高，工程設(shè)計(jì)和施工也逐步走進(jìn)了世界前列。在我國電視塔的設(shè)計(jì)與施工過程中，鋼結(jié)構(gòu)是常見的一種形式，由于電視塔傳播、通訊等功能的需要，其外觀一般高大、多樣，在城市建筑中較為引人注目。另一方面，在我國城市化進(jìn)程不斷加快，中心城區(qū)建筑密集，房屋建筑增高的情況下，電視塔的設(shè)計(jì)建造也在不斷的改進(jìn)和發(fā)展。本文主要探討我國鋼結(jié)構(gòu)電視塔設(shè)計(jì)與施工的狀況。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)電視塔；設(shè)計(jì)；施工；概況

中圖分類號：TU279.744 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0106-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的發(fā)展，通訊和傳媒的需求大大增加，電視塔的功能也逐漸拓展，從原本的調(diào)頻發(fā)射到后來拓展到經(jīng)濟(jì)貿(mào)易領(lǐng)域，形成了電視塔特有的多功能格，如娛樂、旅游、商貿(mào)等都利用電視塔的高度進(jìn)行自己的商業(yè)文化的宣傳。在國內(nèi)外的電視塔的實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)，其經(jīng)濟(jì)效益不可估量。由于電視塔一般高度較高，在其設(shè)計(jì)和施工過程中較長使用鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)由于其自重輕、韌性好、強(qiáng)度高、加工方便等特點(diǎn)，在我國高層建筑中發(fā)展較快。另外，同混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)想比，鋼結(jié)構(gòu)也更符合國際發(fā)展的潮流。電視塔代表著一個城市的發(fā)展風(fēng)貌，其形象的設(shè)計(jì)和城市的地域文化和民俗精神息息相關(guān)，反映出一個城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和科學(xué)文化水平，對城市的發(fā)展有重要的影響。

1 鋼結(jié)構(gòu)電視塔的優(yōu)勢

在電視塔的設(shè)計(jì)和建造中，其高度一般高于普通的建筑物，其結(jié)構(gòu)主要有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在電視塔的發(fā)展過程中，鋼筋混凝土塔多采用圓形的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其技術(shù)上較為成熟，施工難度低、時(shí)間短，材料省而造價(jià)低，但是其重量太大，地基處理較為困難，在多震區(qū)其自重較大，可能加大地震發(fā)生的幾率。因此，相交于混凝土結(jié)構(gòu)的電視塔，鋼結(jié)構(gòu)的建筑輕便，造型多樣，地基處理較為簡單，防震的性能較好。但是鋼結(jié)構(gòu)電視塔也具有防腐性能方面的缺點(diǎn)。隨著城市空氣污染的加重，城市酸雨的次數(shù)和降雨量都大大增加，對鋼結(jié)構(gòu)電視塔的腐蝕加強(qiáng)。在建造鋼結(jié)構(gòu)電視塔中應(yīng)該做好防腐的維護(hù)工作，使用油漆，熱浸鋅和熱噴鋁等技術(shù)，提高鋼結(jié)構(gòu)電視塔的防腐性能。

1.1 鋼結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度高，自重輕

鋼結(jié)構(gòu)具有材料強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)自重輕等特點(diǎn)。相對于鋼筋混凝土而言其強(qiáng)度較高，承重能力較大，在高層建筑中能夠減少材料的使用。另外，鋼材的自重較輕，其容重和屈服強(qiáng)度比也即P=Y/F在所有材料中比值較小。因此，其自重結(jié)構(gòu)使得鋼筋混凝土的抗震性性能方面具有較大的優(yōu)勢。并且在地基軟弱的地區(qū)，鋼材結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸和安裝較為方便，能夠減少施工的難度。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)的韌性高，塑性較好

鋼材具有較高的塑性和延展性，在工業(yè)生產(chǎn)中其質(zhì)量能夠進(jìn)行嚴(yán)格的控制，因此鋼材具有較大的可靠度。因此，鋼材較其他工業(yè)材料而言，其置地較為均勻，并且其彈性模量大，使其具有較高的塑性和韌性。由于鋼材的塑性較大，鋼結(jié)構(gòu)承受較大的重量時(shí)不會發(fā)生突然斷裂的情況，而是首先產(chǎn)生較為明顯的塑性變形，當(dāng)變形超過臨界點(diǎn)時(shí)才會發(fā)生斷裂，不容易產(chǎn)生較嚴(yán)重的損失。由于鋼材具有較高的韌性，使鋼結(jié)構(gòu)能夠抵抗較高的動荷載。在地震地區(qū)，其作用十分明顯。在震區(qū)和高層的建筑中，鋼結(jié)構(gòu)由于其計(jì)算精確，結(jié)構(gòu)安全，抗震性能好，使用較為廣泛。

1.3 鋼結(jié)構(gòu)加工、制造簡單、使用方便

隨著我國鋼鐵的使用量增加，鋼鐵工業(yè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，鋼結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)逐步成熟。鋼結(jié)構(gòu)具有加工、制作較為簡單等特點(diǎn)。在工業(yè)的建造和使用中，鋼材料的使用十分廣泛。鋼結(jié)構(gòu)材料只需要在鋼材料加工廠進(jìn)行簡單的加工制作，便可完成，運(yùn)輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場之后，通過工人的組建便可完成。其施工方便，內(nèi)容簡單，能夠有效縮短工期。另外，鋼結(jié)構(gòu)還可以使用螺栓連接，在施工的過程中，方便拆卸和搬運(yùn)，提高施工的進(jìn)程。這樣，通過簡單的加工和制作，運(yùn)用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行電視塔的建造，對于縮短工期，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有較大的幫助。

1.4 鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效果好，綠色環(huán)保

由于鋼結(jié)構(gòu)的自重輕，制作方便，承重能力較高，耗費(fèi)材料較少，因此，使用鋼材料所耗費(fèi)的材料成本較小。另外，使用鋼材料的施工時(shí)間較短，耗費(fèi)的人力、物力資源較少，其總的建造費(fèi)用較低。對企業(yè)來說，使用鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效果較好。鋼結(jié)構(gòu)又是一種綠色環(huán)保的工業(yè)材料，能夠重復(fù)循環(huán)使用，能夠減少資源的浪費(fèi)，提高資源的使用效率。在使用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行電視塔的設(shè)計(jì)和施工中，其泥沙。水石等材料使用較少，能夠減少資源的浪費(fèi)。鋼材料的施工較為簡便，施工環(huán)境相較于鋼筋混凝土來說較為干燥。隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑的改造、重修的情況越來越多，尤其是電視塔之類的建筑物，更新較快，而使用鋼結(jié)構(gòu)后，能夠進(jìn)行回收利用，減少資源的浪費(fèi)，提高城市建筑的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。使用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行城市電視塔的建設(shè)也更符合綠色城市和國家可持續(xù)發(fā)展的要求。

2 鋼結(jié)構(gòu)電視塔的建造外形設(shè)計(jì)

2.1 多邊形的電視塔外觀

電視塔代表著一個城市的經(jīng)濟(jì)和文化水平。因此，其設(shè)計(jì)和施工對城市的發(fā)展有一定的影響。一座世界聞名的電視塔對于提高城市形象，豐富城市文化氣息，增強(qiáng)城市的藝術(shù)魅力有重要的作用。例如，法國巴黎的埃菲爾鐵塔建造于1889年，其造型優(yōu)美，結(jié)構(gòu)精致，享譽(yù)全球。電視塔一般由天線桿、塔身、塔樓、塔腳四部分組成。鋼結(jié)構(gòu)的電視塔多為多邊形的塔身，其空間鋼架有四邊形、六邊形和八邊形等。其中，具有對稱結(jié)構(gòu)的塔身視覺效果較非對稱結(jié)構(gòu)的視覺效果為好。塔身的立面大多為拋物線，結(jié)構(gòu)造型優(yōu)美，亦有折現(xiàn)形狀，約三分之一高度以下為折線，如果折線較多，則亦可組成拋物線。如果折線轉(zhuǎn)折角度較大，斜率明顯，則可組成較為顯著的折線性電視塔。在電視塔的建造中，其形式多樣，風(fēng)格迥異，其多數(shù)造型較為新穎[1]。

傳統(tǒng)的電視塔多仿照中國寶塔的形狀而建造。其外形古樸美觀，但形式不免單一、乏味，缺少創(chuàng)新之意。因此在電視塔的發(fā)展過程中，其形狀不斷創(chuàng)新、發(fā)展，出現(xiàn)了多變形等造型的塔，如‘艾菲爾塔形和‘三葉草式電視塔。其中，‘艾菲爾塔形在我國江南建造較為廣泛。而‘三葉草式，由其外形似三葉草而得名，塔身為一個三角形截面，且每個一定距離有剛度較大的環(huán)梁將其連接。除此之外，還有其他多邊形的電視塔。

2.2 形式多樣的塔樓

隨著電視塔功能的進(jìn)一步拓展，其塔樓的使用也更加豐富。許多電視塔的塔樓應(yīng)用到商業(yè)之中，作為多功能的電視塔樓。電視塔的塔樓外形最多的是球形，其結(jié)構(gòu)簡單，造型優(yōu)美，在我國的使用也較為廣泛，如上海、佛山、青島等地。球形的塔樓又可分為有豎向外墻的，其球網(wǎng)僅起到承重結(jié)構(gòu)的作用。另外有一種塔樓外墻與網(wǎng)孔一致，球網(wǎng)起承重和維護(hù)的作用。

另外，還有碗型塔樓、碟型塔樓等形式。其中碗型塔樓我國斗拱構(gòu)造相似，塔底有短幅射梁支撐，形成上大下小的碗狀結(jié)構(gòu)。也有碟形塔樓，多為上托下拉的結(jié)構(gòu)，外形像飛碟。還有平面的塔樓，其外形為圓形或正多邊形。塔樓不拘何種樣式，重要的是保持電視塔的整體結(jié)構(gòu)，做到各部分相協(xié)調(diào)，避免出現(xiàn)突兀感。從整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上來說，避免出現(xiàn)塔尖構(gòu)造，以免加快塔樓的磨損，并且尖角會加劇風(fēng)的摩擦，造成巨大的噪音[2]。

在鋼結(jié)構(gòu)電視塔的設(shè)計(jì)中還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐娜宋谋尘啊⒐に嚄l件、氣象環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境等因素，不僅滿足其多功能的需要，還要兼顧文化、旅游等，最大程度的凸顯出當(dāng)?shù)氐牡赜蛱攸c(diǎn)，起到提升城市形象的作用。

3 鋼結(jié)構(gòu)電視塔的施工概況

3.1 鋼結(jié)構(gòu)電視塔的施工

現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)電視塔，其制作與施工過程都比較簡便。鋼材的延展性、韌性和剛性都比較好，在高層建筑中使用具有較大的優(yōu)勢。大型的電視塔多使用空間析架鋼管結(jié)構(gòu)，不同的結(jié)構(gòu)部位使用不同形狀的鋼材，其施工與建造皆較為方便。例如，鋼結(jié)構(gòu)電視塔的塔柱、橫桿等多使用鋼管結(jié)構(gòu)，通過法蘭盤栓相接，增加電視塔塔柱的承受能力，并且能夠節(jié)約鋼材的使用，減少項(xiàng)目的成本。鋼管的制作簡便，外形美觀，相對于其他形狀圓形具有風(fēng)阻小的特點(diǎn)。因此，在鋼結(jié)構(gòu)電視塔的施工中，較多采用鋼管結(jié)構(gòu)。另外，鋼結(jié)構(gòu)的剛性較大，承重能力較強(qiáng)，便于拆卸和重復(fù)利用，能夠減少材料的利用，提高資源的利用效率，起到保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源的效果。

鋼結(jié)構(gòu)電視塔的施工和安裝都較其他材料為不同，其主要工程是鋼結(jié)構(gòu)的拼接和安裝。鋼結(jié)構(gòu)電視塔有散裝和焊接等形式。鋼管焊接不需要法蘭盤，但是現(xiàn)場的施工費(fèi)用加大，整體形象光潔，十分美觀。散裝需要法蘭盤向銜接，施工費(fèi)用較焊接為小。另外，隨著施工技術(shù)的發(fā)展，還有其他的安裝施工辦法?？傮w來說，鋼結(jié)構(gòu)電視塔的施工較為簡便，但是存在復(fù)雜的綜合安裝。例如，在電視塔安裝時(shí)采用全螺栓連接的方式，其技術(shù)含量較為復(fù)雜，安裝工程的難度也較大[3]。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)電視塔的防腐施工

鋼材的防腐性能較差。隨著城市空氣污染的加劇，酸雨的次數(shù)和程度增加，對鋼結(jié)構(gòu)電視塔的腐蝕性能也在加強(qiáng)，電弧噴鋅和熱浸鋅是鋼結(jié)構(gòu)建筑防腐蝕處理中較為常用的方法。為了提高鋼結(jié)構(gòu)電視塔的防腐性能，在施工工程后期需要進(jìn)行防腐除銹工作。首先清除鋼材表面的異物，進(jìn)行防銹油漆的刷涂。如果鋼材已經(jīng)生銹則需進(jìn)行除銹處理，有手工。機(jī)械和化學(xué)等除銹方法。然后刷涂防銹油漆。電弧噴鋅（鋁）是戶外鋼防腐的有效方法，其中電弧噴鋅的防腐年限較長，效果較好。電弧噴鋅工藝需要事先進(jìn)行除銹工作，噴砂除銹或者酸洗除銹，打磨后進(jìn)行熱浸鋅的噴涂。而熱浸鍍鋅的防腐年限較短，并且有機(jī)涂料層和鋼材表面的粘結(jié)力較小，經(jīng)過較長時(shí)間的腐蝕后，表面涂料容易發(fā)生脫落。因此，在酸雨和大氣腐蝕強(qiáng)度高的環(huán)境下，電弧噴鋅技術(shù)的使用較為廣泛。最后，還要注意鋼結(jié)構(gòu)電視塔的維修和保護(hù)，根據(jù)鋼材的老化程度定期進(jìn)行維修和沖刷，保證電視塔的正常安全運(yùn)營。

4 結(jié)語

隨著我國社會的發(fā)展進(jìn)步，電視塔的功能和用途不斷擴(kuò)大，其結(jié)構(gòu)和類型也變得多樣。鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、韌性好、強(qiáng)度高、加工制作方便、能夠循環(huán)使用，綠色環(huán)保等優(yōu)勢，因此使用鋼結(jié)構(gòu)建造電視塔能夠減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)壓力，帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。在鋼結(jié)構(gòu)電視塔的設(shè)計(jì)中，要兼顧技術(shù)、文化等多種因素，使鋼結(jié)構(gòu)電視塔做到結(jié)構(gòu)新穎、外形美觀，富有人文特色，提升城市形象。另外，鋼結(jié)構(gòu)電視塔的施工較為簡便，但是要注意對鋼材防腐措施的處理。隨著科技的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)電視塔的設(shè)計(jì)和施工也會不斷進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]龔劍，朱毅敏，薛偉辰，等.超大型工程混凝土結(jié)構(gòu)與材料性能的設(shè)計(jì)及其施工關(guān)鍵技術(shù)[J].建筑施工，2012，（1）：1-3.

[2]侯現(xiàn)創(chuàng).關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)電視塔與輸電塔設(shè)計(jì)方法區(qū)別的研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2005.

[3]龔劍，周虹，李慶，等.上海環(huán)球金融中心主樓鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模板工程施工技術(shù)[J].建筑施工，2006，（11）：855-859.