“小蠻腰”—廣州塔建筑結(jié)構(gòu)分析

葉子昂

摘 要：廣州塔作為中國最高的建筑之一，是我國建筑歷史上的巨作，它是我國現(xiàn)代建筑的標(biāo)志。針對(duì)廣州塔建設(shè)的特點(diǎn)，本文就廣州塔的工程概況、建筑設(shè)計(jì)、幕墻系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行論述。結(jié)果表示廣州塔是我國建筑史上成功建筑的典范，其設(shè)計(jì)與建設(shè)均表示了我國建筑技術(shù)的先進(jìn)與現(xiàn)代化。

關(guān)鍵詞：廣州塔；超高層建筑；建筑結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：G624.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）13-0104-02

1 工程概況

廣州塔（英語：Canton Tower），就是我們熟知的小蠻腰，是廣州今年來新建的一座廣播電視塔。它位于赤崗塔，就在廣州市海珠區(qū)，可以說位于市中心，周圍有珠江新城，海心沙等著名場(chǎng)點(diǎn)。眾所周知，飛機(jī)轉(zhuǎn)向區(qū)所處位置周圍300米內(nèi)不能出現(xiàn)障礙物，而它就剛好處于一個(gè)轉(zhuǎn)向區(qū)內(nèi)，因此把塔身主體的高度定位454米，頂部高度為146米，總高度600米，當(dāng)之無愧的中國第一高塔。廣州城投集團(tuán)開始建設(shè)這項(xiàng)建筑，廣州市建筑集團(tuán)有限公司，上海建工集團(tuán)是主要的施工集團(tuán)，它的實(shí)際建筑面大約12萬平方米，并且它于2005年11月底開始動(dòng)工。2010年正式投入使用[1]。

廣州屬于熱帶季風(fēng)氣候，溫度比較高，下雨頻繁，很多日照，偶爾有雷暴還有臺(tái)風(fēng)是這座城市的地點(diǎn)，而廣州塔就在這樣一座城的中心，所以，如何抵抗狂風(fēng)，暴雨，甚至是溫度的影響，這對(duì)工程師們來說，是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

廣州塔（圖1）內(nèi)部分布著多種商場(chǎng)，建筑等，有多個(gè)功能區(qū)，還分布著許多游戲區(qū)，包括摩天輪，懸空走廊，旋轉(zhuǎn)餐廳等，而且憑借高度，這里又有著很好的觀光臺(tái)資源，天線桅桿488米處設(shè)有戶外攝影觀景平臺(tái)，是世界最高的戶外觀景平臺(tái)。

2 建筑設(shè)計(jì)

以“廣州新氣象”為主題。從外圍看過去，廣州塔的塔身設(shè)計(jì)非常有美感，他是一個(gè)漸變的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，但是又呈橢圓形上升，兩個(gè)橢圓的混合鋼（圖2）的外殼，不斷地向上旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成了廣州塔的造型還有空間結(jié)構(gòu)，兩個(gè)橢圓在各自的假象平面上扭轉(zhuǎn)，最后相交于135度，兩個(gè)橢圓扭轉(zhuǎn)在腰部收縮變細(xì)。廣州塔的底部，是格子式的結(jié)構(gòu)，相比較之下比較疏松，而腰部就像繩索交織在一起，形成如女子纖纖細(xì)腰的一個(gè)狀況，然后繼續(xù)向上，有鋼管支撐進(jìn)一步放大，變得疏松。兩個(gè)橢圓的存在很好的完成了控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)。不管你從哪個(gè)角度看廣州塔，看上去仿佛都是不一樣的。上下兩種不同的風(fēng)格給人以不同的體驗(yàn)[2]。

該塔用地面積還有所有的路面一起加起來大概22萬平方米，總建筑面積114054平方米，而其中，它內(nèi)部有44276平方米，而地面下的建筑大約69779平方米。這座電視塔的標(biāo)定層為5.2m，但它一共有88層，核心筒一共高454米；樓層37層，其余為鏤空層，地下2層。該塔的外層框架是典型的鋼結(jié)構(gòu)，混凝土的斜柱還有鋼的梁，斜撐一同支撐起來，共有462米高。而天線一共146米，是由鋼以及典型的箱梁構(gòu)成，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。它的總用鋼量是非常巨大的，一共有60000噸。

3 建筑幕墻系統(tǒng)

如果有幸進(jìn)入廣州塔，我們可以感到非常舒適，因?yàn)樗鼉?nèi)部光線非常充足，看上去非常光亮，室內(nèi)外空間相對(duì)一體，具有很好的藝術(shù)效果（圖3）。這完全是玻璃幕墻的功能，因?yàn)椴Ａ粔邮芄饩€后，可能對(duì)光線產(chǎn)生各種效果，具有很好的藝術(shù)性，而且外面也有比較好的感官效果。幕墻和環(huán)境完美的結(jié)合在一起，體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的觀念。廣州塔建筑面積為1140454平方米，其中幕墻面積為30000-50000平方米，幕墻類型為異形幕墻，由玻璃材質(zhì)與鋁制組成，面固定體系為明框幕墻。單元法，壓塊法一起施工，便于施工[3]。

3.1 建筑幕墻[4]材料

（1）玻璃幕墻單元部分采用8（HS）+1.52SGP+Low-e（HS）+12A+8（FT）+ 1.52SGP+8（FT）中空夾膠玻璃，夾膠膠片采用SGP膠片。（2）鋁制幕墻單元：內(nèi)外層鋁皮+蜂窩芯材=盒式蜂窩鋁板，總厚度為25mm，其中外層鋁片為1mm厚，內(nèi)層鋁片為0.5mm厚，蜂窩芯材為0.076mm厚。（3）在頂部的阻尼器層，用了兩層的光伏玻璃幕墻。

3.2 建筑幕墻[4]安裝

（1）點(diǎn)式玻璃幕墻被充分的使用在入口處的地方。（2）其他功能層幕墻結(jié)構(gòu)體系采用單元式幕墻。（3）幕墻的安裝支座采用三維可調(diào)節(jié)支座。

4 結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置[5]

對(duì)于超高層建筑來說，用全部的鋼結(jié)構(gòu)，是比混凝土結(jié)構(gòu)要有優(yōu)勢(shì)的，這是上世紀(jì)六七十年代的普遍共識(shí)。但是隨著對(duì)高度的要求，人們開始發(fā)現(xiàn)，單純的鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)慢慢的不太適用于這種高度，因?yàn)閱渭冧摻Y(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力不夠，不能有效抵抗風(fēng)荷載的影響（圖4）。

因此，人們開始使用混凝土還有鋼結(jié)構(gòu)的混合形式。我國如上海金茂大廈（1997，420m）、臺(tái)北 101（1998，448m）、香港國際金融（2010，420m）、廣州電視塔（2009，460m）、上海中心（2014，632m）。

4.1 結(jié)構(gòu)體系[6]

超高層建筑是100m以上的建筑，那么特殊建筑肯定存在著一些建筑的特殊問題：

（1）工程量大，施工周期長(zhǎng)。高層建筑因?yàn)楣こ痰墓ぷ髁糠浅４?，非常多，所以耗費(fèi)的時(shí)間肯定是很長(zhǎng)的，原因如下：其一，高度高，那么相對(duì)于的工程量大也就很正常了，即使每一層的量很小。其二，高度決定難度，高度雖然很好，但是相對(duì)應(yīng)的施工難度就大大提高。例如，高層建筑的混凝土施工還有各種材料在垂直方向的運(yùn)輸?shù)鹊?。?）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工技術(shù)難。地標(biāo)性建筑以及成為城市重要的標(biāo)志，地標(biāo)性建筑越來越傾向于建筑超高層建筑，尤其要有個(gè)性化等等。因此，為了保證在建筑高層結(jié)構(gòu)的時(shí)候的外觀還有質(zhì)量，我們要掌握比較新型的施工方法與技術(shù)，施工過程要嚴(yán)格控制。（3）管理復(fù)雜，地基要求高。

4.2 結(jié)構(gòu)布置[7]

核心筒結(jié)構(gòu)，顧名思義，就是中間是鋼筋混凝土核心筒的結(jié)構(gòu)，他是現(xiàn)在超高層建筑常見的一種結(jié)構(gòu)，而它的外圍是常見的框架，又名“框架-核心筒結(jié)構(gòu)”。而廣州塔是由鋼筋混凝土核心筒加外圍鋼結(jié)構(gòu)組成的，是高聳結(jié)構(gòu)，采用筒中筒體系（圖5）。

（1）外部。它的外身是銀灰色的鋼柱，呈圓形逐步扭曲成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，全部為玻璃幕墻，中間結(jié)構(gòu)收窄因此被稱為“小蠻腰”。廣州塔外筒為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，外筒柱的平面呈橢圓形，由-10m處的橢圓和450m處的橢圓旋轉(zhuǎn)45°而成其外筒節(jié)點(diǎn)錯(cuò)位相交區(qū)域變化大；其次是處地下室和平臺(tái)層之外，其他樓層板不與外筒相連。（2）內(nèi)部。廣州塔內(nèi)筒延其外墻洞邊緣設(shè)置了14根鋼骨柱，采用H型鋼，根據(jù)墻厚確定型鋼的高度形成了鋼骨混凝土外墻，確定了內(nèi)筒的延性和剛度。（3）連接。內(nèi)部有鋼梁往外伸出作為連接，內(nèi)外部連接在一起。

因?yàn)閺V州塔高度非常高，而且相對(duì)應(yīng)的表面積非常大，自振周期相對(duì)應(yīng)就比較長(zhǎng)，所以如何控制風(fēng)荷載成為設(shè)計(jì)的主要影響因素。廣州塔抗側(cè)力主要是靠鋼管混凝土斜柱、鋼斜撐和環(huán)桿來構(gòu)成。這些各個(gè)部位組成的牛腿還有一些桿件共同構(gòu)成了外部的筒體節(jié)點(diǎn)。

5 結(jié)語

廣州塔外形奇特，呈圓形逐步扭曲成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，中間結(jié)構(gòu)收窄；并且全部為玻璃作幕墻，更具有現(xiàn)代感。

廣州塔已經(jīng)成為廣州重要的地標(biāo)性建筑。新電視塔建設(shè)工程，是廣州的新地標(biāo)、新形象，有助于提升廣州的文化設(shè)施水平，并為建筑學(xué)提供一個(gè)成功典范。

參考文獻(xiàn)

[1]英國ARUP工程顧問，廣州市設(shè)計(jì)院.廣州新電視塔初步設(shè)計(jì)說明[R].2005.

[2]王偉明，周定，楊漢倫，等.GB 50135-2006高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2006.

[3]廣州塔外筒節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2012，42（5）：16-21.

[4]熊偉，周定，王偉明.廣州塔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2012，42（5）：13-15.

[5]CECS 28： 90鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S].北京：中國計(jì)劃出版社，1990.

[6]GB 50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[7]廣州新電視塔振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)報(bào)告[R].廣州：廣州大學(xué)，2005.