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1、中央电视台新台址CCTV主楼钢结构施工技术浅谈摘要本文简述了CCTV主楼的工程概况，并针对该重大工程项目的特征，以及巨大的施工难度，特别是超大悬臂结构的超高空大跨度悬挑施工，施工单位研制了特大型塔吊在纯钢结构中的爬升施工技术、大型临时栈桥解决吊装受限的施工技术、预应力锚栓张拉技术、超大悬臂钢结构超高空安装技术等一系列先进的施工工艺与技术。关键词钢结构；悬臂钢结构；施工；安装；设计Construction Technology of Steel Structure of the New CCTV HeadquartersAbstract:The information about the con
2、struction are present,and based on the characteristics of the big building and much construction difficulty especially the construction of super-weight super-high-level cantilever structure on the new CCTV Headquarters steel structure,engineers develop some series of advanced construction technologi
3、es to construct the new CCTV Headquarters which are the climbing construction technology of super-large tower crane in steel structure,construction technology of large temporary landing stage to solve limited hoisting,tension technology of prestressed anchors and installation technology of super wei
4、ght super-high-level cantileversteel structure,etc.Keywords:steel structure;cantilever steel structure;construction technology;installation;design0前言中央电视台新台址位于北京东三环路的中央商务区内，由中央电视台(CCTV)主楼、服务楼、电视文化中心(TVCC)及室外工程组成。其中主楼高234米，地上52层、地下3层，设10层裙楼，建筑面积47万平方米。钢结构占地面积为115万,用钢量达1215万t,钢构件数量为412万多件,在安装过程中将使用高强螺
5、栓95万套,压型钢板2916万,栓钉148万套。 CCTV主楼由2座整体向内双向倾斜的塔楼通过底部裙楼和顶部的L形悬臂连成一体,构成一个折角门式建筑,塔楼从底部到顶部倾斜距离达36.955m。主楼外形如图1所示。悬臂结构从2座塔楼162.20m标高位置处分别外挑67.165m和75.165m,在空中合拢为L形空间结构体系。悬臂总重量为114万t,共有14层,平均高56m,宽39.1m。建筑外表面的玻璃幕墙由强烈的不规则几何图案组成，造型独特、结构新颖、高新技术含量大，在国内外均属“高、难、精、尖”的特大型项目。图1 CCTV主楼外形示意图2 CCTV主楼主要结构形式中国中央电视台大楼耗资50亿
6、元人民币。央视新大楼从设计图纸转入建设期。此前，央视新大楼因造价太高、造型特异、交通隐患等问题备受争议。该方案由世界著名建筑设计师、荷兰人雷姆库哈斯担任主建筑师，荷兰大都会建筑事务所负责设计。TVCC大楼主要由两部分功能组成，即五星级酒店和电视文化中心。酒店设置在TVCC大楼主体内。大楼的四五层内设酒店大堂及餐厅、商店、游泳池等公共活动场所。大堂上部南北两侧为300间客房合围成的中庭，主楼顶部为酒店的风味餐厅。从技术上讲，这座建筑存在很大难度。建筑外形就像是一只被扭曲的正方形油炸圈；两座竖立的塔楼向内倾斜，倾角很大；塔楼之间被横向的结构连接起来，总体形成一个闭合的环。 这样一种回旋式结构在建筑
7、界还没有现成的施工规范可循。塔楼连接部分的结构借鉴了桥梁建筑技术，不同的是，如果把那部分看作“桥”，它将是一座大得出奇、非常笨重的桥。这个桥的某些部分有整整11层楼高，桥上还包括一段伸出75米的悬臂，前端没有任何支撑。CCTV总部大楼的主要结构形态是一个由交叉三角形网状表面包裹的菱形圆。如图2所示。这种巨型的筒状结构具有优良的刚性、超静定性、坚固性和抗扭性等特征。建筑的立面、屋顶和底面都被交叉网状结构覆盖以分散荷载。因为建筑的形态复杂，致使其不同区域的受力强度不同，一些区域的受力强度比另一些高。为了使每一个网格内的各个构件承载相近的负荷，在受力较大的区域加大网格的密度；相反，在承载富余的地方删
8、去一些构件。这种不规则的交叉网格反应了从日常荷载到强地震的不同情况下实际结构受力的分布模式。1施工特点 CCTV主楼钢结构建造规模宏大,构件重、节点构造复杂,对构件吊装、测量定位、变形控制以及施工管理的要求非常高,需要有与之相匹配的特大型垂直运输设备、较高的施工平面管理水平以及先进的建造施工技术和施工措施。本工程因塔楼的双向倾斜设计和超大悬臂结构影响,在建造过程中主体结构的三维空间位形将受自重、日照、温差、风载摆动、基础沉降等因素影响而不断发生动态变化,为使结构完成后达到设计位形和尺寸要求,施工中需采取预调值反变形措施加以控制。为满足建筑美观、结构承力和使用功能要求,悬臂结构的体形庞大、外挑距
9、离长、超重,在安装中构件容易失稳,因此只有形成整体受力后,方能确保结构的整体稳定性和安全性。而且设计要求主体钢结构、楼面混凝土、幕墙、内装饰和机电设备等施工完成,即将加入使活荷载情况下,悬臂底部需呈水平,其施工过程将面临严峻的建筑力学考验,施工具有很大的难度和风险。为使2座塔楼的悬臂能在空中顺利实现转角合拢,确保结构安全,需要采取特殊的施工措施,运用先进的测量技术和施工方法克服因结构预调值处理、构件截面多样化以及结构位形动态变化而增加的测量控制难度,实现结构高精度合拢。本工程使用的钢材材质有Q235、Q345、Q390、Q420、S460等系列,现场焊接70%为高强厚板焊接,焊接母材强度高、焊
10、接量大、焊缝长、焊接收缩变形大、焊接质量要求高,如何控制焊接变形和应力消除,将直接影响结构安装成型,特别是重型钢柱的空间位置。2施工前的技术准备2.1结构施工计算和误差调整分析随着钢结构工程逐渐大型化,其施工技术要求越来越高,结构施工计算分析和施工误差调整分析越来越重要,它是进行这类工程施工最关键的技术措施之一,首先要保证结构施工计算的正确性,其次确保施工误差调整的可控性。同样,CCTV主楼钢结构各项施工方案在实施前就运用SAP、ANSYS、CAD等技术进行了大量的结构施工虚拟仿真计算分析,以论证、比较、判定施工方案的先进性和可操作性,同时确定了为控制、调整钢构件的位置和标高安装误差而采取的施
11、工措施,并且力求这些措施简单方便、误差调整快捷易行。2.2制定专项施工质量验收标准本工程大量使用Q390D、Q3420D和S460高强钢材、主要构件都是由厚板焊接而成、截面形状多样、多杆件汇交节点十分复杂。在施工中对构件外形尺寸、组装对位、空间三维坐标值如何控制才能达到要求,允许偏差控制在什么范围才能保证整个结构的倾斜度和结构合拢精度要求,这就要有相应的技术质量标准来指导和控制,而现行的钢结构施工规范对于这种特大型复杂高层重钢结构有一定局限性,不能完全满足施工需要,因此我们通过多方论证,在国家现行钢结构施工质量验收规范基础上,制定了中央电视台新台址钢结构安装工程施工质量验收标准,作为钢结构安装
12、的质量控制依据,以确保安装精度符合设计和使用功能要求。2.3构件分段与辅助连接耳板及吊点布置按照尽量降低对吊装设备的起重性能要求、减少吊装次数、满足结构受力和加工运输要求的原则,外框筒钢柱按2层分1节,核心筒和内筒钢柱按3层分1节。分段后的构件大部分为大型超重构件,为方便吊装就位、校正和临时固定,确保安装顺利和安装精度,需采取大量的施工技术措施,以降低施工操作难度。因此用于临时连接、吊装吊点、倾斜角度调节等临时连接耳板的布置就成为整个钢结构安装最重要的一个环节,经计算,设置的临时连接耳板就有1150t。这些临时连接耳板需要根据钢构件倾斜角度和构件重量,事先在构件上设置,并在深化设计图中同构件一
13、起体现,在工厂制作中将其焊接在构件上规定位置。2.4选择吊装设备根据CCTV主楼钢结构单重在1080t的构件较多、吊装就位距离远的实际情况,通过吊装工况计算分析,每座塔楼各选择了1台M1280D动臂塔吊和1台M600D动臂塔吊分别作为主吊和辅吊。2.5确定钢柱安装坐标值与标识运用虚拟仿真技术,按照施工顺序与步骤对结构进行反变形计算分析,确定出钢柱预调值,由此分别计算出钢柱顶部的深化设计坐标值和安装坐标值。每节钢柱选取至少3个点位进行坐标控制,在制作中将这些点位进行明显标识,它是钢柱吊装就位时的唯一控制依据,关系着构件安装的准确性,必须做到万无一失、高精确。3施工方法 本工程钢结构采用多台动臂塔
14、吊同时对2座塔楼、裙楼展开安装,核心筒与内框筒钢结构由中间向四周对称安装并领先外框筒钢结构23层,而外框筒钢结构安装随建筑物的倾斜方向以平面对角为分界线依次对称进行。主体钢结构安装与压型钢板、混凝土施工、防火涂料、幕墙等专业施工保持46层的施工节奏。2座塔楼钢结构安装到顶部后,通过塔吊内爬移位后分别对塔楼1和塔楼2的悬臂采用分离延伸、局部合拢、块体扩大、高空散件安装的方法进行施工。悬臂施工完成后,安装在裙楼后浇带、裙楼与塔楼的连接角部、悬臂腋部预留的钢结构延迟构件。4关键的建造技术与施工措施4.1大型临时栈桥解决吊装受限的施工技术大型临时栈桥解决吊装受限的施工技术CCTV主楼钢结构施工作业面广
15、,受地下室施工影响施工现场狭窄,构件的现场运输和起吊区设置受场地限制,增加了现场平面管理难度。若吊装起吊区设在建筑物外围,一是没有空阔的场地可利用,二是距离远,塔吊对重型构件的吊装受限。而建筑物内其他结构同时施工,不能提供有利的场地。因此为使现场通道畅通、利于构件倒运和起吊,同时也利于其他专业施工,在塔楼1和塔楼2的内侧各设置了1座重达600多t的大型施工钢栈桥,栈桥架设在基础上,顶面与室外地面相平,这有效地解决了塔吊吊装起重受限和构件现场转运的问题。施工钢栈桥平面布置如图3所示。图4 塔吊布置示意图3 施工钢栈桥布置示意 4.2大型塔吊在纯钢结构中爬升施工技术塔楼1和塔楼2核心筒的电梯井内各
16、设置1台M1280D动臂塔吊和1台M600D动臂塔吊,随主体钢结构的安装上升而爬升,根据工况分析计算,将塔吊的2道爬升支撑体系的间距控制在1723m,由于结构倾斜,为满足塔楼顶部和悬臂构件吊装要求,钢结构施工到一定高度后,塔吊需要进行多次移位重装。电梯井为纯钢结构,没有剪力墙,而特大型塔吊在纯钢结构中进行附着爬升,在国内尚属首次。因此运用计算机技术模拟施工工况,建立施工计算模型,在核心筒钢柱四周设立临时柱间支撑,对结构进行临时加固处理,以减少塔吊运行中对结构的影响,确保结构安全。塔吊布置如图4所示。4.3预应力锚栓施工技术塔楼及裙楼的外框筒钢柱柱脚采用预应力锚栓固定,预应力锚栓直径为75mm,共583套,埋设角度与相应的钢柱一致。由于预应力锚杆长度较长,最长达6m,且与水平面有68145的夹角,为了保证预应
