建造央視大樓花了200億,這錢都花在什麼地方了?

建築 CCTV 力學 健身 奶茶 中大網校工程考試 2018-12-12

這棟巨構建築馳名中外,但也備受爭議。它高237米,在超高層建築當中並不是特別出彩,但其形狀實在太“扎眼”了,使得其周圍一眾比它高的建築都“黯然失色”。

建造央視大樓花了200億,這錢都花在什麼地方了?


一方面,這棟建築結構複雜,設計標準極高,施工難度與科技含量空前,造價更是接近200億。它被美國《時代》評選為2007年世界十大建築奇蹟,是集建築科技最高水平的大成之作;另一方面,它也由於造型古怪而頗受爭議:許多頂級藝術家、建築師認為它造型新穎,是全世界優秀的地標建築,但也有很多人認為它過於怪異,甚至戲稱它為——“大褲衩”。

沒錯,它就是央視新總部大樓。

建造央視大樓花了200億,這錢都花在什麼地方了?


央視新總部大樓

它並不像一般的大樓那樣直上直下,而是彎折成一個扭曲的環形。其主體包括兩座雙向傾斜6°的塔樓、連接兩個塔樓底層的裙樓和頂部標誌性的懸臂結構。

這絕對異於常規大樓的設計,和看上去違反力學常識、“氣死牛頓”的結構,使它看起來如同一隻舞動著身軀的鋼鐵巨獸。而要讓這座鋼鐵巨獸屹立起來,難度必定卓絕。下面我們就來一探究竟,瞭解你不知道的“大褲衩”。

一.懸臂——“扭曲”部位建造難度大

央視新總部大樓最大的特色就是它“扭曲”的部位——頂端伸出的懸臂。這個尖角下無支撐,重力要側向傳遞給兩邊的塔樓,再由塔樓傳遞到地面。這樣,在懸臂和塔樓的拐角處就會形成很大的彎矩,應力很大,進而對設計提出很高的要求。

高應力是個啥?舉個例子,你可以將一個20公斤的啞鈴輕易舉過頭頂,但是如果要求你兩臂平舉,20公斤的啞鈴舉起來就有些難度了,甚至連更輕的也舉不起來,不信你去試試。

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“懸臂結構”示意,圖片來自網絡

我們將啞鈴的重力作為“力”,而你胳膊的長度作為“力臂”,那麼在你肩膀處所受到彎的作用就被稱為“彎矩”。“彎矩”=“力”ד力臂”。同樣重量的啞鈴,“力”一定,胳膊越長,你肩膀受到的彎矩也就越大,肩膀也就越累。而央視大樓的懸臂就長達75米,對塔樓頂部的彎矩作用也就可想而知。

要滿足這樣大彎矩作用下的安全,必定需要高超的設計手法和先進的施工技術。

建造央視大樓花了200億,這錢都花在什麼地方了?

央視總部大樓中最容易搖晃的辦公室(偷偷說一句小道消息,聽說這間辦公室是臺長的哦!)

一座建築除了必須要滿足安全需求之外,還要滿足使用需求。北京的上空大風凜冽,時常還要刮幾場沙塵暴。如果建築的設計和施工不夠巧妙,建築的剛度不足——換句話說,建築不夠“硬”的話,那麼每當颳起大風,坐在懸臂最外端的那間辦公室裡的人就會像盪鞦韆一樣。說是安全沒有問題,可是人害怕呀!

建造央視大樓花了200億,這錢都花在什麼地方了?

施工中的央視總部大樓。可以看到,兩側懸臂分別同時施工,於中間搭接。

高標號鋼材——“冷熱酸甜”都受得住

要解決懸臂帶來的這一系列難題,需要從許多角度入手,其中最根本的,就是建築材料本身必須具有高強度、高性能。央視大樓採用了大量的高標號鋼材,如Q390D、Q460E等。

相比起普通建築用鋼,這些鋼材不僅強度高,而且綜合力學性能好,焊接性、冷、熱加工性能和耐蝕性能均好,並具有良好的低溫韌性,可以說是“冷熱酸甜”都受得住呀。在受力結構複雜的部分,如主樓與裙房的轉換處、主樓懸臂的腋部等,採用更高性能的合金鋼。

鋼材焊接——強結點,弱構件

與鋼材本身的性能同等重要的,是鋼材之間的焊接。如果焊接強度不夠,結構就會在受力時從焊接處破壞,鋼材的強度再高也無法發揮。因此,必須保障焊接的強度比構件本身的強度高,正所謂“強結點,弱構件”。

針對央視總部大樓中所使用的高強度、大厚度鋼板,在焊接過程中進行坡口控制、溫度控制等一系列控制措施,既保障焊接強度,又減小焊接過程中產生的誤差。

焊接完成後,還會採取整平、烘烤、超聲波震動等方式降低構件內部的殘餘應力,使焊縫更加牢固。

二、10萬噸混凝土,連起來可繞地球5圈

央視大樓總共用了四萬多件鋼構件、總重達14萬噸。如此沉重的結構必須安置在極其牢靠的基礎之上,否則“基礎不牢、地動山搖”,再精巧的地上結構也無法保持穩固。

因此,本工程採用了超厚大體積混凝土作為基礎筏板,平均厚度七米,最厚處達10.9米,最大的一次澆築混凝土方量達4萬立方米,這在全世界都是史無前例的。這4萬立方米的混凝土約合10萬噸,如果換成等重的某牌奶茶,可以繞地球五圈呢。

建造央視大樓花了200億,這錢都花在什麼地方了?

換成奶茶的混凝土,圖片來自網絡

三、整體監測,全面把控

1、混凝土的精準配方

混凝土是一種脆性材料,抗壓不抗拉。如此大體積的混凝土澆築在一起,互相約束又難以散熱,很容易因材料的熱脹冷縮而產生裂縫。大體積混凝土的抗裂問題始終是建築行業的一大難題。

在央視大樓工程中,項目部特意召開了由國內知名專家參加的專家論證會,確定混凝土的配方以降低溫度、保障強度。

在澆築中,佈置大量的溫度傳感器時時監測溫度變化,及時調控散熱速率。除此之外,還在混凝土中摻加了高效膨脹劑以補償混凝土的過度收縮,摻加了聚丙烯纖維材料以增強其抗開裂性能。強大的基礎,保障了穩固的建築。

2、“內外結合”,精準測量“對接”

央視大樓的難,本質上就是因為其不規則的形狀。對於一般的高層鋼結構,橫平豎直,採用鋼尺、水準儀就能控制誤差。而央視大樓的塔樓雙向傾斜,常規方法無法精確測量,誤差累積嚴重。

在施工各個階段,包括主體鋼結構、樓面混凝土、幕牆在內的多種構件相互聯結,結點無數。一根20米長的構件,如果一端僅僅偏差1分的角度,另一端就要偏差6毫米寬。幾根這樣的構件聯結,誤差就會累積到幾個釐米。這麼大的誤差意味著,在合攏時構件之間根本無法對準,合不上了——那之前一切努力就都白做了。

更何況,工地不是實驗室,施工中的誤差來自於方方面面,每天的風荷載、日照、溫度等都不相同。任何一處小小的誤差累積起來都會產生巨大的偏差,這些都對施工的質量和建築物的監測提出了極高的要求。

邊施工,邊監測,邊修正

央視大樓創新性地採用了“內控法”與“外控法”相結合的方法進行測量。採用高精度全站儀高程傳遞和空間三維座標測量技術,並配合GPS全球衛星定位技術進行基準點位的校核,確保塔樓和懸臂精度達標。除了預先的定位之外,施工過程中還對結構稜角、腋部、轉換桁架、懸臂等關鍵部位選取600多個監控點,實時觀測其三維座標變化情況,確保精度。

建造央視大樓花了200億,這錢都花在什麼地方了?

好吧好吧,說人話就是——一邊施工,一邊監測,一邊修正。

針對一座如此複雜的建築,它的各個關鍵節點是很難一成不變的,在施工過程中難免發生變化。因此,在施工的過程中,工程師們會持續性地觀測節點位置的偏差,一旦發生了偏移就及時進行修正,直至懸臂合攏,施工完成。

即使在所有施工全部完成之後,仍然有許許多多的測量點在繼續工作,監視著這座大樓的每一處微小變形。一旦超出了工程師們的忍耐區間,大家就會迅速組織評估和針對性的維修。

這座鋼鐵巨獸看起來“搔首弄姿”,其實靠譜著呢!

結語

應當說,央視總部大樓並不是結構上最合理的建築,其建築難度和造價都是遠高於普通建築的。但是,用高超的建築科技來完成一個看似不可能完成的建築,這也是人類挑戰自我的表現。這座舞動的鋼鐵巨獸已經成為了我們當代的建築奇觀,它身上所體現出的人類科技之光必將在歷史的長河中閃閃發亮。

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