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中国工程设计大师、华东建筑设计研究总工程师汪大绥说。高层建筑结构设计方面最难的是3个问题：倾斜、悬挑、扭转，央视新大楼占了2项。汪大绥和他的团队负责央视新大楼的结构设计。
尤其是，央视大楼倾斜的方向和悬挑的方向是一致的，就更给人一种视觉上的“摇摇欲坠”感。
“一个建筑方案的取舍，结构不一定是一个决定性因素，如果希望建筑成为一个标志的话，结构就会退居第二。”汪大绥说。
在这种情况下，央视新大楼既要保证安全性，又要体现经济性，就给结构设计带来了很多需要研究的问题。
对于高层建筑来说，抗震、抗风的最关键因素就是倾覆力矩，就是水平作用力与建筑高度的乘积。
另外，建筑在地震作用下抗震性能的好坏，取决于建筑本身的延性，也就是建筑是否能在地震往复位移中快速地消耗地震的能量。“因此我们希望柱子有很好的耗能机制。”
央视新大楼的柱子采用的是型钢组合柱，是由混凝土和钢两种材料组成的。出于抗震的要求，所使用的钢材必须要有很好的延性，可以发生很大的变形，但在变形耗能的过程中又不至于发生损坏。
据介绍，一般建筑使用的型钢组合柱中钢的比例在10%~15％，但是央视新大楼出于对外形的考虑，希望柱子的尺寸小一点，因此提高了含钢率，达到了30％。“含钢量如此高的柱子，它的力学特性怎样，之前不知道。”汪大绥说。
汪大绥解释说，测试含钢量30％的柱子延性，属于构件基本力学行为的试验，必须把含钢量从低到高，一点点做上去，做的时候还需要力的不同比例。要进行大量的试验，来验证高含钢率组合柱的受力性能。
经过测试，30%高含钢率组合柱在大震作用下，延性和钢柱基本相近，具有很好的抗震性能。“虽然高含钢率组合柱是在央视新大楼特定条件下的产物，以后也没有必要推广，但重要的是我们摸到了高含钢率柱子的特性。”汪大绥说。
另外，一般建筑的柱子只是在地震发生往复运动时局部受拉或瞬间受拉。而央视新大楼塔楼由于倾斜，有些柱子是永久性受拉。为了使永久性受拉柱坚固可靠，经受得住地震和大风的侵袭，设计还采用了高强(高强博客,高强新闻,高强说吧)度的锚栓，把柱子牢牢地锚固在底板里。
“这是大楼唯一采用进口钢材的地方，锚栓受拉承载力达到每平方厘米1万公斤，一般建筑的使用也就是4000~5000公斤。这种做法在房屋建筑中也很少用到。”
为了确保安全，汪大绥告诉记者，他们做了一个9米高的结构模型，按照最不利的荷载因素组合起来，放在一个能模拟地震的液压平台上，上面安装了数百个传感器，用来监控塔楼上1万多根构件的位移，并测量在不同情况下哪个部位承受的压力最大。“震到9度也没有震坏，确定是安全的。”
如何实现需要的斜率？ 对于这种从未实践过的建筑形式，央视新大楼的施工模拟显得异常重要。“大楼要通过特别的施工模拟分析，真实地反映建造过程中结构的受力状态。”
倾斜的建筑，都存在P—△效应，也就是说，建筑结构在外力的作用下，会进一步增加侧移值，并且引起结构内部各构件产生附加内力。由于P—△效应的影响，将降低结构的承载力和结构的整体稳定。
按照设计，央视大楼的塔楼倾斜度为6度，如果建筑在建造过程中不断加大倾斜度，“我们如何实现我们需要的斜率呢？”
“也就是说，我们势必需要一个反向的变形，但每一个点要反向倾斜多少，不是一句话说得清楚的。我们需要根据施工过程中的变形情况反向变形，这对我们这个大楼非常重要。”
而为了控制变形，建筑的重量越轻越好。但央视新大楼如此庞大，以至于仅钢结构自身就重达12.5万吨，再加上楼板及玻璃幕墙的重量以及施工过程中使用的荷载（设备、人）的重量，对控制结构变形提出了巨大挑战。
“对于结构设计来说，除了结构自身的重量外，其他的荷载能晚点上就晚点上。等2个塔楼通过悬臂连起来后形成一个完整的整体后再施加其他重量，对结构变形的影响就比较小。”汪大绥说。
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发表于 2012-6-4 10:32:14
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发表于 2012-6-4 19:46:05
