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中原第一鋼塔鋼結(jié)構(gòu)是這樣煉成的
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http://m.szycnet.cn 發(fā)表日期：2010-12-10 15:02:55
蘭格鋼鐵 |
朱喜旺又一次來(lái)到河南廣播電視發(fā)射塔(以下簡(jiǎn)稱發(fā)射塔)工地視察，這是2010年11月19日中午，他在工地板房食堂就餐，糊涂面條、蒸南瓜。匆匆吃完，轉(zhuǎn)頭去找工程師方保祿說(shuō)事兒。
五年零十個(gè)月，這個(gè)工地朱喜旺來(lái)了無(wú)數(shù)次，他是省廣播電視發(fā)射臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)，還有個(gè)身份是省廣播電影電視局工程辦主任。
如果說(shuō)省委、省政府、省廣電局是發(fā)射塔的締造者，那么朱喜旺就是親手“扶”起高塔的那個(gè)人。
388米、2.2萬(wàn)噸鋼材、世界全鋼結(jié)構(gòu)第一高塔；大型構(gòu)件160多個(gè)，小型構(gòu)件10多萬(wàn)個(gè)，660300個(gè)螺栓……朱喜旺帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)，完成了世界上最復(fù)雜的鋼構(gòu)“拼圖”。
通向鋼塔的道路布滿荊棘
在接受本報(bào)記者專訪前，作為現(xiàn)場(chǎng)施工的總指揮，提及發(fā)射塔這個(gè)話題，朱喜旺從來(lái)不對(duì)媒體多說(shuō)一句話。
內(nèi)心的巨大壓力，已經(jīng)讓他習(xí)慣于“少說(shuō)話，多做事”，一塊石頭壓在胸口就讓人悶不過(guò)氣，何況是一座388米的高塔。
省“十一五”重點(diǎn)文化建設(shè)項(xiàng)目，省廣電局“雙新戰(zhàn)略”重要工程之一，戴在發(fā)射塔頭頂?shù)摹懊弊印毕喈?dāng)有分量。2005年1月，朱喜旺上任工程辦主任時(shí)，欣喜與壓力交織。
這個(gè)喜歡挑戰(zhàn)，曾在南開(kāi)大學(xué)運(yùn)動(dòng)會(huì)獲得短跑季軍的中年人，早就對(duì)自己的體育生涯不抱任何幻想，現(xiàn)在，388米的世界第一鋼塔，就是他的比賽�！笆∥⑹≌�、省廣電局黨組如此重視的一個(gè)大工程，交給我現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)，肩上擔(dān)子太重了。”朱喜旺為了這份信任，五年零十個(gè)月，做好一件事——安全無(wú)誤豎起這座鋼塔�！斑@不是一座簡(jiǎn)單的塔�！敝煜餐牡谝桓杏X(jué)就是：通向它的道路布滿荊棘。
施工難度大于“鳥(niǎo)巢”
“荊棘”首先來(lái)自發(fā)射塔獨(dú)特的設(shè)計(jì)。作為中原又一地標(biāo)性建筑，它的設(shè)計(jì)“不走尋常路”。
諸多國(guó)內(nèi)頂尖高手云集中原，“頭腦風(fēng)暴”為發(fā)射塔獻(xiàn)策獻(xiàn)力。其中有東方明珠塔的總設(shè)計(jì)師、中國(guó)工程院院士江歡成；東方明珠塔施工總工程師、中國(guó)工程院院士葉克明；中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)主任陳祿如……最后，確定上海同濟(jì)大學(xué)教授、高聳結(jié)構(gòu)委員會(huì)主任委員、國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)頂尖專家馬人樂(lè)為總設(shè)計(jì)師。
這是一座世界上絕無(wú)僅有的鋼塔，它的結(jié)構(gòu)形態(tài)取“鼎立中原”、“五福綻放”之意。塔樓共高12層，地面4層為一個(gè)“大圓鼎”，頂部是一朵綻放的“梅花”，5組共10根巨大的鋼柱，呈雙曲拋物線狀挺拔向上，托起5個(gè)巨大的“梅花瓣”。
這是一座世界上再破紀(jì)錄的鋼塔，塔樓高268米，頂部桅桿天線高達(dá)120米，總高度為388米，比全鋼結(jié)構(gòu)世界第一高的烏克蘭基輔電視塔高8米，比法國(guó)埃菲爾鐵塔高64米�！安蛔邔こＢ贰薄ⅰ敖^無(wú)僅有”和“再破紀(jì)錄”，決定了它的施工難度也將超乎想象。當(dāng)年“揉出”北京奧運(yùn)會(huì)“鳥(niǎo)巢”的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)，在此次競(jìng)標(biāo)中落選。
畢竟，這是目前中原的新高度，由2.2萬(wàn)噸鋼構(gòu)件交織而成的美麗弧線，既是呈現(xiàn)獨(dú)特設(shè)計(jì)風(fēng)格的美學(xué)元素，又是支持主體建筑的骨架；畢竟，縱橫交錯(cuò)的鋼結(jié)構(gòu)，既是發(fā)射塔最華彩的部分，也頂著世界最高的頭銜。
世界上最復(fù)雜的鋼構(gòu)“拼圖”
發(fā)射塔施工分三大步驟：地下樁基結(jié)構(gòu)施工、鋼結(jié)構(gòu)施工、建筑內(nèi)外裝修與機(jī)電設(shè)備安裝調(diào)試。而鋼結(jié)構(gòu)施工，屬于技術(shù)上最艱難的部分。
一個(gè)名叫“青島東方鐵塔”的企業(yè)，不聲不響地承擔(dān)了鋼結(jié)構(gòu)的加工制作和施工安裝任務(wù)。換句話說(shuō)，他們?nèi)喑隽税l(fā)射塔的骨架�！爸拦局袠�(biāo)后，我只高興了5秒鐘。”“青島東方鐵塔”的姜瑞寬說(shuō)。而后，巨大的壓力撲面而來(lái)。
首先是主體鋼構(gòu)件——就是被鄭州市民親切稱呼為“麻花”的部分，采用的是“桉葉糖”設(shè)計(jì)，它的橫截面就像是一個(gè)被磨圓角的等邊三角形。
這樣的設(shè)計(jì)，保證了整個(gè)結(jié)構(gòu)很強(qiáng)的受壓程度和剛度，但也給施工增加了想象不到的難度。用姜瑞寬的話說(shuō)：“身高68.5米的'鳥(niǎo)巢’鋼結(jié)構(gòu)，跟388米的發(fā)射塔根本不在一個(gè)重量級(jí)上�！�
跟鋼鐵打交道多年的姜瑞寬，是個(gè)實(shí)在人，他絲毫不掩飾拿到設(shè)計(jì)圖紙后的緊張心情，大構(gòu)件160多個(gè)，小構(gòu)件以10萬(wàn)計(jì)，他要帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，完成世界上最復(fù)雜的鋼構(gòu)“拼圖”。
最重構(gòu)件近40噸，160多個(gè)大構(gòu)件“長(zhǎng)相”各異
發(fā)射塔之所以難，正是其設(shè)計(jì)風(fēng)格所決定的。所有的鋼構(gòu)件幾乎都是彎扭的，正如樹(shù)上沒(méi)有同樣形狀的葉子，所有鋼構(gòu)件的形狀全部不同……
也就是說(shuō)，160多個(gè)撐起鋼結(jié)構(gòu)主體的大構(gòu)件，不可能用一個(gè)模子“刻”出來(lái)，廠房里現(xiàn)有的模具一個(gè)都不能用，全都得重新做。
可新問(wèn)題馬上來(lái)了，因?yàn)榘l(fā)射塔工程結(jié)構(gòu)獨(dú)特，連接形式復(fù)雜多樣，目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有任何軟件能完成如此結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在空間多角度、多方位、多層次的數(shù)據(jù)計(jì)算。
如果計(jì)算不精確，牽一發(fā)而動(dòng)全身，一個(gè)構(gòu)件的偏差，就能影響到整座塔的垂直度和受力面。因?yàn)檫@些構(gòu)件，大的近40噸，小的也有五六噸重。
對(duì)于發(fā)射塔鋼骨的制作，有兩套方案擺在面前。
一套是傳統(tǒng)方案，可很快就被推翻了，因?yàn)閷?duì)于現(xiàn)有軟件，計(jì)算如此復(fù)雜的數(shù)據(jù)是不可能完成的任務(wù)。
一套需要采用新技術(shù)，可用什么新技術(shù)，大家心里都沒(méi)底。
困境出能人，既然現(xiàn)有軟件不能解決問(wèn)題，技術(shù)人員將兩種計(jì)算軟件拼合，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將構(gòu)件數(shù)據(jù)由空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為平面坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件精確尺寸的可控性。
安裝方法創(chuàng)新：140噸X節(jié)點(diǎn)被“一分為四”
設(shè)計(jì)圖紙上，5組10根巨大“桉葉糖”鋼柱盤旋向上，在空中交會(huì)成“X”形，“X”共有5層，每層5個(gè)。這個(gè)華麗的“X”是鋼結(jié)構(gòu)的一大看點(diǎn)，但在發(fā)射塔工地現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人方保祿看來(lái)，也是最難的難點(diǎn)：一是制作難，二是吊裝難。
咋辦？方保祿想到了化整為零。把“X”剖成4片，使每片的重量限制在可控的范圍內(nèi)。新問(wèn)題不斷涌來(lái)，化整為零，拼接后的“X”能否不變形，能像整體那樣穩(wěn)固和承重嗎？朱喜旺晚上開(kāi)始失眠。
一起煎熬的還有姜瑞寬，第一次拼接試驗(yàn)失敗了，做出的“X”誤差達(dá)幾厘米，螺栓拴不上。而按標(biāo)準(zhǔn)，誤差必須控制在3毫米以內(nèi)。
400多名焊工中挑出60名精英，分成兩組，不分晝夜連軸轉(zhuǎn)，累了就睡，醒了就干，15天15夜后，第一個(gè)“X”終于成功合龍了，姜瑞寬跑著向公司董事長(zhǎng)報(bào)喜時(shí)，臉上的笑容比焊花還燦爛。
董事長(zhǎng)破天荒請(qǐng)工人吃飯，朱喜旺專門從鄭州趕到青島慶祝，最大的難題解決了。
66萬(wàn)個(gè)螺栓拴緊鋼塔
“鳥(niǎo)巢”的鋼結(jié)構(gòu)，是工人焊接的，而發(fā)射塔的鋼結(jié)構(gòu)，是用螺栓拴起的。這中間的區(qū)別就在于，焊接的誤差可以較大，而拴接的誤差必須精確，否則，螺栓是對(duì)接不住的。
省廣播電影電視局工程辦常務(wù)副主任冀殿說(shuō)，技術(shù)人員對(duì)建成后的整座塔做過(guò)一個(gè)測(cè)量，垂直度誤差僅為十萬(wàn)分之三，而標(biāo)準(zhǔn)允許誤差為兩千分之一，實(shí)際誤差比允許誤差縮小16倍。
對(duì)于一個(gè)高達(dá)388米的鋼塔，垂直度就是它的生命，如果偏差稍大，受力不均，塔體就會(huì)傾斜，這可不是鬧著玩的。而用螺栓拴接，整個(gè)工程就像多米諾骨牌效應(yīng)，只要一個(gè)螺栓偏差了，整個(gè)建筑也就動(dòng)搖了。
660300個(gè)螺栓，安裝準(zhǔn)確率達(dá)99.98%以上。這一切，基于技術(shù)人員縝密的計(jì)算和施工人員精確的安裝。
無(wú)論是“世界上最復(fù)雜的鋼構(gòu)拼圖”，長(zhǎng)相各異的160多個(gè)構(gòu)件，還是“X”節(jié)點(diǎn)，都屬于廠房里的博弈。而把這些原件準(zhǔn)確無(wú)誤地在施工現(xiàn)場(chǎng)組成一個(gè)鋼塔整體，并不是一件容易的事。
在高速電梯安裝之前，抵達(dá)268米塔樓頂?shù)奈ㄒ煌緩骄褪亲约旱碾p腳，上下近3個(gè)小時(shí)，用腳無(wú)數(shù)遍丈量發(fā)射塔高度的，是朱喜旺、冀殿、田大建、方保祿、王紅德、黃蓬陽(yáng)……
在朱喜旺眼里，發(fā)射塔是一道復(fù)雜的數(shù)學(xué)考題，它的算法不是“累加”，而是“連乘”，也就是說(shuō)，如果工程質(zhì)量、安全中的某一環(huán)結(jié)果為“0”，那么最終的得分只能是“0”。
這道考題考驗(yàn)著參與工程的每一個(gè)人，尤其是在施工現(xiàn)場(chǎng)，從地下樁基、到空中坐標(biāo)，到各種安全實(shí)驗(yàn)……每一個(gè)環(huán)節(jié)都不能有失誤，高塔不容許存在短板。
390根樁基扎進(jìn)43米地底
現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人方保祿清楚地記得，發(fā)射塔工程是2006年12月27日打下第一樁，直到2007年7月，地面施工才開(kāi)始。
那中間的7個(gè)月，工程人員都干啥去了？答案是，地下作業(yè)。
那么啥樣的地下作業(yè)，需要一干半年多？答案是，把390根樁基，扎在43米深的地底。
聽(tīng)起來(lái)就費(fèi)勁，但這是必須的。在工程人員看來(lái)，388米的高塔，就像一棵參天大樹(shù)，所謂“樹(shù)大招風(fēng)”。
方保祿打了個(gè)比方，刮大風(fēng)時(shí)，樹(shù)越高樹(shù)冠越大，越容易被風(fēng)連根拔起。超高建筑也一樣，害怕大風(fēng)，必須要有“抗拔力”。
此外，整座高塔為全鋼結(jié)構(gòu)，再加上其他裝修材料，自重龐大，必須要有牢固的根基，才能承受如此重量。
抗拔和承重問(wèn)題如何解決？給高塔建造深厚的根基。這些根基就是390根樁基，直徑1到1.2米。
打樁前，技術(shù)人員專門做了實(shí)驗(yàn)，高塔地下40多米處才是石英巖層，術(shù)語(yǔ)叫“持力層”，而這些樁基必須深入巖石不小于50厘米。
打樁前的準(zhǔn)備工作繁重而瑣碎，而其實(shí)，真正留給的打樁時(shí)間只有23天。直到現(xiàn)在，那23天的焦灼都深印在朱喜旺的腦海，巨大壓力下，奇跡被創(chuàng)造出來(lái)，工程人員居然提前3天完工，而且?guī)缀跞际茿類樁，只有2個(gè)B類樁，其實(shí)C類樁就算合格。
找到空中唯一坐標(biāo)
工期一天天加緊，張建國(guó)作為甲方代表，被派駐到青島，負(fù)責(zé)催要鋼構(gòu)件。
鋼構(gòu)件運(yùn)來(lái)了，卻不能立即安裝，麻煩來(lái)了。
麻煩來(lái)自“桉葉糖”鋼柱獨(dú)特的設(shè)計(jì)，它是中空的，設(shè)計(jì)圖紙的坐標(biāo)在中心位置，而這個(gè)中心位置，在實(shí)際上其實(shí)不存在。也就是說(shuō)，如果工人們安裝，必須根據(jù)中心坐標(biāo)，找到精確的安裝坐標(biāo)。
每個(gè)安裝坐標(biāo)，有且僅有一個(gè)準(zhǔn)確位置，更麻煩的是，它不是在一個(gè)平面上，而是位于數(shù)十米，甚至上百米高的三維空間。“給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬起整個(gè)地球�！眴�(wèn)題是，支點(diǎn)在哪兒？問(wèn)上帝是不靠譜的，在聰明人眼里，辦法總比困難多。
很快，一位現(xiàn)場(chǎng)施工的工程師利用全站儀，精確計(jì)算出每個(gè)安裝點(diǎn)的坐標(biāo)。不過(guò)此時(shí)，麻煩并未解除。精準(zhǔn)的計(jì)算只存在圖紙上，但大自然會(huì)欺騙人類的眼睛。
這其實(shí)是一個(gè)物理現(xiàn)象——光壓效應(yīng)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，光粒子是有質(zhì)量的，對(duì)照射面撞擊從而產(chǎn)生壓力，此時(shí)測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)是失真的。雖然光壓效應(yīng)影響非常小，但“失之毫厘，謬以千里”，千萬(wàn)個(gè)失真的數(shù)據(jù)疊加起來(lái)，可能就是一場(chǎng)災(zāi)難。
解決問(wèn)題的是個(gè)“笨”辦法，既然有光壓效應(yīng)，那么就趕在每天太陽(yáng)出來(lái)之前，利用東方那點(diǎn)“魚肚白”來(lái)測(cè)量，每天，建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方，用不同儀器、不同測(cè)量方法測(cè)量，數(shù)據(jù)再經(jīng)三方核對(duì)。
在“聰明”與“笨拙”之間，精準(zhǔn)就是這樣誕生的。
小塔吊拆掉大塔吊
發(fā)射塔之所以稱為全鋼結(jié)構(gòu)，不僅是因?yàn)橥饷娴?組鋼柱支撐，里面有個(gè)核心筒也是鋼結(jié)構(gòu)，10根大鋼柱圍成一個(gè)筒，半徑7米，從地面直通268米塔樓。
現(xiàn)在的核心筒里，有4部高速電梯，1部消防步梯，強(qiáng)電井、弱電井、水井、風(fēng)井、饋線井等設(shè)備，是整個(gè)塔樓的核心區(qū)。
你不知道，在整座塔樓的安裝過(guò)程中，核心筒也起著“核心”作用。
那時(shí)，核心筒里“盛”的是一個(gè)巨大的塔吊，就是這個(gè)塔吊，吊起鋼塔所有大小構(gòu)件，完成安裝。
但有個(gè)問(wèn)題是，268米塔樓合龍后，上面120米桅桿天線如何安裝？要知道，桅桿天線設(shè)置的位置，就在塔樓頂對(duì)照核心筒的位置，而這里，正是大塔吊露出的“頭部”，而且，塔樓完工后，大塔吊是要被拆除的，誰(shuí)能把這個(gè)龐然大物從核心筒里“拽”出來(lái)卸掉呢？
工程人員想到一個(gè)絕妙的主意。在268米塔樓頂，再安裝一個(gè)小塔吊，這個(gè)小塔吊有倆優(yōu)勢(shì)，一可以安裝桅桿天線，二可以采取“螞蟻搬家”的方式，拆卸核心筒里的大塔吊。用“小牛”拉“大車”，照樣拉得精彩。
最后一段桅桿吊裝成功，熱淚盈眶
2009年6月5日，發(fā)射塔主體工程接近尾聲時(shí)刻，塔樓頂部的最后一段桅桿天線就要吊裝了。
這一天等待許久，這一天需要點(diǎn)運(yùn)氣。
因?yàn)樵?88米的高度吊裝鋼構(gòu)件，不僅需要事先精確的計(jì)算、測(cè)量和準(zhǔn)備，還需要一個(gè)“窗口時(shí)間”——在這個(gè)高度上沒(méi)有風(fēng)的時(shí)間。
那一刻，所有人仰起頭，屏住呼吸，看系著紅綢子的桅桿天線緩緩上升，準(zhǔn)確無(wú)誤穩(wěn)穩(wěn)落在388米的高度。
朱喜旺眼里含著淚，拿起手機(jī)，給省廣電局局長(zhǎng)趙景春發(fā)了條短信：“趙局長(zhǎng)，發(fā)射塔388米最后一段鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成，向您報(bào)告�！边@個(gè)短信，他等了4年零5個(gè)月，終于敢發(fā)出去了。
整個(gè)人群歡呼起來(lái)，工程辦所有人眼含熱淚，工地上破天荒地放起了鞭炮。
世界鋼塔的新高度，垂直度誤差僅為十萬(wàn)分之三，66萬(wàn)個(gè)螺栓精準(zhǔn)率達(dá)到99.98%，桅桿頂部搖擺度僅為5到6厘米，整個(gè)工程無(wú)一起傷亡事件……所有的焦灼，所有的糾結(jié)，而今都是浮云。
能抗12級(jí)大風(fēng)，8級(jí)地震
這么高的塔，要是遇到大風(fēng)和地震該咋辦，它夠結(jié)實(shí)嗎？
夠不夠結(jié)實(shí)，誰(shuí)說(shuō)了都不算，科學(xué)實(shí)驗(yàn)說(shuō)了算。這其中，有趣的要數(shù)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和抗震實(shí)驗(yàn)。
這里普及一個(gè)知識(shí)。高聳建筑，在風(fēng)作用下會(huì)產(chǎn)生一種漩渦而形成脈動(dòng)效應(yīng)，這便是風(fēng)振效應(yīng)，它會(huì)使建筑物受力條件變得非常復(fù)雜。
工程師必須想辦法保護(hù)鋼塔。把震動(dòng)限制在安全范圍內(nèi)。工程辦專門制作了一個(gè)價(jià)值10多萬(wàn)元的鋼塔模型，到同濟(jì)大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。沒(méi)問(wèn)題，它現(xiàn)在能抵抗12級(jí)大風(fēng)。
而且，工程人員還挖了4個(gè)120米深井，進(jìn)行地下爆破，把“地震”波形提供給實(shí)驗(yàn)室，做了三維振動(dòng)臺(tái)模擬抗震實(shí)驗(yàn)，8級(jí)地震震不垮它。
防腐創(chuàng)新，用不著“埃菲爾鐵塔”的刷漆工
鋼結(jié)構(gòu)裸露在高空中，需要防腐處理。如若不然，鋼結(jié)構(gòu)就會(huì)變丑。著名的埃菲爾鐵塔，每隔7年就要被刷上300噸漆。
現(xiàn)在防腐處理手段一般采取的是熱鍍鋅。熱鍍鋅光潔明亮，但也有個(gè)缺陷，被氧化后容易變色，讓鋼結(jié)構(gòu)頓失神采。
這就需要再加上一層氟碳漆，但問(wèn)題是，鋼結(jié)構(gòu)鍍鋅后，變得非常光滑，附著度不夠，無(wú)法再涂漆。
工程人員不甘心，這可是牽涉到鋼塔“美麗容顏”的大事兒，于是找到天津大學(xué)高分子新材料實(shí)驗(yàn)室，一定要科研攻關(guān)。
終于，熱鍍鋅上涂氟碳漆不再是難題，這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)國(guó)內(nèi)先河。朱喜旺說(shuō)，發(fā)射塔不必像埃菲爾鐵塔一樣，專門養(yǎng)一幫刷漆工，這種新技術(shù)，保證使用26年，光潔度僅會(huì)下降10%。 |
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