河南省广播电视发射塔位于河南省郑州市航海东路与机场高速公路交会处的东北部,建设单位是河南省广播电影电视局,监理单位是上海建科监理有限公司,设计单位是同济大学建筑设计研究院。中建钢构有限公司负责该工程的钢结构安装工作。
该工程地下1层,地上48层,建筑结构形式为钢结构,总用钢量约1.6万吨,总高度为388米,建成后将成为世界上最高的全钢结构电视发射塔。该塔整体造型如一朵盛开的五瓣梅花,寓意五福。
河南省广播电视发射塔采用巨型钢结构体系建造,分为塔座、塔身、塔楼和天线桅杆4个部分。其中,塔身结构较新颖,由内筒、外筒和底部5个叶片形斜向网架构成。该塔塔身外筒为格构式巨型空间钢架,内筒为由竖向井道空间桁架构成的巨型柱。
河南省广播电视发射塔建成后,将集广播电视信号发射、旅游观光、名画展览、文化娱乐、餐饮休闲等功能于一体,可以满足游客购物、饮食、娱乐等方面的需要。该塔的塔楼有空中花园、旋转餐厅、观光平台等,游客可以在塔楼饱览郑州市美景。
5大结构特点
一、塔座结构特点
塔座整体为钢框架柱梁结构。塔座面积大,最大轴线半径为74米,塔座第2层以上钢柱为竖向倾斜柱,第3层有耳房,第4层有楼梯间附房。塔座构件数量较多且单根构件重量较轻,最重钢梁约为9.6吨,最重钢柱约20吨。
二、桉叶糖形柱结构特点
桉叶糖形柱为塔身外筒柱,空间跨度大,高22.6355米。桉叶糖形柱单根构件长度11米,最重单根构件重约40吨,构件之间采用全法兰连接,在X形节点位置有内法兰。另外,桉叶糖形柱外框架与井道之间有4根钢管支撑。
三、井道结构特点
井道主要由10根钢管柱、楼层钢梁、楼层之间的钢管柱、斜横杆等组成。井道是河南省广播电视发射塔的主要承重结构之一,虽然楼层钢梁、楼层之间的钢管柱等构件横截面积较小,但井道的单元构件连接完成后,形成了牢固的竖向空间巨型桁架柱,具有极大的刚度和强度。
四、塔楼结构特点
塔楼共12层,第12层楼顶有夹层。塔楼层高2.35米~4米。塔楼楼层与井道楼层相连接,楼层外框边界线由第1层向上逐层扩展。塔楼结构竖向支撑钢柱,并在井道外围钢管柱上分岔出塔楼斜柱,呈梅花形向上延伸。
五、天线桅杆结构特点
河南省广播电视发射塔桅杆天线主要由格构段和封闭段两部分组成。其中,格构段的每个部分具有不同的截面尺寸,上部天线段为封闭式箱形结构。天线桅杆采用全法兰方式连接,天线总高度为120米,位于塔楼顶部的内筒钢柱上,约重380吨。
7大技术创新
一、大型弯曲结构柱(桉叶糖形柱)安装技术
措施1:选择合适的吊装设备。塔座结构内桉叶糖形柱采用100吨汽车吊进行吊装,塔座以上桉叶糖形柱用内附ZSC50180平臂塔吊进行吊装。
措施2:对构件进行合理分段。根据结构自身特点,将钢柱构件分为X节点构件和直线段构件,综合施工现场条件和内附式平臂塔吊性能参数对构件进行合理分段。
措施3:根据分段后单个构件的重量、形状等,采用三维模拟技术对构件重心进行有限元分析,找出起吊点,将钢丝绳水平夹角控制在60度以内。
措施4:为解决桉叶糖形柱安装难题,首先建立模型对桉叶糖形柱安装过程中的承载力和变形情况进行模拟施工验算,根据计算结果和构件的分段部位设置临时支撑点。
措施5:根据桉叶糖形柱的结构特点,施工方专门设计了抱箍式可拆卸平台,主要由抱箍部分和平台部分构成。抱箍连接位置采用螺栓方式连接,抱箍形状可以根据钢柱截面情况调整,并设置钢爬梯作为施工作业的竖向通道。
措施6:采用无缆风校正法施工。在外筒桉叶糖形柱的各侧打入顶升千斤顶,根据其垂直度偏差情况,采用千斤顶调校,直至桉叶糖形柱精确就位。
二、热浸锌高强度螺栓预张拉施工技术
桉叶糖形柱位于地下2.05米至地上224.5米之间,钢柱横截面积大,钢柱周长达8.24米,每根钢柱1层法兰盘高强度螺栓数量为1650套,整个外框桉叶糖形柱连接法兰节点位为250个,各个横向法兰、X形节点纵向法兰使用热浸锌防腐处理的大六角头高强度螺栓达5万多套。
措施1:在安装桉叶糖形柱时,将法兰盘分隔为内法兰盘和外法兰盘两部分。外法兰盘部分利用桉叶糖形柱上设置的抱箍平台进行安装和高强度螺栓紧固施工。内法兰盘和X形节点纵向法兰盘上的高强度螺栓,利用项目部自制的带护圈爬梯进入桉叶糖形柱钢管内部,搭设临时操作平台,进行高强度螺栓紧固施工。
措施2:采用小型液压设备对高强度螺栓螺杆直接施加轴拉力,通过液压设备读数表控制螺杆轴拉力。螺杆轴拉力到达标准值后,压紧连接部件,用普通扳手将高强度螺栓连接副螺母拧紧,再释放液压力,继续压紧连接部件。
三、井道结构安装技术
措施1:可提升式操作平台。由于井道结构内施工空间狭小,根据施工需要,在井道筒柱内安装一个可以随井道柱共同升降的安全操作平台。第1节井道柱安装完成后,将一个特制的多功能安全操作平台吊入井道内筒结构,并悬挂于第1节钢柱顶部1米以下的位置,同时在平台上用千斤顶对第1节钢柱进行调整。以此类推,在其他井道柱安装就位后,按照相同方法进行施工,直至井道构件全部安装完。
措施2:针对井道结构的特点,施工人员编写了设置可调式挂架操作平台的施工方案,一方面便于安装、拆卸井道钢结构,另一方面避免了临时焊接施工。可调式挂架操作平台主要由两部分构成,即挂架部分和平台部分。
四、“7”字形结构单元安装技术
塔楼钢结总重约900吨,最重单根构件约7吨。塔楼安装时,先要安装塔楼内井道结构,再安装塔楼梅花形结构。塔楼外圈为斜柱结构,施工人员根据梅花形塔楼的结构特点,将斜柱与其连接井道的钢梁拼装成“7”字形吊装单元一起吊装。
措施1:塔楼区斜柱分段安装须根据安装情况决定。
措施2:安装塔楼时,斜柱与塔楼连接的钢梁须形成稳定单元,将斜柱与其连接井道的钢梁拼装成一个“7”字形吊装单元一起吊装。
措施3:当安装梅花塔楼外围构件时,按照塔楼斜柱结构安装顺序图和单层塔楼斜柱结构安装顺序图依次进行安装。当安装吊装单元时,须配置相应的保护设施。
五、超高天线桅杆安装技术
措施1:天线桅杆采用吊装单元高空安装法分段安装,根据JCD260型动臂塔吊的起重量确定分段长度。部分构件采用高空散装法进行安装。
措施2:天线桅杆构件加工完成后,进行相邻两段间的预拼装检验。预拼装检验合格后,按设计分段整体运送至工地。安装时,按照设计分段进行整体安装。
六、大型塔吊高空安装、拆卸技术
塔楼及以下结构的构件均采用ZSC50180平臂塔吊安装。天线桅杆结构由10根井道柱向上转换而成,塔吊位置与天线桅杆位置重合,需要将ZSC50180平臂塔吊拆除后才能完成天线桅杆的安装工作。按照施工方案,施工方拟在塔楼上安装一台动臂塔吊,然后开展后续安装工作。在安装天线桅杆的过程中,大型塔吊高空安装、施工设备转运等是施工难点。
措施1:动臂塔吊主要工作内容为拆除ZSC50180平臂塔吊、安装天线桅杆结构、补装井道内塔吊区域构件和塔楼构件。通过对动臂塔吊的主要吊装物件进行吊重统计分析,施工方决定采用四川锦城建筑机械有限责任公司生产的JCD系列JCD260型塔吊吊装。
措施2:因动臂塔吊被安装在高空楼层结构上,塔吊自重和其他荷载较大,选择合理的安装点和安装顺序至关重要。施工方根据钢结构承载力的特点和吊车自身的性能参数,将JCD260动臂塔吊基座设置在塔楼第12层楼面上,塔吊基础通过加设型钢支撑的方式设置在塔楼第11层和塔楼第12层结构钢柱、钢梁上,将塔吊底盘基座与塔楼中的基础结构安装成一体,共同承受塔吊自身和其他荷载。
措施3:JCD260动臂塔吊无法自动降塔拆除,须使用配合拆除工作的机械设备。施工方采用一台JCD50型屋面起重机和长度为28米的配套起重桅杆进行JCD260动臂塔吊拆除作业。
七、超高全钢塔桅结构测量控制技术
河南省广播电视发射塔的塔体高388米,且桉叶糖形柱斜交连接、双向倾斜,为保证塔体斜度符合设计要求,校正测量和变形控制极为关键。
措施1:施工方采用三维坐标拟合法进行构件测量检验,并结合测量检验结果和已安装的桉叶糖形柱坐标偏差,调整准备安装的柱单元的三维坐标值,确定最终测量控制三维坐标。
措施2:根据河南省广播电视发射塔的结构特点,施工方采用外控与内控相结合的方法控制钢构件的轴线位置和整体垂直度,将施工场区控制网布置成四边形,使用日本GTS332全站仪观测水平角。
措施3:在高程测量方面,施工方采用几何水准方法联测BM1水准点和附近控制点,采用多方向(往返)三角高程法测定外围控制点的高程。施工场区控制点通过地方坐标系计算,施工测量采用以塔心为原点的工程坐标系。