中央广播电视塔预应力混凝土结构的建设

中央广播电视塔预应力混凝土结构的建设
李成光 MSC工程师
周华工程师
林远征高级工程师
中国北京 100039 北京市建筑科学研究院
摘要：
中央广播电视塔是一个超高层独立式结构，运用预应力混凝土轴来建造，在中国尚属首次。

预应力同时运用在了大楼的基础和上部结构。

在本文中，一些关于大楼后涨建设的重点予以简要呈现。

概要
中国北京的中央广播电视塔，地上高度优雅地升至405米，由环板基础，塔轴，天台，上层结构的混凝土和金属结构柱（图一）组成。

该塔于1987年开工，目前已接近完工（图二）。

中央广播电视塔已经是我们国家的关键项目，而且明确地被要求要承受超过100年的服务期。

该塔座落于地震烈度为8度的地区。

由于它的重要性，它被要求按照地震烈度为9度设计。

目前是世界上以9度地震烈度设计在建的最高建筑物。

塔轴和混凝土柱被设计成低预应力比率的部分预应力混凝土结构。

在前期准备和设计阶段，一个关于该塔系统而复杂的实验已经实施。

例如我们加强预应力混凝土电视塔的设计和建设经验作为参考进行了广泛的研究。

就像加拿大的CN电视塔，莫斯科的Ostankino塔等。

此外，我们也分析了国内电视塔的设计和建设经验，大量的测试和研究也贯穿全过程，例如坚硬和弹性模型的风压管道测试，非弹性地震反应分析和实验，各种地震波加载下的1/50等比例模拟测试等。

按时实施超高层广播电视塔抗震设计的分析研究而且小心谨慎地决定设计标准。

除了上面提及的试验性测试，设计和研究工作，环板基础和塔轴的预应力建设进程的研究都按时进行。

大型环形平台基础的预加应力
中央广播电视塔的环形平台基础建造在碎石层上，该碎石层在地下24米（正负0.000标准水平），可以承担1000千帕的土。

环形墙的外径和内径分别是50米和27米，厚度是3米（图三）。

为了防止基础的开裂和保证钢铁免遭腐蚀，圆形钢筋被小心地扎在环形平台边缘的周围，每部分由32个由7Φ15钢线或者7-7Φ5钢丝构成的单元组成。

钢丝和钢线的承载力特征值分别为1570牛每平方毫米和1470牛每平方毫米。

环形平台基础的建造位置如图4所示。

在环形平台建造的早期阶段，应用了镀锌波状输送管。

然而发现大量的堵塞了的输送管，而且在大规模的混凝土浇筑期间出现了短缺混凝土灰泥的情况。

根据CN电视塔的建造经验，由于电缆导管的半刚性护套的使用，输送管的堵塞最终发生在基础和塔轴的建设中【1】。

因此，从那之后，一种镀锌钢管的代替物（内径68mm，壁厚3.6mm）被用作电缆导管。

由于钢管的应用，值得注意的是在混凝土浇筑的过程中。

没有出现输送导管被阻塞的情况。

圆形钢筋通过张拉机械应用嵌入法放置，一捆7-7Φ5钢丝一次性穿过它的输送管。

我们非常小心地将圆筋匀称加压，一步一步地一周一周地，以便使环形平台预应力的统一。

钢筋的两端都要加压，电缆的协同摆动系数和摩擦系数分别为K=0.003和u=0.2.包括在给环形平台施加预应力阶段测量的预应力损失。

钢筋的灌浆通常尽可能在加压之后稍微延迟点执行。

水泥浆的最佳配合比已经通过一系列的测试确定“双浇灌”过程已经被采用，浇灌之后，保持泵送压力数分钟，以提高水泥浆密度。

塔轴的预加应力
将塔轴设计成部分预应力混凝土以保证当大地震发生后，塔轴有足够的恢复潜能从而恢复到原来的正常状态。

实际的预应力值是1MPa到1.5MPa【3，4】。

穿过塔轴的竖筋的分布见图5.
竖直导管的安装
在逐渐成型的塔轴的建设过程中，镀锌金属管已被用作导管来维护导管以阻止水泥砂浆的泄漏。

在建造过程中导管的竖向误差被谨慎控制，小心地检查每个单元的连接处。

每当安装一个新单元时，就要把导管盖住以防止外来材料进入并阻塞导管。

当逐步安装到塔顶的时候，我们发现并证实了在所有的竖直电缆导管内没有任何阻塞物。

尽管用金属管作为电缆导管的花费比波状管高，但事实证明用金属管作为竖向导管在一定程度上有它的特殊优势。

竖向电缆的安置
在CN电视塔的施工施工过程中，数股的竖向电缆从顶部一次性被套进去【1】。

由于用于中央广播电视塔的几股电缆从卷轴放松下来后并不是直的，它不适用从顶部套进去，因此数股电缆单元通过张拉机器由底部向顶部纫进去。

机器被放置在天台上，这种方法有一系列的优势，比如，张拉的速度容易控制，电缆在导管里不受阻碍，张拉机器花费低操作简单，而且效率相当高，例如每个270m长的
电缆单元只需2到3小时。

在这种方法应用之前，接下来的问题已经被解决了。

例如，张拉机器速度的选择，将张拉绳与7Φ15电缆连接的特殊耦合器和临时把手的制造等。

竖筋的放置已经证明了这种方法是非常成功的。

加压和浇筑过程
加压操作在电视塔的地下室进行，塔筋的锚固见图 6.为了便于加压操作，一种特殊的提升设备被应用于YCD—120型千斤顶。

测得的竖筋的摆动和摩擦系数分别为K=0.0004，u=0.2.
在竖向导管浇筑之前，在现场做了大量的浇筑测试。

每间隔20m成对安装浇筑通风口，每对通风口中的两个通风口之间的距离是0.8m，逐步浇筑的方法被应用，以免由于空气滞留在每对通风口之间而产生空隙，“手工操作泄漏流量”方法被应用，例如浇筑运用手工方法从每对通风口中的上通风口中抽入，然后用压力抽水机浇筑。

环梁的预加应力
天台结构被建成钢梁—柱系统，该系统由内部和外部环梁连接而成的24个单元组成，由有两个后张法环梁的加强混凝土倒锥形外壳支撑，环梁的每个切面包含8个钢筋单元，每个单元包括7Φ15钢筋（图7）。

在天台的倒锥形外壳内，相间扶壁后面的工作室太窄以至于不能运行YCD—120加压千斤顶，因此，相同电缆单元的电缆来用YCD—120千斤顶独立加压。

从而来减少电缆之间由于卷绕起来产生的摩擦。

在纫进导管的过程中，7Φ15电缆按照平行队列安装。

发现加压拉伸的长度几乎一致，最大差异平均大约在15﹪.
无粘结筋的应用
无粘结筋应用于塔座的螺旋状楼梯和混凝土桅杆。

如图8所示，由于桅杆的变异，建造的连接处存在着A-A和B-B剖面。

在滑模摊铺过程中，为了加强连接处和抵制由风和地震引起的侧压力的加载，有7Φ5钢线组成的无粘结筋单元被利用。

事实显示，安装和无粘结筋加压都是简单和容易的，滑模平摊桅杆的有利状态就这样形成了。