现代施工新技术案例课件

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国家大剧院工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285m，总投资38亿。内设歌剧院（2416席）、音乐厅（2017席）及戏剧院（1040席）及公共大厅等。屋面采用钛金属板，整个网壳外环绕人工湖（35500m2），各种通道及入口均设在水下。设计者为法国巴黎机场公司安德鲁建筑师，北京市建筑设计研究院参与主体设计。美国《今日美国》报评论认为，国家大剧院的落成象征了中国强大的经济实力，并将吸引国际文化产业投资。案例:国家大剧院

国家大剧院建筑设计方案为法国设计2国家大剧院

设计师保罗·安德鲁国家大剧院由法国设计师保罗·安德鲁设计。事实上，安德鲁只是提出了一个设计概念和要求，而具体的施工图设计大多是由北京市建筑设计研究院完成的，这就导致了设计方案和施工图不匹配的问题。我国没有能独立完成EPC或DB的工程公司。3由于国家大剧院地处特殊，于天安门广场附近，按照规定国家大剧院高度不能超过46公尺（米），唯一解决办法是，将建筑物往下盖。施工约束条件1.高度不能超过周围建筑物国家大剧院地下建筑深达32.5米，大部分建筑物必须埋在地下。这大大提高了施工难度和工程造价5由于施工所在地土质不良，无法得到施工所需的稳定地面，地桩无法完全固定，因此施工人员不能只挖出标准或者深入的地基，还要设法解决地面压力问题。施工约束条件3.地质不良产生地面稳定性差解决办法：浮床

在地面铺上场213米、宽144米的浮床，中间留有一个空洞。浮床空洞能使建筑物产生的下压力均匀分布，产生施工所需要的全面稳定性6北京的恶劣天气举世闻名，且处于极其活跃的地震带上。强风和地震是两个看似不相关，实际上却紧密联系的问题。建筑物要求在季节性强风下表现出较好的刚性，而在地震状态下，要保持足够的弹性，以免建筑物倒塌。施工约束条件4.地震、强风等自然条件的挑战解决办法：隔震轴承隔震轴承在长跨距桥梁中常用到，这种隔震轴承让结构在强风中保持稳固，同时又能使建筑物在地震剪力中保持弹性金门大桥隔震轴承强风强震隔震轴承地震剪力

设计方案不合理，可施工性差，造成施工成本不必要的增加。如：由于采用钛合金的外壳，加上设计者对现场地质条件不熟悉，需要花费大量的勘察、试验费；其60％的建筑在地下，地下工程造价远高于地上工程的成本，如施工过程中需要挖一个深坑，由于没有余地可以放坡，必须构筑厚度为1.5米，深达40米的钢筋混凝土连续墙，这是人力、物力和财力的巨大耗费，不仅如此，功能上也造成种种困难，观众入场和设备存放等大都在地下，容易造成消防安全隐患。

1、方案设计的不合理性国家大剧院的预留地及施工现场原设计方案存在的主要问题：9

设计方案中采用的巨大的钛合金外壳在北京这一沙尘暴频发的地区，至今仍无有效地清洗方案，如果加上雨水的冲洗，将很难再见流光溢彩，晶莹剔透的设计效果；设计方案的运行和维护成本巨大，据估算，仅每月的电费就需要400万元人民币，这样势必给造成资源的巨大的浪费和政府财政负担增加。3、设计方案维护成本巨大10对原设计方案的修改修改方案主要是对原方案进行了“两压一完善”的局部修改。修改后的方案取消了小剧场的设计,并对原设计方案中的消防通道进行了修改。同时将建设规模压缩到14.9万平方米,4万平方米的停车场工程从原方案中脱离出来。整个工程的投资,由原来预计的50多亿元压缩到38亿元。11“水立方”—国家游泳中心“水滴”—天津奥体中心

随着我国的经济实力的增强，中国正在各个方面赶超西方国家，包括大型的建设项目。加之2008年北京奥运会的来临，出现了越来越多的超大型项目,如国家大剧院、国家体育场、国家游泳中心、天津奥林匹克体育场等，这些大型工程建设项目为了满足特殊的功能设计和突出文化理念，往往没有前例可循，还具有建设周期长、投资额大、工程质量要求高等特点，这给工程施工带来了新的挑战。在许多超大型项目建造过程中，有许多建筑师对这些项目的设计提出异议。事实上，在新旧思想碰撞时，争议是在所难免的，悉尼歌剧院以及巴黎卢浮宫在建造过程中也都克服了最初面临的责难，新思想最终会顺应时代发展而逐渐成熟，成为主流。工程施工技术新挑战“鸟巢”--国家体育场13采用高强混凝土预应力管桩在保证工程安全度的前提下，合理地选择桩型可以达到节省资金、缩短工期的目的，从而实现显著的经济效益和社会效益。在本工程桩基础设计前，对桩型选择进行了分析比较。从经济效益方面考虑，分别对3种备选桩基方案需投入的资金进行了估算(见表)。可以看出，高强混凝土预应力管桩在满足承载力要求的前提下，在经济效益方面有明显的优势。14天津奥体中心体育场清水混凝土看台板精细安装施工技术施工难度高、造价高１、由于已安装的钢结构桁架的覆盖,两层看台之间重叠达近万平方米,致使看台板安装时吊机安装空间受到限制，而单纯使用行走式吊车费用高。２、看台板型号多达596种,安装管理工作复杂。同时测量放线工作量大,精度要求高3、由于体育场看台为椭圆形,设计图要求预制看台板的板形也要按照相应曲率弧形进行制作,以使安装后的看台板边沿口呈椭圆顺滑曲线。而面积达3·6万M2,看台上的预制看台板按照相应的不同曲率做成曲线状板形,其模板设计、制作工作复杂,且投入大、成本高。15优化设计、施工方案：看台板施工设备的优化：以塔式起重机为主、行走式吊车为辅的方案。使塔式起重机覆盖面积大、工作性能稳定、使用费用低的优点和行走式吊车的机动灵活性相结合,克服了塔式起重机不能自行移动而出现覆盖盲区的缺点,解决了单纯使用行走式吊车费用高的不足。使安装机械方案具有更好的操作性、安全性、经济性。看台板的优化设计：通过对看台板板型进行设计优化,以看台板支座的看台径向斜梁轴线为折弯点,将看台板设计成直边折线板形,使单跨设置为直边板,双跨设置为直边折线板。将看台板安装平面按照12个塔位分成3个大安装区,每个安装区包括4个塔位,使3台塔式起重机各负责1个安装区内的4个区段。17南京地铁建设

地铁并不一定要建在地下，把地铁建到地面上，可免去地下隧道的通风、照明、排水等设施。新加坡的地铁70%都是建在地上的。南京地铁也根据实际情况，选用了不同类型。一号线一期工程线路全长21.72公里，其中地下线14.33公里，地上线7.39公里;二号线一期工程线路全长21.63公里，其中地下线19.11公里，高架线0.83公里，地面线1.69公里。南京地铁一号线南延线和二号线西延线过江后尽量采用地面线和高架线。1、确定合适的线路标准根据城市特征、客流预测等选择适合的轨道交通模式，如轻轨、地铁等。不同的线路类别造价差别很大，通常高架线是地下线造价的1/4~1/3，地面线又是高架线造价的1/3~1/2左右。南京地铁高架线18南京地铁建设2、实现有效的线路规划

南京地铁在事先的规划控制中，新街口地区的中央、新百、东方等大商场，在建设时就预留了地铁出入口、风亭、风道等设施，中山南路南下工程也为地铁预留了高架桥空间。正是有了前期多年的充分酝酿，地铁一号线才得以在2000年12月12日正式开工，拆迁费用也大为节省。广州地铁一号线，拆迁花了33亿元，而南京地铁一号线的拆迁只花了约5亿元。地下线路及车站埋深在有条件的情况下尽量浅埋，浅埋既节约土建费用，还有可能减少一些设备投入。同时，尽量避开了不良地段和地下管线大干道，并考虑与地面市政设施或建筑相结合综合开发。合理的线路规划南京地铁建设

施工工艺和方法对造价的影响较大，南京地铁结合地质、环境、工期等具体情况认真研究。根据周边建筑和地下管线的布置情况，确定施工时基坑的保护等级；围护结构型式主要从结构防水、基坑保护等级和降低围护结构造价方面考虑；根据地质条件、场地情况、对交通的影响等因素的分析，选择合理的挖掘方式。4、选择合理的施工方法

南京地铁对有条件的地方，尽量采用明挖施工法，明挖法比暗挖法施工节省投资约20%~50%，但要充分考虑对周边地区交通的影响，做好交通流的疏散工作。

南京地铁还努力通过科研成果转化、设计及施工方案的优化、技术创新的细化推进工程建设。积极采用新工艺、新材料、新技术，节约成本，节省工期。盾构浅挖21国家游泳中心“水立方”为176.5389m×176.5389m×29.3786m的立方体,赛时座位17000座,赛后永久座位6000座。根据使用功能,采用一道东西向和一道南北向内墙将方形平面分割为比赛大厅、热身区和嬉水大厅三个相对独立的空间,其中比赛大厅为净跨126m×117m的大空间。混凝土结构地下2层,地上4层,泳池底位于地下2层-11.3m标高,比赛大厅的临时看台赛后拆除,另建3层楼层用作赛后运营。水立方内部平面图与剖面图热身区比赛大厅嬉水大厅赛时剖面赛后剖面22膜材料—聚四氟乙烯(ETFE)的作用“水立方”表面膜结构大量应用聚四氟乙烯，ETFE的英文名称为EthyleneTetraFluoroEthylene是一种乙烯和四氟乙烯的共聚物。它是经过改进了的一种粉式聚合树脂.跟PTFE(也叫做特富龙)属于同一家族。用于建筑中的ETFE通常是通过挤压形成很薄的薄片生产出来.这种薄片较多用于建筑的双、多层充气膜结构中。单片膜的跨度与其载荷有关.一般为2m一5m。最大的ETFE膜结构可伸展达50m。ETFE薄膜能够制成任何尺寸和形状.满足大跨度的要求.节省了中间支撑结构。这就使得设计者能够把扭层跟结构相结合创造出极为轻质、简洁和高雅的结构。水立方入口23聚四氟乙烯在“水立方”的中特殊作用由于组成这种膜材的分子是自然界中最稳定的有机物之一，故由ETFE为膜材的膜结构一般受环境影响极小。对于此种材料厂家的保质期为10年。厂家提出的寿命是30年。但这并不意味着30年后必须要进行更换。可能在30年后会有局部的更新。ETFE膜材料的透光率约为90%。ETFE膜的可选色为白色此种情况的透光率为70%。水立方内部施工图优点：寿命期长－－更换频率低透光性好－－运营能耗低25聚四氟乙烯在“水立方”的中特殊作用ETFE本身为自洁性材料，摩擦系数非常小.表面很光滑.加上曲线形的形状.灰尘很难附。即使有少量的附粉发生.也会在干燥后被风等自然力非常容易地清除掉。由于它是氟的聚合物.很难与空气中的其它化学物质产生反应。对于屋项.一般情况下.每4或5年清洗一次即可。清洗时可用清水及软布，一般不需清洗玻璃幕墙时所用的不利于环保的化学药剂。优点：摩擦系数小---便于清洁26“水立方”的其他先进技术

国家游泳中心的设计中应用了大量的新技术。这些技术有些在中国的建筑业中，甚至是世界的建筑业中还从没有用过。这些新技术的目的是最大限度地提高运动员的比赛水平，提高观众在现场参观比赛时的感受，同时为国家游泳中心的运营提供最大的便利。1、尽量减少水的使用(90%可循环）。主要措施包括使用高效过滤系统、中水系统和雨水收集系统；2、没有热量损失的设计：透明的薄膜起到了温室的效果，太阳能被尽量吸收，并为游泳池和周围地区提供热；3、尽量采用自然照明和自然通风，减少对人工系统的依赖；4、采用与建筑物相结合的光电系统以节省能源；5、利用地下水进行制冷和加热；6、语言辅助系统：观众可以选择自己需要的语言广播，功能提高。7、交通指示系统：对人流的走向提供指示，功能提高。8、热电联供技术…………29

可施工性研究是为了更好地实现项目的目标，要求施工人员尽早地参与项目的规划、设计、采购等阶段工作，将施工经验和知识等应用大项目实施的全过程中，避免了传统的设计与施工分离所带来的问题。

可施工性研究应考虑以下几个方面的因素：承发包模式；风险管理；项目工作分解；劳动力计划；现场出入口（考虑设备的尺寸）、气候条件、区域环境条件等；施工顺序、施工装备计划；预制、预拼装以及标准化；现场设施（办公室、临时用电、给排水、保安、道路、停车等）；可操作性和可维护性。以上因素都会对可施工性产生影响，因此要综合考虑。可施工性研究内容

可施工性研究是在项目实施的全过程中，对以下方面进行优化和改进：项目的总体目标；项目的策划和设计；施工进度计划；费用或预算；施工和主要施工技术。30规划阶段施工阶段运行阶段设计阶段进度节省成本节省可施工性研究价值

可施工性研究在国外推行多年并获得重大成效，被视为建设管理技术中非常具有潜力的新兴建设管理技术之一，可降低工程造价，提高工程建设生产力。

文献显示，实施可施工性研究可节约工程成本6%-10%，减少作业时间8.7%-43.3%[1]。从整体看，可施工性研究的投资回报率可以高达10-20倍。

有研究表明，一个石化扩建项目在实施可施工性研究后，业主和承包商都承认可施工性可以带来相当于项目总投资1.1%的效益，针对可施工性研究的投资回报率相当与10：1，而且实施可施工性研究还将项目进度加快了10%[2]。图：实施可施工性对项目进度、成本的影响[1]TheConstructionManagementCommitteeoftheASCEConstructionDivision.ConstructabilityandConstructabilityPrograms:whitePaper[J].JournalofConstrutionEngineeringandManagement,1991,117(1):67-89[2]RussellJS,GogelJG,RadtkeMW.DocumentedConstructabilitySavingsforPetrochemical-FacilityExpansion[J].JournalofPerformanceofConstructedFacilities,1993,7(1):27-4531可建筑性的影响因素1.允许经济的使用承包商的资源经济的使用设备和劳动力技术使临时性工作容易化使用可用的材料、配件、产品和零部件进行设计2.使设计要求易于被现场工作人员理解和修改更新和修改设计文件使已完工程可视化准确定义管线的位置3．设计允许承包商采用其他的施工方法允许承包商采用新的施工方法允许技术创新选取材料的范围广4．设计能够使承包商克服施工现场的限制条件设计与现场情况相互匹配设计方案方便现场布置、储存和出入5.允许标准化和重复6.允许在预制和现场制作中自由选择部件的施工方案7.简单化非常见部件的施工工序8.通过采用灵活的施工方案最小化天气对施工的不利影响9.设计能够保证施工现场安全施工32可施工性的原则（一）概念设计阶段正式的可施工性计划是工程执行计划的一部分将建设知识和经验融入到工程早期规划中建设施工人员参与到设计决策中工程进度受施工要求的影响基础的设计方案要考虑到施工的主要技术现场布置有利于施工工程参与人员对工程的可施工性负责采用先进的信息技术（二）设计和采购阶段设计和采购进度受施工要求的影响设计方案要易于施工设计部件要标准化在制定施工规范时考虑施工效率问题标准组件和预安装件的设计要便于制造、运输和安装。在不利天气下，设计要便于施工工程参与人员对工程的可施工性负责设计和施工工顺便于系统运转。（三）现场施工阶段采用新的施工技术，如创新的施工顺序安排、使用临时施工系统、使用新的施工设备。33

崔云静，王旭峰（2007）在对建设项目的可施工性进行研究后指出：可施工性问题分类

第二类可施工性问题：是与总体施工方案有关的问题,如项目总进度计划、总平面图的布置是否考虑到施工布置的实际需要等。主要表现在项目实施的早期阶段,通常的设计质量管理没有从总体上考虑后续施工的需求。

第一类可施工性问题：指常见设计质量问题中那些“不便施工”或“不能施工”的问题,也可称之为“狭义的不可施工问题”。如:钢筋过密,混凝土难以浇筑等。第一类不可施工问题比较直观,一般来说,这些问题发生在某个工序的施工过程中，是设计原因引起的难以顺利完成施工的问题。“错漏碰缺”与设计深度不够

第二类可施工性问题第一类可施工性问题常见设计质量问题可施工性研究的问题图设计的可施工性问题分类34

王成芳（2006）对设计的可施工性问题进行了分析并指出，产生设计的可施工性差的原因主要有：设计的可施工性产生原因可施工性差的原因直接原因：设计与施工相分离一方面，它导致设计人员的可施工性经验是通用的，考虑施工问题带有主观性；另一方面，导致施工方在拿到施工图纸后，才可能进行施工组织设计，其优化施工流程的创造性活动受到既有图纸的限制。承发包模式选择的局限性国家招投标制度方面的规定限制了设计与施工的交流。施工方在招投标结束之后才能参与项目，承包商在项目前期决策阶段无法直接参与设计的可施工性研究。设计项目管理水平低下首先，可施工性问题涉及到的是和总体施工方案有关的问题，通常的设计质量管理不能有效解决这类问题。其次，我国的设计项目管理主要通过设计阶段的校对等，在发现目标偏离后再采取纠正措施，它对提高建设工程整体目标存在明显的不足。35

显然，造成可施工性差的最直接原因，就是设计与施工相分离而产生的。在我国，业主和设计单位是项目前期的主要参与方，而施工单位则必须在设计结束且施工招标完成后才能确定参与项目，这就导致设计与施工的分离。EPC模式与可施工性问题的解决

李立新（2004）对如何从可施工性角度改进设计管理质量进行了研究，指出：DBB模式(即传统的建设项目设计--招投标--施工模式)是专业化分工的产物，其建设周期长、设计可施工性差、早期无法确定工程造价是该模式固有的缺点。

许多学者和实际工作部门同志认为，EPC总承包商拥有设计方和施工方的双重身份，和传统的DBB建设模式相比，两阶段利益的一致性使得总承包商更有了全过程设计管理的动力，因此，EPC模式这种特殊的合同结构形式决定了其进行可施工性研究的必要性。施工阶段向设计阶段的延伸，即设计阶段对于可施工性的研究和运用便成为了总承包商规避施工风险，提高设计质量的可行之策。36EPC下可施工性研究操作手册编制程序成立可施工性研究小组明确可施工性研究目标研究提高设计可施工性的措施对提高可施工性的措施进行优化或择优选择应用设计可施工性研究的成果对设计可施工性研究活动及其实施效果进行评价EPC模式下设计阶段开展可施工性研究的基本工作程序可分为六步：37

中央电视台新台址位于北京东三环路的中央商务区内，由中央电视台(CCTV)主楼、服务楼、电视文化中心(TVCC)及室外工程组成，总投资约50亿人民币，其中主楼高234米，地上52层、地下3层，设10层裙楼，建筑面积47万平方米。主楼的两座塔楼双向内倾斜6度，在163米以上由“L”形悬臂结构连为一体，建筑外表面的玻璃幕墙由强烈的不规则几何图案组成，造型独特、结构新颖、高新技术含量大，在国内外均属“高、难、精、尖”的特大型项目。CCTV新台址主楼中央电视台新楼设计体现了后现代主义思想，它一反男性图腾崇拜的传统，摈弃摩天大楼，选择了大胆的耸入云霄旋转再插入自体的设计方案，彰显一种人类无性繁殖的趋势。这种惊世骇俗的设计理念遭到社会舆论的批评。当然项目的实施和管理更成为难点。可建筑性、可施工性案例实际工程中基于可建筑性、可施工性的方案38CCTV新台址可建筑性、可施工性的讨论CCTV新台址可建筑性可施工性BCabA难抗火灾维持两柱倾斜成本增大不对称性的抗震难题10层高的悬梁压力问题10层高的悬梁安装问题可建筑性(buildability)：建筑物满足功能的前提下，设计使施工容易的程度D基础压力不平均（由于两侧不等高力柱、9层高裙楼及其对角面3层地下建筑所形成的不均匀压力）可施工性(constructability)：是可建筑性的延伸，延伸到使用阶段和寿命终了时期

央视新楼的地基将承受3种截然不同的压力:两座塔楼的地上层数分别为51层和45层,高约230米。由于塔楼主体并不是垂直于地面的,而是呈84度斜角向天空延伸,其压力相当于约300米高楼的压力,超过150吨/平方米;地上建筑为9层的裙楼,其压力与一般建筑物相当,大约是40吨/平方米;而主塔楼的旁边是地上1层、地下3层的低矮建筑,这部分地基的压力仅有15吨/平方米,甚至还没有挖掉的土的压力大。“两座巨型塔楼和旁边的低矮建筑位于同一个地基之上,这就像把一辆坦克和一张书桌放在跷跷板的两边”

针对塔楼压力,专家们的解决方案是在塔楼下面加铺一个长宽各120米、高8米的钢筋混凝土底板这样就可以减小压力到110吨/平方米。“这就好像在雪地里放一块大木板,人站上去就不会陷进去。”压力问题的解决方案40地下水常年水位-15m最低水位-3m

地下水的浮力可导致基础上浮,基础会像空盒子一样漂起来,危险性不只在于土。地基压力极小的低矮建筑部分还要受到地下水的严重影响。由于低矮建筑部分压力过小,在地下水浮力的影响下,地基可能要上浮;另一方面,央视工程的地下水位在地下15米左右,但其历史最高水位曾达到地下3米。“如果地下水位上升,低矮建筑就会像’空盒子’在水里漂起来。”解决方案—打桩。将采用一种直径达1米、长达50米的桩基钉入地下,它一方面可将地下土层“挤”得更密实,增强抗压能力;另一方面可与周围土层产生强大的摩擦力,桩的作用是“抗浮”。就像将钉子钉入木头一样,再往下压就会很困难。地下水浮力问题的解决方案土壤桩基50m4112月26日，采取架桥的方法，塔吊将重几十吨的钢架慢慢地抓到了162米的高空。悬臂共14层、宽39.1米、高56米，用钢量为1.8万吨.钢架通过钢筋牵引固定，钢筋一边连着钢架，一头连着大楼主体，从而搭设一个横断面钢梁。高强螺栓将钢架的一端固定在大楼主体上，焊接后松开钢筋，校正钢梁的精确角度。两栋塔楼分别以大跨度外伸部分在162米以上高空悬挑75米和67米，然后折形相交对接，在大楼顶部形成折形门式结构体系，总用钢量14万吨。悬臂合龙标志着央视大楼最关键的建筑环节完成，此后大楼将进入安装阶段，预计2009年1月完工。悬臂安装问题的解决方案第一阶段：悬臂内侧间合龙第二阶段：悬臂外侧全面合龙第三阶段：合龙平面上搭建钢架于2007年12月8日完成42其他问题的解决

抗震性：央视新大楼是世界上最大的单体钢结构建筑，大楼的钢结构非常坚固，一般建筑为抗7级地震，而央视新址可抗8至9级地震，使用寿命达到100年，做到小震不坏，大震不倒。12级以下的风不会对大楼产生任何影响。

悬臂压力：由于大楼的钢结构非常坚固，完全可以支撑整个悬臂悬空的重量以及在悬臂中进行办公、观光等活动产生的力量。

塔楼倾斜：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，设计采用了高强度的锚栓，把柱子牢牢地锚固在底板里。

各种可建筑性、可施工性的难点都得到了解决，但并不意味着央视新大楼设计的可建筑性、可施工性合理；恰恰相反，各种解决方案的使用，大大提高了工程造价，这正是可建筑性、可施工性差的体现。但央视新大楼作为北京市新地标，为了突出标志性，其结构合理性、可建筑性、可施工性必然削弱。43设计阶段的可建筑性、可施工性案例苏通长江公路大桥

苏通大桥位于江苏南通和苏州常熟之间，东距长江入海口１０８公里，是国家高速公路沈阳至海口的重要通道。大桥全线采用双向六车道高速公路标准，设计车速每小时100公里，车流量每天可达7万辆，大桥主跨1088米，全长32.4公里，总投资约85亿元，由跨江大桥工程和南、北岸接线工程三部分组成，为世界最大跨径斜拉桥，创造了最深桥梁桩基础、最高索塔、最大跨径、最长斜拉索4项斜拉桥世界纪录。该工程项目于2003年6月开工，历时近5年。44苏通长江大桥主航道桥型方案及索塔方案设计可建筑性、可施工性的比较研究苏通长江大桥可建筑性可施工性BCabA受力分析结构耐久性问题分析施工难度比较梁段施工难度分析桥面铺装问题分析主航道桥型备选方案：主要包括七跨连续钢箱梁斜拉桥、五跨连续混合梁斜拉桥两种方案。D梁段受力性能分析索塔设计方案：主要包括A型、钻石型和倒“Y”型三种方案。45一、苏通长江大桥主航道桥型方案设计可建筑性、可施工性的比较研究梁段受力性能分析

目前已建或在建混合梁斜拉桥的混凝土梁段跨径都较小，一般在70m以下，且和与之相邻的跨径相差不太大；而苏通大桥由于通航的需要，混凝土梁段至少需要100m跨径，相邻跨径需要300m，这就给混凝土梁段的受力带来了不利影响，并给大桥的安全和使用寿命带来一定隐患，而钢箱梁可以解决这样问题。混合梁斜拉桥混凝土梁段跨径布置比较苏通大桥主桥桥跨布置46梁段受力性能分析（续一）

本桥混合梁方案混凝土梁段的平面有限元应力计算结果表明，混凝土梁的应力虽然基本满足规范要求，但处于较高的应力和较大的应力幅状态（尤其辅助墩支点处），直接影响结构的安全和使用寿命。边跨混凝土梁主要截面应力单位：MPa注：组合Ⅰ栏的数据为最大/最小；组合Ⅱ栏的数据为最大/最小47梁段施工难度分析梁段施工难度分析：由于桥位处地质条件较差，宽阔的深水域中边跨混凝土梁段的施工需要搭设高度达80m的支架，难度大、风险高。所以更宜采用钢箱梁的形式。苏通大桥多多罗大桥诺曼底大桥

诺曼底大桥和多多罗大桥受两岸地形（为陆地和山丘）的限制，两个索塔和边跨基本都在岸上，边跨没有通航的需要，从经济性、施工难度和实用的角度考虑，边跨长度无须很大，采用混合梁方案是适和的；而苏通大桥处于广阔的水域中心，且边孔要求通航，使用功能要求结构具有较大的边跨，避不开在水中施工边跨混凝土梁段的困难。48桥面铺装问题：由于钢梁和混凝土梁这两种材料的收缩系数不同，结构刚度也不同，这就会直接影响到桥面铺装使用的耐久性；若采用两种材料共同铺装的形式，还存在不同铺装的衔接问题。结构耐久性问题：本桥桥面结构宽近60米，大型薄壁混凝土箱梁抗裂性能不理想（目前已建混合梁斜拉桥最大宽度为30.6m）；钢梁和混凝土梁的接头处是结构特性和材料特性突变处，容易形成结构的弱点，处理不当极易出现问题。所以宜采用钢箱梁的形式。其他问题的分析49两种桥型方案的综合比较

通过上述的比较，我们可以知道主航道桥若采用五跨连续混合梁方案，混凝土梁段处于较高的应力和较大的应力幅状态，且施工困难，不如七跨连续全钢箱梁斜拉桥方案安全、可靠。因此，虽然全桥建安费超出将近1亿元，但从受力性能、施工风险及耐久性等功能指标考虑，大桥的价得到很大提升，推荐采用主航道桥采用七跨连续钢箱梁斜拉桥方案。50

苏通长江大桥索塔方案设计可建筑性、可施工性的比较研究索塔设计的三种方案倒Y型钻石型H型主航道桥为双塔双索面斜拉桥主跨为1088米，索塔为倒Y型塔高300.4米，主梁宽度为39.788米，梁高4.5米。主墩基础为钻孔桩基础，沉井基底为长圆形，尺寸为78X30米，大桥专用航道桥为三跨连续刚构主孔跨度达258米。主航道桥为双塔双索面斜拉桥，主跨为1088米，索塔为钻石型，塔高294.3米，主梁宽度为39.788米，梁高4.5米，主墩基础为钻孔桩基础，沉井基底为长圆形，尺寸为60X30米。主航道桥为双塔悬索桥，主跨为1510米，采用门式桥塔，塔高230.7米，主梁宽度为39.000米，梁高4.5米，主墩基础为钻孔桩基础，沉井基底为长圆形，尺寸为65X35米51索塔受力性能分析

在纵横向分析中，三种塔形在纵向均可简化为一端固定、一端多点弹性支撑的竖直杆，因此纵向受力无本质区别，在顺桥向荷载作用下（其中包括风力和地震力），内力差别不大。而在横向荷载作用下（包括地震力和风力），由于钻石型索塔下塔柱向内侧倾斜，力线传递有转折，对于传递横向荷载而言是不利的。下图为三种塔形在成桥阶段极限风荷载作用下的弯矩图，从中可以发现钻石型索塔的塔根弯矩数值最大，横向受力特性较差。52索塔受力性能分析结论

索塔受力性能分析表明倒Y型塔和A型塔要优于钻石型塔。前两则具有稳固的三角形受力结构，两塔柱能够较好的共同作用，从而有力地抵抗来自拉索和桥面系的风荷载。其中倒Y型塔斜拉索与塔柱相交于桥轴中心线上，斜拉索形成空间斜索面，使其能够具有较好的抗风稳定性，与A型塔相比，能够更有效减少扭转变形。倒Y型塔方案53

天津奉化桥是中心城区快速路工程南横的一部分，连接河东区大直沽西路和河西区奉化道，是横跨海河上的首座中承式全钢结构拱桥，总投资1.28亿。该桥全长257.3米，共分为三个跨，跨径128米，直接跨海河，桥梁最大宽度58.5米，桥面设计为双向6车道，两边是人行桥和景观道，一直和两岸亲水平台相连接。桥梁结构形式为中承式、全钢构、拱肋（花蕊）与（花瓣）组合型拱桥。

奉化桥存在的可建筑性和可施工性差问题：（1）设计技术含量高，施工工艺要求高，须使用多项特殊施工工艺（2）钢花瓣重量大，施工困难，设计阶段对施工方案考虑不足可建筑性、可施工性案例54可建筑性、可施工性案例

天津慈海桥是天津海河综合开发改造重要项目之一。慈海桥位于三岔河口，横跨子牙河，连接河北区五马路和红桥区三条石横街，全长330米，分为两层，上层为机动车专用道路，下层为人行道桥。慈海桥主体建筑摩天轮直径为110米，相当于35层楼高，轮外装挂64个360度透明悬挂式座舱，每个座舱可乘坐8个人，可同时供512个人观光。摩天轮旋转一周所需时间为30分钟，到达最高处时，周边景色一览无余，成为名副其实的“天津之眼”。

慈海桥存在的可建筑性和可施工性差问题：110米高的摩天轮“站起来”困难，施工难度很大。摩天轮的安装需要的步骤很多，可以比喻成组装一个“橘子”。摩天轮的轮盘将被分为24等份进行安装，在地面先安装一段轮盘，然后将装上的这段轮盘向上推，推上去后再继续安装一段轮盘，边安装边向上推，最后将整个摩天轮装好。慈海桥上海环球金融中心位于上海浦东陆家嘴,由以日本森大厦株式会社为中心，联合日本、美国等40多家企业投资兴建；承包商是由中国建筑工程总公司、上海建工（集团）总公司组成的承包联合体；总投资达70亿；是一座以办公为主、集商贸、宾馆、观光、会议等功能于一体的综合型大厦。地上101层，地下3层，建筑主体高度达492米，建筑总面积达38.16万平方米；上海环球金融中心曾被戏称为“世界第一烂尾楼”。1997年8月该楼工程奠基，后来因1997年亚洲金融危机，工程停工。2003年2月曾短暂复工，将原大楼由97层变更为101层，楼高由466米增加到492米，不久再次停工，于2005年2月全面复工；整座大厦已于2007年9月14日封顶，于2008年3月竣工。上海环球金融中心(ShanghaiWorldFinancialCenter)56大厦顶部的圆形风洞设计变更为倒梯形；大厦高度由466米增加到492米。原设计犹如两把军刀穿破大地托起一轮红日（每天每个人每个时刻通过不同的角度可透过中间的圆洞看到太阳），上海的地理位置犹如鱼腹。解为：旱日鱼肚白！顶部空洞的设计变更使施工难度和工程造价降低、工期缩短、外观更加简洁；随着高度的增加整座大厦的造价由750亿日元增加到1050亿日元设计变更

原因：未能充分考虑工程所在国的社会文化因素上海环球金融中心的设计高度的增加，使项目的可建筑性、可施工性降低；但是风洞外形的变更则使项目的可建筑性、可施工性大大提高。57带状桁架，从F6开始，每12层一道巨型斜撑，布置在塔楼四周带状桁架之间角部巨型柱，包括混凝土在内塔楼典型结构布置上海环球金融中心主体结构为型钢混凝土组合结构和钢结构，由核心筒结构、巨型柱、巨型斜撑、带状桁架