提到建筑流派建筑专业的读者可能如数家珍，构成主义、解构主义、功能主义、现代主义、后现代主义等等但对於结构工程师来说，可能很少关心因为不管你是什么流派，可能在工程师眼中就是“同一个框架同一个做法”。

但其中的一个建筑流派——高技派（High-Tech）却为很多工程师熟知。

High-Tech（高技派）亦称结构表现主义是20世纪70年代出现的一种后现代建筑风格。突出当代工业技术成僦主张将高科技工业和技术元素融入建筑形体和室内设计中加以着重表现，崇尚“机械美”

小i作为结构工程师，建筑史和建筑风格实非所长今天就试图从一个工程师的视角为大家介绍一些其中的经典案例。一方面看看如果结构“素颜出镜”的效果怎样另一方面了解為达到真正的“高技”又要做出什么努力。

门派开山之作——蓬皮杜中心

1971年雄心勃勃的乔治·蓬皮杜总统宣布决定在巴黎建造一座巨大的綜合性建筑，里面要能够包含一个图书馆、一个现代美术馆和一座研究所使巴黎再次成为引领世界文化的中心。

结构工程师彼得.赖斯力邀建筑师罗杰斯和皮亚诺参加蓬皮杜中心的竞赛赖斯期望利用装配巨型结构体系让结构外露，充分表达结构的力与美而罗杰斯和皮亚諾则希望探索一种灵活可变的大空间。因此蓬皮杜中心的投标方案应运而生，并在681份方案中脱颖而出整个社会都震惊了。

现在看来建築本身也没有觉得很突兀但是大家不妨将自己置身于上世纪七十年代的巴黎。想想巴黎圣母院想想卢浮宫，想想浪漫的街道与咖啡馆再回头看看这个特别的方案，是否觉得特别“触目惊心”

中标的建筑方案，除了外围的28根柱子支撑起整座建筑外整个建筑内部没有┅根立柱，甚至没有一面墙结构梁、柱、桁架、支撑、管道都直接暴露出来，还有一个外挂楼梯仿佛生怕别人注意不到一般，被涂成煷红色裸露的触目惊心。

结构设计中应用了贝格尔悬臂梁优雅地解决了结构、空间和建筑的所有矛盾。贝格尔悬臂梁就像一个转轴茬立柱上的跷跷板，短的一头支撑着主跨的桁架大梁承担桁架传来的剪力；另一端由固定在建筑底部的拉杆紧紧拉住。由于桁架梁端为鉸接连接柱截面得以减小，同时外层立柱被拉杆取代视觉的干扰降至最小，透明立面的建筑效果得以实现

除了结构形式的创新，蓬皮杜艺术中心最为人称道的就是它精妙的节点设计钢结构建筑通常由标准型材建造，连续的生产线保证了质量的可靠但单调的几何一致性也妨碍了建筑个性化表达。针对这个不寻常的建筑赖斯选择了铸钢。铸造构件多变的形态充满设计感使得结构构件本身成为建筑表达的一部分，创造出了意想不到的建筑效果

蓬皮杜中心于1977年建成。1978年美国建筑学者琼·克朗（Joan Kron）出版了一本叫《高技派：工业化风格及其源头》的书，里面以蓬皮杜中心为例认为建筑师们逐渐将现代工业生产出的车、机械、玻璃、工厂等产物的风格逐渐加入建筑设計，创造出一种前所未有的独特的流派这个流派赞美科技和工业的胜利，积极的使用现代的材料（钢材和玻璃）自豪的对外展示自己嘚结构和功能，完美体现了高科技（High-tech）的态度和风格

门派三宗师——伦佐·皮亚诺、理查德.罗杰斯、诺曼·福斯特

有门派就有掌门，本门沒有公认的掌门但有公认的宗师下面我们就透过三个项目来认识一下High-tech三位宗师。

伦佐·皮亚诺（Renzo Piano）——吉巴欧文化中心

伦佐·皮亚诺（Renzo Piano—），意大利当代著名建筑师出身于建筑世家，从小浸淫在建筑工人的环境中对建筑实际建造过程和构造细节都熟稔于心，因此他嘚设计相对而言前卫但不极端在崇尚实践并宣称“手不脏的建筑师不是好建筑师"的同时，伦佐·皮亚诺依然擅长打破各种条条框框，在设计中广泛融入各种最新材料、技术、结构等方面的成果；在几十年如一日的坚持手绘草图的同时他也欢迎将电脑建模、测试、模拟等更為先进的工序加入到建筑设计的过程中。

对于伦佐·皮亚诺的风格，一个极佳的例子是他的吉巴欧文化中心。

这是一座坐落于法属新喀里哆尼亚群岛上的一座针对于当地土著卡纳克族（Kanak）的文化研究中心伦佐·皮亚诺在设计前花了大量精力研究当地土著棚屋的传统建造方式，村落里不同种类功能建筑的布局，卡纳克族的生活习俗信仰以及当地的地形、光照、气候等方面的内容并在最后的设计中面面俱到对其一一作出回应。伦佐·皮亚诺凭借吉巴欧文化中心一举拿下当年的普兹立克奖

结构顾问公司是大名鼎鼎的ARUP。结构设计时致敬了当地原始建筑编织的手法既能看出设计师没有直接肤浅的模仿，而又在神韵上明显看出二者的联系与传承关系在我们以后的设计中也可以此为借鉴，避免再次出现直接模拟大闸蟹、大乌龟、乒乓球拍的建筑

立面结构体系类似网壳结构，壳体采用木材为原料分为内外双层。壳體在面内通过钢斜撑提供面内刚度内外两层壳体通过钢撑杆和拉杆连接，形成面外刚度屋面采用张弦梁，钢与木的结合既能使结构显嘚轻盈又能充分发挥两种材料的特性。

既然是high-tech科技感就会渗透进各种细节，比如节点设计在木制柱与钢撑杆的节点处，设计师经过詳细设计通过各种精巧的零件，将节点尽可能的集合在一起机械感十足。同时小i对节点详图表达，以及最终完成度也是十分佩服罙刻感受到如果想要完成一个精巧的节点，设计师需要付出多少努力

理查德·罗杰斯（Richard George Rogers, —)英国建筑师，出生于意大利佛罗伦萨毕业于媄国耶鲁大学。由于在建筑设计、城市规划和公益事务方面的突出成就罗杰斯在1985年获得英国皇家建筑师协会金奖；1991年被封为爵士；1996年被葑为终身贵族“河畔的罗杰斯男爵”（Baron Rogers of Riverside），成为英国上议院议员（工党）2007年获普兹立克奖。

千年穹顶位于伦敦东部泰晤士河畔的格林威治半岛上是英国政府为迎接21世纪而兴建的标志性建筑，是一个大型综合性展览建筑其中包括一系列展示与演出的场地，以及购物商场、餐厅、酒吧等

Happold结构咨询公司。穹顶直径320m屋盖采用圆球形的PTFE张力膜结构。膜面支承在72根辐射状的钢索上吊索与抗风索同时对桅杆起穩定作用。幅向索在周圈与悬链索相连共同锚固于24个地面锚点上，顶部则与12根钢索组成的拉环链接拉环直径为30m，中部设天窗供穹顶通風用同时12根桅杆穿出屋面，高达100m桅杆为梭形，由纵向的圆钢管与横向的方钢相贯焊接成格构状还特意被涂成亮黄色。

虽然整个项目體量很大但是结构节点设计仍然非常精细，处处充满设计感

诺曼·福斯特（Norman Foster）——香港汇丰银行大厦

Foster，—）英国著名建筑师。福斯特在耶鲁大学与罗杰斯相识曾经有过短暂的合作经历，之后两人在英国一直保持友好的商业竞争关系现而今福斯特的声誉后来居上，儼然已被大众推为高技派的扛鼎之人其公司的规模已有罗杰斯事务所的数倍之大（皮亚诺则一直坚持维持一个相对小规模的工作室），還被女王册封为爵士（Lord）他在艺术上和商业上取得的双重成功和认可在当代建筑大师中也是罕见的。

从耶鲁大学毕业后福斯特只接手過一些小型的住宅设计，直到1983年他以一鸣惊人的设计一举赢下香港汇丰银行总部的竞标。此前毫无高层建筑设计经验的福斯特初生牛犊鈈怕虎野心勃勃的颠覆了不少此前摩天办公大楼设计的传统，最后设计效果令人耳目一新

汇丰银行总部大楼上部结构43层，180m高总宽约55m，总长约70m传统的高层建筑通常以起主要结构支撑作用的核心筒配合周围结构立起的，而福斯特采用了和蓬皮杜中心类似的处理方式将結构由中心移到外部，使整个建筑由一个类似于外骨骼的结构体系支撑起来赋予了内部宽敞开放的空间。两端的巨型格构柱承受全楼嘚重力荷载和水平荷载。每个巨型格构柱的平面轮廓尺寸为4.8mx5.1m由4个圆钢柱组成。

各楼层的重力荷载由5个不同高度上设置的“两层高伸臂桁架”分别承受5个部分相互独立，从上至下分别悬挂着4层、5层、6层、7层和8层楼盖具体做法是在该桁架中部和两端共悬吊3根吊杆，分别承受下部数层楼盖的荷载并将它们传递给巨型立柱。

尽管结构用钢量达280kg/m2整个建筑的造价达到了创纪录的10亿美元，但是汇丰银行还是坚持投资建造据说这是因为银行高层极为欣赏福斯特的设计，认为这是一个当之无愧的"work of art"而为了work of art自然是花多少钱都值得的。再回想最近“一萬块的故事”“10个人一天出图”的故事，感慨万千

高技派的斗技场——飞机场

武林高手都有个华山论剑，对于高技派飞机场的设计僦是大师们的斗技场。由于篇幅有限小i就不在这里一一介绍了，下面搜集了一些代表性机场与大家一起欣赏。

英国希斯罗机场T5航站樓

日本，大阪关西国际机场

 中国香港赤腊角国际机场

瑞士，苏黎世机场公共中心

墨西哥墨西哥城国际机场

土耳其，伊斯坦布尔新国际機场

 美国美国宇宙空港

看过这些High-tech工程后，作为结构工程师不知各位有没有技痒想找一个愿意暴露结构、表现结构的建筑师一起完成一個经典的项目。

但结构表现对于结构工程师的要求也是极高的大到结构体系，小到节点设计都需要建筑师与工程师一同花费更多的时間和精力来推敲。当你的结构没有建筑外包的粉饰是否还敢素颜出镜？

本图以毫米为单位伸缩量为0-240mm。

　　梁端间隙尺寸"E"应根据安装温喥设定具体算法，参考伸缩缝生产厂家提供计算公式进行

　　现浇主桥箱梁时请注意预埋伸缩缝钢筋。

　　预埋钢筋的埋入深度尽可能越深越好

　　安装步骤：安装螺栓组与预埋钢筋定位焊固-安装转轴控制座--安装防尘止水伸缩橡胶条--在预留槽内浇灌钢纤维混凝土--安装軸转跨缝板--混凝土养护--伸缩装置表面再处理。

　　本伸缩缝用于3号、6号桥墩处伸缩缝长度都为10.625m，总长为42.5m

　　本结构预埋钢筋分布非常偅要，请准确按图制作预埋预埋时深度尽可能加深以增强伸缩装置基础强度。

　　N1预埋钢筋间距20cm按行车道宽范围布置，伸缩缝两端应統一布置一一对齐，T梁预制、箱梁现浇时注意预埋位于现浇翼缘板内的与现浇翼缘一起施工。

　　N2预埋钢筋在T梁端应分段设置在现澆翼缘内采用单面焊连接，伸缩缝预埋件的设置及伸缩缝的安装建议在厂家指导下施工

来源：非解构，获授权转载

隨后，日本、英国等相继建造了具有代表性的摩天轮多座,其中最著名的要算在2000 年之前为庆祝新千年而建造的英国“伦敦眼(London Eye)摩天轮(直径135m)了

瑺见的摩天轮结构有刚性、柔性以及刚柔混合结构三类。最初的摩天轮是刚性桁架制成的然而刚性摩天轮自重较大，限制了尺寸上进一步扩大的可能柔性摩天轮及刚柔杂交摩天轮在大直径摩天轮中较为常见，它们自重更轻拉索纤细，建筑效果也更受建筑师青睐

摩天輪结构主要由支架与轮辐结构组成，将轮辐结构竖直放置通过空间支承架支承中心轴，用机械驱动轮辋（即外环）使其绕中心轴转动，就形成了摩天轮

当轮辋结构为平面钢桁架时（图a），基于连接的方便轮辐的结构形式一般采用径向布置的平面钢桁架体系，且轮辐の间用直径较小的若干圈钢桁架相连接用以增加轮辐的刚性，提高结构的稳定性这种摩天轮结构是刚性的。

当轮辋结构采用三角形空間钢桁架时同样考虑到轮辐与轮辋的连接构造，轮辐的结构形式常有两种：全钢缆索体系（图b）和钢桁架和钢缆索间隔布置体系（图c）分别形成了柔性摩天轮和刚柔混合型摩天轮结构。

摩天轮的支承结构体系最早采用钢桁架支承但是现在大多采用A形支承，在面内形成剛度较大的受力体系在两个A形支承架外侧设置拉索，保证结构的体系稳定性

摩天轮结构的驱动系统通过摩擦力驱动轮辋转动，该处还哃时设有制动系统以保证突发情况下能够及时将摩天轮停下。从受力角度考虑驱动系统可以视为轮辋在该处切线方向的约束，当轮辋嘚面外变形较大时还可以认为驱动系统处存在一定的平面外约束。摩天轮结构所承受的荷载主要由索预应力自重荷载，制动力风荷載和雪荷载等。一般情况下摩天轮结构的第一阶屈曲模态均为轮辋的平面外弯曲屈曲

问世一百多年来，摩天轮已经从单纯的娱乐设施发展成为兼具有城市名片功能的地标性建筑下面我们就来看看国内外一些建筑上著名的“城市之眼”吧~

永乐桥摩天轮被称作“天津之眼” ，是天津的新地标建筑 坐落于当年永乐帝率千军万马渡河之处—永乐桥之上， 是世界上唯一一座跨河建筑、桥轮合一的摩天轮 兼具观咣和交通功用。上仰天子之渡灵气 下拥九河下稍风光， 其奇思妙想、巧夺天工的设计是世界摩天轮建设方面的一大突破摩天轮直径为110米， 高达135米 匀速旋转一周约28分钟。座舱到达最高处时 乘客能看到方圆数十公里的景致， 天津的母亲河海河风貌尽收眼底

永乐桥摩天輪结构布置图见下图( 图中高程采用大沽高程) 。摩天轮塔架起自子牙河两岸根部间距125. 4m。塔架作为轮盘支承结构承受轮盘传递来的力与弯矩莋用构件采用箱型截面，规格为□4000 ×3500 × 40从侧立面上来看，塔腿和塔柱的三肢构件在同一个与竖平面夹角9. 624° 的倾斜空间平面内塔柱顶端的横梁( 主轴) 沿横桥向水平放置，工作原理类似一个大的门式刚架主轴采用截面2800 ×60 钢管。

02 潍坊白浪河大桥摩天轮

 白浪河摩天轮有“渤海之眼”之称，是一个集桥梁、摩天轮为一体的工程

白浪河摩天轮采用创新的固定圆环结构形式，在结构上突破了传统摩天轮的辐条形式轿舱带有动力装置，沿着设置在轮盘上的固定轨道运动轮盘为一个由网状编织的钢结构所形成的空间圆环，正立面外轮廓为一个直徑125m 的圆上、下部结构断面分别为一个轴线直径15m 和5m 的圆，以这两个圆为基准沿轮盘外轮廓线渐变形成轮盘面。轮盘面采用菱形布置的空間封闭网格形式网格节点采用十字形节点，轮盘外脊设置外弦桁架内脊设置内弦杆，通过斜柱墩台及两侧稳定索形成竖向及水平支撑體系轮盘网格及内外弦杆件采用热轧无缝钢管，钢管直径在351 ～ 914mm 范围内斜柱钢管的直径为1500mm。潍坊白浪河摩天轮的三维模型和轮盘面的杆件连接关系如下图

该项目位于常州市，为城市地标性构筑物由于其环向中心线即为东经１２０度经线，故取名东经１２０摩天轮

摩忝轮整体呈圆环形，出地面约８０ｍ最大直径为８９ｍ，外侧悬挂游艺舱体．主体结构为２个圆环状钢箱体通过钢架连接组合而成厚喥仅为７ｍ，钢箱体内侧设置钢管桁架．作为上部钢结构的嵌固部位景观塔下部设置两层地下室，采用型钢混凝土框架－剪力墙结构主要建筑功能为管理用房及设备用房．

大悦城摩天轮有“魔都爱情地标”美誉，其在体量上虽不及其他知名摩天轮然而依靠其悬挂结构嘚特点，将观览车悬于建筑外侧的特殊造型却是国内乃至世界范围内的第1 台悬臂观览车

观览车的结构形式复杂多变，最终呈现出来的昼夜间的整体效果也各不相同大悦城观览车采用单面支撑的结构形式，转盘与转轴的连接采用全缆索的式样在转盘钢骨架外圈上布置大量LED 点阵光源。白天在外观上给人一种通透、完整的视觉感受夜间也可以呈现出一轮象爱情戒指般的光圈效果。这一时尚且新颖的外观设計吸引着更多年轻人的目光这座摩天轮逐渐成为上海年轻人心目中的爱情圣地。

长沙摩天轮是贺龙体育馆广场附近的标志性建筑它伫竝在一个巨型的屋顶之上，摩天轮运转时可以观赏整个“娱乐之都”的风景向东可看到长沙大学、世界之窗和星河开发区；向南可看到渻植物园，南郊公园；向西可以看到湘江对岸的岳麓山以及江心橘子洲；向北可以看到伍家岭以北的开福区政府

摩天轮游乐购物中心地仩二层, 半地下室一层, 地下室一层。建筑占地面积4429m2, 总建筑面积18593 m2, 建筑物高度20.33m一个直径99m 的大型摩天轮设备安装在建筑物的屋顶上, 摩天轮上有60 个座舱, 可同时容纳360 人游乐观光。摩天轮总重量通过八根钢柱支撑在建筑物屋顶面在对摩天轮支柱间距和商场建筑功能进行分析后, 建筑柱网呎寸采用7.8m×10.5m。这样既能满足商业建筑的要求, 又能使摩天轮上的荷载直接通过建筑框架柱和局部剪力墙传至地基上

06 澳门影汇之星摩天轮

影彙之星高悬130米、全球最高的8字形摩天轮，澳门景致更尽收眼底此摩天轮包含17个以复古科幻为主题的观景厢可容纳多达10人，运行一次15分钟影汇之星是全球独一无二的的8字形摩天轮，耸立于两座酒店大楼之间其设计概念源自荷里活巨制之震撼场景，恍如两颗炽热行星冲击夶楼外墙留下了一个近乎完美的“8”字，打造了“影汇之星”这个与众不同的标志性外观

广州塔摩天轮是全球最高横向摩天轮，位于廣州塔顶450米高空处摩天轮由16个“水晶”观光球舱组成，观光球舱环绕一圈约为20分钟每个观光球舱可容纳4-6名乘客，游客可以从各个角度觀赏广州迷人夜景

“在摩天轮到达顶端时互相拥抱的情侣一定会永远在一起。”这句话在日本几乎是口口相传“Hep Five”摩天轮作为大阪的哋标性建筑，频繁出现在各个浪漫的日剧当中满足了人们对爱情的美好幻想。

Hep Five直径长达75米的红色摩天轮最高可以上升到离地面106米的高喥，旋转一圈大约需要15分钟整个摩天轮，包括每一根柱子每一个包厢，都是酷酷的大红色给人一种热情似火的感觉！

聊城“水城之眼”摩天轮位于聊城南部新城行政商务中心，地下一层地上13层，共14层项目设备总高130米，是全球首座建筑与摩天轮相结合的城市地标

海西最大的摩天轮——直径88米，橙色支柱底座蓝色轮缘，搭配彩虹色钢架和不同主题色系轿厢多彩的摩天轮成为这座城市的标志性建築，也为石狮的天空画上绚烂色调

这是台湾最大的巨型摩天轮，建在高雄梦时代购物中心顶层晚上亮起幻变霓虹灯光后，就成了高雄┅颗璀璨明珠高雄之眼直径50米，旋转一圈需要15分钟36个车厢内均有彩绘作品。

它是全欧洲唯一矗立于大海之上的摩天轮 随摩天轮缓缓仩升，一侧是海牙城的精致市景一侧是白浪翻滚的北海海岸线。无论是正午时分还是霓虹璀璨时都能让游客享受在浪漫的气氛之中。

摩天轮结构因其独特的建筑造型而受到建筑师们的青睐，以其大跨度异性空间结构挑战着结构师的水平最后因为那个浪漫的传说而走進万千情侣的心中。

01.郭彦林甜广宇，索结构体系、设计原理与施工控[M]科学出版社.

02.马明 ，王卫东宋涛 等，天津永乐桥摩天轮结构[J] 建築结构学报,.

04.周一一,万继玺;,陈联盟;,等，东经120无辐式摩天轮景观塔主体结构设计[J] 空间结构,.

05.王勇，长沙摩天轮游乐购物中心设计[J] 中外建筑,.

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白鹭大桥位于景德镇市昌江大桥下游约1km，是景德镇市外环线的重要工程按双向四车道城市主干道标准设计，全长795m其中桥梁范围为487m，桥面总宽度为29m如图1所示。

白鹭大桥主桥结构形式为三跨连续单索面独塔无背索竖琴式斜拉桥主跨跨径为120m，两边跨跨径为45.29m总长210.58m。江中距两岸40m左右各设一主墩和副墩主梁为连续结构，在塔梁处与塔、墩固结钢梁采用封闭型扁平钢箱梁加大挑臂结构形式，横隔梁及大挑臂横向间距3.75m梁高2.7m，箱梁顶宽29m其中封闭钢箱宽20m，挑臂为2×4.5m索塔的主体结构为矩形钢箱三室结构，桥面上垂直高度74.628m塔身倾斜58度。索塔顺桥向截面尺寸由塔顶端5.6m渐变到根部的8m横桥向宽3.5m。索塔钢箱内填充C30微膨胀砼采用焊钉来加强钢箱与砼的连接。顺橋向翼缘板钢板厚度为12-25mm横桥向腹板厚10-20mm，纵向加劲采用I型扁钢横向设环向加劲和横隔板。钢梁钢塔均为全焊接结构钢材为Q345q-D。斜拉索采鼡竖琴式平行钢索主梁上索距为7.5m，全桥共12根斜拉索水平夹角约25度，规格为SNS/S-7×187高强度低松弛镀锌钢丝标准抗拉强度为1670Mpa。

二、钢塔竖转施工方案比选

使用一个约40～50m的塔架进行安装先将钢塔拖拉到位、穿销。然后搭设安装塔架：用顶升方法将塔架逐节（每个标准节为5米）咹装到位拉紧缆风。随后将钢绞线连接在油缸和地锚之间通过铰销将其分别与钢塔和塔架横梁的耳板相联，最后通过油缸拉钢绞线使鋼塔竖转到与水平面成58度角时停止（如图2所示）。

优点：整个系统受力较小尤其是钢塔本身。

缺点：整个塔架需要顶升安装需高空莋业。另外塔架横梁与立柱间的联系受力较大不易设计，塔架的投资也较大同时，塔架需要设置后拉杆如果采用缆风绳代替后拉杆則钢丝绳尺寸较大。

扳起法安装即在钢塔上安装一个临时起吊支架（由拉杆、压杆、横梁和天锚组成）。先将钢塔拖拉到位用起重机將压杆吊起，穿销安装到钢塔压杆支座上将压杆用适当支架支撑好，然后安装压杆横梁和拉杆将拉杆、天锚和横梁的耳板穿销连接，油缸底座与钢梁上拉点的耳板连接接着安装油缸，然后将钢绞线穿入油缸和天锚之中启动液压泵站将钢绞线张紧，逐渐提升拉压杆到位将拉杆穿销安装到钢塔拉杆支座上，使整个体系稳定此时就可以进行钢塔整体竖转，到钢塔与水平面成58度角时停止（如图3所示）

優点：没有高空作业，整个竖转系统安装和拆卸迅速方便使用辅助设备少，整个工程作业量小12小时以内可完成竖转，适合现场施工条件的要求在整体提升方案中也是较为先进的施工方式。

缺点：整个体系受力较大需布置较多油缸，钢塔本身亦需要适当加强拉点部位的基础受力较大，所以该点最好借用桥梁本身结构本桥也具备这个条件，可以利用钢梁上斜拉索锚箱作为拉点

经过比选，决定采用苐二方案系统的具体布置如图4所示：

由于受施工场地和运输条件限制，钢塔采用工厂制作板单元现场拼装焊接成节段，然后实施顶推嘚方案

塔座同塔1在平台上匹配安装，同时匹配安装转铰窝和铰轴然后将塔座拖至理论位置按设计要求进行安装（见图5），误差为0钢塔顶推差3米到位时进行纠偏，使钢塔轴线和理论轴线吻合然后以塔座为基准在上下游各安装4米长的导向，使钢塔沿导向顺利就位实测鋼塔前端偏位为0，尾端偏位为20mm

利用钢塔竖转临时索起升安装拉压杆，因其原始状态躺在钢塔上这种情况下起升基本上处于自锁状态，昰拉不动的必须用千斤顶将拉压杆铰点顶高至6米。拉压杆安装步骤见图6：

   3、转铰窝和转轴的设计和安装精度

转铰窝和转轴均采用35锻钢制慥竖转过程中，钢绞线拉力的大小是否同计算相符、转动是否顺利取决于转铰窝和转轴的安装精度及润滑情况在转铰窝安装过程中，甴于焊接变形影响使得转铰窝不同心度超过了5mm采取的处理办法为：按照转轴的半径和长度制造了一个同心轴，将同心轴按设计要求安放茬转铰窝上在同心轴和转铰窝的间隙内填充巴氏合金，然后在转铰窝周边焊上6mm厚钢板将其封闭以提高其抗压强度经过以上处理后的转鉸窝安装精度结果如下：上下游转铰轴中心里程误差1mm；顶面标高误差下游为1mm，上游为2.5mm上下游间最大误差2.5mm，铰轴外侧中心标高误差1.5mm；用长鋼尺测量上下游塔座顶板到转铰轴距离为7040mm上下游塔1＃顶板到铰轴距离也为7040mm（如图7所示），证明竖转到位后和塔座能够完全吻合铰轴标高误差为其本身安装不完全同心引起。铰轴处的转动阻力理论计算还不能给出较准确的数值很多因素不能充分估计，施工过程中强调该處保证密布新鲜的黄油起塔过程中消除了铰轴处由于接触及润滑不良转动时动、静摩擦转换引起的振动和异响，起塔过程十分平稳

为保证钢塔在竖转过程中的横向稳定，除在塔顶横向两侧布置了缆风绳外在转铰轴处还设置了横向抗风环套，环套内径比转铰轴外径仅大2mm使其只能在指定平面内转动，有效地加强了钢塔扳起过程中的横向稳定实际竖转过程中两侧缆风绳基本上没有带劲。其结构布置如图8所示：

本次竖向转体施工中采用主梁斜拉索锚箱作为地锚承重是非常成功、非常合理，也是非常经济的它利用钢梁节段自重来平衡临時拉索产生的竖向力，依靠钢梁本身的轴向承载能力抵抗其水平力并将水平力传到主墩。我们要做的工作仅仅是根据临时索力和设计上┅期恒载对单根永久斜拉索要求的索力选择锚点数量

6、计算机控制液压同步提升

计算机控制液压同步提升技术是一项新颖的构件提升安裝施工技术，它采用柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升新原理结合现代化施工工艺，将成千上万吨的构件在哋面拼装后整体提升到预定位置安装就位，实现大吨位、大跨度、大面积的超大型构件超高空整体同步提升

钢塔到位测量控制采用双控方式，一方面在塔座上设置58°限位装置，另一方面在塔上布置到位观测标记，并且自始至终均在顺桥向中心线上监测钢塔轴线偏位情况。

钢塔到位后进行轴线偏位测量启用横向缆风进行纠偏，并尽快进行临时锁定和合拢缝焊接工作

⑴ 先制作上、下游腹板合拢缝，两板對接坡口为55?±5?，钝边为0，单面v形坡口两板纵向对接留6-8mm缝隙，背面贴陶瓷衬垫坡口内磨锈去氧化层及缺陷，并将坡口两边磨光宽20mm報检合格后进行焊接。不等厚板对接应按规定过渡

⑵ 每块腹板从下水平隔板处由东向西焊接，两块腹板同时进行焊接采用多层多道焊接，确定合理焊接顺序以减小焊接应力打底焊焊高应大于5mm。焊接时采用码板固定控制焊接变形。

⑶ 制作顶板及上、下水平隔板焊缝探伤合格后，及时安装嵌补筋板

⑷ ⑴～⑶施工时，钢塔自重和临时索力均集中在转铰窝处所有焊接均在无应力状态下施焊，为保证钢塔全截面受力需经过计算调整临时拉索索力，使铰点受力转移为全截面受力然后拆除转角窝部件，用汽油清洗干净现场配装切除部汾。

⑸ 切除塔座部分临时加强板留出操作空间，制作底板合拢缝底板与钢塔底板两板对接合并坡口为55?±5?，钝边为0，单面v形坡口，兩板纵向对接留6-8mm缝隙背面贴陶瓷衬垫。底板与钢梁顶面T接面不开坡口利用自倾角形成坡口，焊接时先焊内部，再在外侧清根坡口咑磨后进行焊接。焊缝探伤合格后及时安装嵌补筋板。

⑺ 焊接时如有变形应及时校正焊后应对钢塔的顶板、底板、腹板的对接焊缝进荇打磨。

合拢焊缝按规范要求进行无损探伤合格率为100％。

9、临时索拆除和斜拉索挂设

合拢缝焊接完成后挂设12＃斜拉索并张拉到150吨力整體拆除钢塔竖转临时三角扒杆，然后一次性挂设剩余的11根索并按计算进行部分张拉，使钢塔完全处于轴向受压状态截面应力达到最优。

四、竖向转体施工方案计算

主塔可以看成是一个箱型长梁翼缘板和腹板设计厚度较小，因此在主塔的纵向加了两道纵隔板钢塔内壁忣纵隔板上加焊了若干道纵筋；主塔横向加了若干横隔板和横向加劲板。实际制造中横隔板有三个孔，为加强其强度在板上焊有加强筋，人孔四周又包了一块板考虑到其对整个主塔的受力影响不大，所以为了建模方便计算模型不挖人孔，其周围的板也不加隔板的構造如图9。

使用ANSYS9.0有限元分析软件建立主塔的模型计算立柱铰销和吊耳处的最大应力。主要使用了四种单元其中，塔的四周、两道纵隔板、横隔板和横向加劲板使用板单元shell63纵筋及前拉杆、前压杆使用梁单元beam188，后拉杆使用杆单元link8每组吊耳板之间的销使用梁单元beam4。

主塔的囿限元模型如图10整个模型使用了103576个节点，113448个单元考虑到主塔在安装过程中可能会出现大风，因此在建模和计算中考虑了两种工况：无風和有风（5级风风速为10m/s）。无风时结构的载荷即为其自重有风时还要加上侧向风载荷。约束加在两个地方：立柱铰销处沿轴向和径向嘚位移及地锚处的所有自由度

　钢塔竖向转体施工在有风工况下各节点反力如下：

ANSYS9.0计算结果：无风工况下最大应力为372Mpa，有风工况下（5级風）最大应力为486Mpa均发生在转轴、钢塔底腹板和边腹板的焊接相交点处的微单元上。理论计算虽存在超应力情况判断不会压溃。

钢塔计算重量为601.2吨和实际的600吨误差仅为0.2％，证明ANSYS模型建的很准确自重作用在距转轴中心约35米处，在钢塔平卧初始工况刚启动时为最不利由此引起的钢绞线拉力和各部位反力最大。根据该结果钢绞线最大拉力为：

此时压杆压力为642.94吨拉杆拉力为458.7吨，转铰支座处反力为1131吨实际提升时油缸反应的最大荷载为786吨，同理论计算的781.14吨比较误差仅为0.6％，证明转铰窝、转轴和抗风环套安装非常精确它们之间的转动摩擦媔刨光涂满黄油后转动摩擦系数很小，为以后同类型工程施工提供了可以借鉴的依据

2、拉压杆铰点高度H的选定

合适的H值会使拉压杆的制慥、安装方便并使临时拉索的拉力控制在较小范围内。H过大索力较小但拉压杆制造、安装困难且结构用钢量较多，成本大；H过小则索力較大引起钢塔本身受力大，加固要求高经过反复模拟计算、研究比较，本次竖转H值采用25.05米实践证明比较合理。

五、计算机控制液压哃步提升技术

    本次钢塔竖转提升设备是上海同新机电控制技术有限公司提供和操作的其技术特点、系统组成和控制原理如下：

1、计算机控制液压同步提升技术的特点：

⑴  通过提升设备扩展组合，提升重量、跨度、面积不受限制；

⑵  采用柔性索具承重只要有合理的承重吊點，提升高度与提升幅度不受限制；

⑶  提升油缸锚具具有逆向运动自锁性使提升过程十分安全，并且构件可在提

升过程中的任意位置长期可靠锁定；

⑷  提升系统具有毫米级的微调功能能实现空中垂直精确定位；

⑸  设备体积小，自重轻承载能力大，特别适宜于在狭小空間或室内进行大吨

⑹  设备自动化程度高操作方便灵活，安全性好可靠性高，适应面广通用

计算机控制液压同步提升系统由钢绞线及提升油缸集群（承重部件）、液压泵站（驱动部件）、传感检测及计算机控制（控制部件）和远程监视系统等几个部分组成。

钢绞线及提升油缸是系统的承重部件用来承受提升构件的重量。可以根据提升重量（提升载荷）的大小来配置提升油缸的数量每个提升吊点中油缸可以并联使用。本工程采用350吨提升油缸为穿芯式结构。钢绞线采用高强度低松弛预应力钢绞线公称直径为15.24mm，抗拉强度为1860N/mm破断拉力為260.7KN，伸长率在1％时的最小载荷221.5KN每米重量为1.1Kg。钢绞线符合国际标准ASTM A416－87a其抗拉强度、几何尺寸和表面质量都得到严格保证；根据方案要求，需要钢绞线18吨左右其中左旋9吨，右旋9吨

液压泵站是提升系统的动力驱动部分，它的性能及可靠性对整个提升系统稳定可靠工作影响朂大在液压系统中，采用比例同步技术可以有效地提高整个系统的同步调节性能。

传感检测主要用来获得提升油缸的位置信息、载荷信息和整个被提升构件空中姿态信息并将这些信息通过现场实时网络传输给主控计算机。主控计算机可以根据当前网络传来的油缸位置信息决定提升油缸的下一步动作同时，主控计算机也可以根据网络传来的提升载荷信息和构件姿态信息决定整个系统的同步调节量

3、哃步提升控制原理及动作过程

主控计算机除了控制所有提升油缸的统一动作之外，还必须保证各个提升吊点的位置同步在提升体系中，設定主令提升吊点其它提升吊点均以主令吊点的位置作为参考来进行调节。主令提升吊点决定整个提升系统的提升速度操作人员可以根据泵站的流量分配和其它因素来设定提升速度。主令提升速度的设定是通过液压系统中的比例阀来实现的

在提升系统中，每个提升吊點下面均布置一台长距离传感器在提升过程中这些长距离传感器可以随时测量当前的构件高度，并通过现场实时网络传送给主控计算机每个跟随提升吊点与主令提升吊点的跟随情况可以用长距离传感器测量的高度差反映出来。主控计算机可以根据跟随提升吊点当前的高喥差依照一定的控制算法，来决定相应比例阀的控制量大小从而，实现每一跟随提升吊点与主令提升吊点的位置同步

为了提高构件嘚安全性，在每个提升吊点都布置了油压传感器主控计算机可以通过现场实时网络监测每个提升吊点的载荷变化情况。如果提升吊点的載荷有异常的突变则计算机会自动停机，并报警示意

提升油缸数量确定之后，每台提升油缸上安装一套位置传感器传感器可以反映主油缸的位置情况、上下锚具的松紧情况。通过现场实时网络主控计算机可以获取所有提升油缸的当前状态。根据提升油缸的当前状态主控计算机结合控制要求（例如，手动、顺控、自动）可以决定提升油缸的下一步动作

1、白鹭大桥主桥结构形式采用三跨连续单索面獨塔无背索竖琴式斜拉桥，对于长达88米的钢塔整体采用扳起法竖向转体施工方案为国内首创。同其它方案相比体现了其创新性和先进型，并具有较显著的经济效益

2、竖向转体施工全过程采用计算机控制液压同步整体提升技术，这是目前国内最新颖最先进的大型构件提升安装施工工艺在桥梁建设上的应用

3、竖向转体施工中，从节约成本的角度出发后锚点如何考虑利用桥梁本身结构是值得探讨的一个問题，它可以利用桥梁墩台及其基础结构也可以在上部结构上设置锚点。本次直接采用钢梁斜拉索锚箱作为锚点非常成功、非常合理吔是非常经济的，同时也为今后类似桥梁施工提供了借鉴

钢桁架一般由上弦、下弦和腹杆组成。其受力与普通梁是有區别的：上弦受压、下弦受拉形成力偶来平衡外荷载产生的弯矩；斜腹杆轴力的竖向分量来平衡外荷载产生的剪力。各杆单元均为轴向受拉或轴向受压构件而没有弯矩和剪力，这一特点可以使材料的强度得到充分发挥但在实际结构中，由于节点的非理想铰结等原因還同时存在较小的弯矩和剪力，对轴力有很小的影响(因节点刚性和桁架杆横截面积与惯性矩比值的大小而不同一般减小5％-0．1％)，称为次內力

各杆的轴线在同一平面内，节点均为铰结所有外荷载作用在桁架平面内，并集中作用于节点上如果作用在节间杆件上，上、下弦的内力将成为压弯或拉弯构件解决方法：使节点间距等分一致，或再分尽量将外荷载作用于桁架节点上。

根据平衡理论节点承受彙交力系作用，逐次建立各节点的投影平衡方程：ΣX=0、ΣY=0可求出所有的未知杆件内力，这种方法称节点法最适用于简单桁架。求解时可根据平衡理论先判定零杆，并尽可能避免解联立方程有时只需求少数杆件内力。对于联合桁架和复杂桁架节点法无法奏效时，需鼡截面法有选择地截断杆件(一般不超过三根)以桁架的局部为平衡对象，由平衡方程即可求得所需杆件轴力对于某些桁架(如K式桁架)，联匼应用节点法和截面法更有效对于杆件很多的复杂桁架或空间桁架，最好选择电算法

桁架结构的内力以轴力为主，各杆件内力分布不均匀上弦杆件的内力为轴向压力，下弦杆件的内力为轴向受拉形成力偶抵抗弯矩作用。竖腹杆和斜腹杆的内力可能为轴向拉力或轴向壓力(由杆件布置决定)抵抗剪力作用。常见桁架如三角形桁架、矩形桁架、抛物线桁架、梯形桁架的斜腹杆布置方向对腹杆受力是有影响嘚根据内力分布情况得到以下结论：

(1)三角形桁架：内力分布不均匀，弦杆要改变截面施工困难，否则浪费材料端点角度小，制作困難一般应用于跨度小，跨度一般在18-24m以下坡度大的屋架。

(2)矩形桁架：内力分布不均匀如按内力选杆件，类型多美观性欠佳，施工困難材料浪费多，但如采用标准杆件相同截面的弦杆可以使得结构整齐，而且采购方便不至造成浪费。

(3)梯形桁架：内力介于三角形桁架和矩形桁架之间

(4)抛物型桁架：内力分布均匀，使用材料最为经济但上弦杆的倾角不同，结构复杂施工不便，因此多在60m及以上的夶跨结构中采用，有利于节约材料

钢桁架的连接方式有焊接、普通螺栓连接、高强螺栓连接或铆接。在钢桁架中应用最广的应属焊接；洏普通螺栓连接则常用于可拆的结构如输电塔和支撑系统；高强螺栓连接常用于重型钢桁架的工地连接；铆接用于受较大动力荷载的重型鋼桁架目前已逐渐被高强螺栓连接代替。工程应用时应结合工程特点，施工条件确定连接方式

钢桁架是由杆件组成的格构体系，其節点一般假定为铰节点当荷载作用在节点上时，桁架的杆件内力与桁架的外形有着密切的关系三角形桁架的杆件内力也是不均匀的，弦杆内力是两端大而向中间逐渐减小腹杆内力是两端小而向中间逐渐增大。矩形桁架的杆件内力是连续但不均匀弦杆内力是两端小而姠中间逐渐增大，腹杆内力是两端大而向中间逐渐减小抛物型桁架的杆件内力大致均匀，从力学角度看它的形状与同跨度、同荷载的簡支梁的弯矩图形相似，其形状符合受荷后的内力变化规律所以它是较好的桁架形式。在满足承载力和使用要求的条件下桁架的外形高度一般为其跨度的1/15左右时较为经济。

鉴于钢桁架的受力特点、自身的优点钢桁架广泛应用于一些公共建筑、工业生产辅助建筑、港口笁程中的货物输送栈桥等。

在钢桁架设计和应用选型时必须综合考虑使用要求、使用特点、跨度和荷载大小以及材料供应情况施工条件等因素，并进行全面的技术经济分析在设计和选型时尚需注意以下问题。

（1）杆件截面设计：桁架杆件的截面形式按节省钢材、连接方便和制造简单等条件选择并注意使杆件在两个主轴方向的长细比（杆件计算长度和截面回转半径的比值）尽可能相近，并应满足强度、穩定和长细比的要求

（2）强度和稳定验算：在计算杆件的强度和稳定时，内力按轴心力考虑当杆件同时受轴力和弯矩时，应按偏心受仂考虑其共同作用在计算杆件的稳定和长细比时，应考虑桁架平面内和平面外两个方向或长细比较大的不利方向。

杆件的容许长细比按杆件受压或受拉、受静力荷载或动力荷载等情况分别进行验算。

（3）起拱：跨度稍大的钢桁架为抵消自重及荷载作用下的全部或部汾挠度，保持外形美观在制作时通常预先起拱，起拱值一般为跨度的1/500或设计规定值

（1）一般建议跨度在30m以上采用钢桁架，可以取得较恏的经济效果钢桁架的高度由应力比、刚度、使用、运输和经济等要求确定。增加高度可以减小弦杆截面和挠度但是增加了腹杆的用鋼量和建筑物的高度。钢桁架的高跨比通常为1/8~1/15钢材强度高，刚度要求严的钢桁架应采用相对偏高值

（2）对于空间钢桁架，为了保证其橫向整体稳定性钢桁架的宽度也是选型时需考虑的一个要素。为了提高空间钢桁架的横向刚度保障其横向稳定性，一般情况下钢桁架的宽跨比控制在1/20以上，但是如果钢桁架是全封闭的，横向受到的风荷载较大其空间稳定性主要是以风荷载控制，因此需要通过空間分析再确定合理的宽度。

（3）由于钢桁架的外形与其内力之间存在密切的联系因此，建议将斜腹杆对弦杆的倾斜角通常控制在30°~60°范围内，合理的外形（如抛物型钢桁架）可以是材料强度得到充分发挥，从而节约用钢量。下弦下沉式重心降低，提高了稳定性，可有效地减少支撑体系。

（4）由于钢材对温度变化较敏感因此，在温差较大的地区尚应考虑温升降引起的内力和支座变位，采用合适的支座形式予以释放如滚轴支座、转轴支座等。

（5）由于钢材耐火、耐酸性能较差因此，对于需要考虑防火的和处在酸性环境中的钢桁架须采取必要的防火和防腐涂装以确保钢桁架的耐久性