我國鋼結構電視塔設計與施工概況

左林生 夏大橋 王謙 徐濤 趙海龍

摘 要：隨著我國科學技術的發展，經濟水平的提高，工程設計和施工也逐步走進了世界前列。在我國電視塔的設計與施工過程中，鋼結構是常見的一種形式，由于電視塔傳播、通訊等功能的需要，其外觀一般高大、多樣，在城市建筑中較為引人注目。另一方面，在我國城市化進程不斷加快，中心城區建筑密集，房屋建筑增高的情況下，電視塔的設計建造也在不斷的改進和發展。本文主要探討我國鋼結構電視塔設計與施工的狀況。

關鍵詞：鋼結構電視塔；設計；施工；概況

中圖分類號：TU279.744 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0106-02

隨著我國經濟貿易的發展，通訊和傳媒的需求大大增加，電視塔的功能也逐漸拓展，從原本的調頻發射到后來拓展到經濟貿易領域，形成了電視塔特有的多功能格，如娛樂、旅游、商貿等都利用電視塔的高度進行自己的商業文化的宣傳。在國內外的電視塔的實踐中可以發現，其經濟效益不可估量。由于電視塔一般高度較高，在其設計和施工過程中較長使用鋼結構。鋼結構由于其自重輕、韌性好、強度高、加工方便等特點，在我國高層建筑中發展較快。另外，同混凝土結構和砌體結構想比，鋼結構也更符合國際發展的潮流。電視塔代表著一個城市的發展風貌，其形象的設計和城市的地域文化和民俗精神息息相關，反映出一個城市的經濟發展程度和科學文化水平，對城市的發展有重要的影響。

1 鋼結構電視塔的優勢

在電視塔的設計和建造中，其高度一般高于普通的建筑物，其結構主要有鋼結構和鋼筋混凝土結構。在電視塔的發展過程中，鋼筋混凝土塔多采用圓形的設計結構，其技術上較為成熟，施工難度低、時間短，材料省而造價低，但是其重量太大，地基處理較為困難，在多震區其自重較大，可能加大地震發生的幾率。因此，相交于混凝土結構的電視塔，鋼結構的建筑輕便，造型多樣，地基處理較為簡單，防震的性能較好。但是鋼結構電視塔也具有防腐性能方面的缺點。隨著城市空氣污染的加重，城市酸雨的次數和降雨量都大大增加，對鋼結構電視塔的腐蝕加強。在建造鋼結構電視塔中應該做好防腐的維護工作，使用油漆，熱浸鋅和熱噴鋁等技術，提高鋼結構電視塔的防腐性能。

1.1 鋼結構的材料強度高，自重輕

鋼結構具有材料強度高、結構自重輕等特點。相對于鋼筋混凝土而言其強度較高，承重能力較大，在高層建筑中能夠減少材料的使用。另外，鋼材的自重較輕，其容重和屈服強度比也即P=Y/F在所有材料中比值較小。因此，其自重結構使得鋼筋混凝土的抗震性性能方面具有較大的優勢。并且在地基軟弱的地區，鋼材結構的運輸和安裝較為方便，能夠減少施工的難度。

1.2 鋼結構的韌性高，塑性較好

鋼材具有較高的塑性和延展性，在工業生產中其質量能夠進行嚴格的控制，因此鋼材具有較大的可靠度。因此，鋼材較其他工業材料而言，其置地較為均勻，并且其彈性模量大，使其具有較高的塑性和韌性。由于鋼材的塑性較大，鋼結構承受較大的重量時不會發生突然斷裂的情況，而是首先產生較為明顯的塑性變形，當變形超過臨界點時才會發生斷裂，不容易產生較嚴重的損失。由于鋼材具有較高的韌性，使鋼結構能夠抵抗較高的動荷載。在地震地區，其作用十分明顯。在震區和高層的建筑中，鋼結構由于其計算精確，結構安全，抗震性能好，使用較為廣泛。

1.3 鋼結構加工、制造簡單、使用方便

隨著我國鋼鐵的使用量增加，鋼鐵工業技術的發展進步，鋼結構的加工技術逐步成熟。鋼結構具有加工、制作較為簡單等特點。在工業的建造和使用中，鋼材料的使用十分廣泛。鋼結構材料只需要在鋼材料加工廠進行簡單的加工制作，便可完成，運輸到工地現場之后，通過工人的組建便可完成。其施工方便，內容簡單，能夠有效縮短工期。另外，鋼結構還可以使用螺栓連接，在施工的過程中，方便拆卸和搬運，提高施工的進程。這樣，通過簡單的加工和制作，運用鋼結構進行電視塔的建造，對于縮短工期，提高企業的經濟效益具有較大的幫助。

1.4 鋼結構的經濟效果好，綠色環保

由于鋼結構的自重輕，制作方便，承重能力較高，耗費材料較少，因此，使用鋼材料所耗費的材料成本較小。另外，使用鋼材料的施工時間較短，耗費的人力、物力資源較少，其總的建造費用較低。對企業來說，使用鋼結構的經濟效果較好。鋼結構又是一種綠色環保的工業材料，能夠重復循環使用，能夠減少資源的浪費，提高資源的使用效率。在使用鋼結構進行電視塔的設計和施工中，其泥沙。水石等材料使用較少，能夠減少資源的浪費。鋼材料的施工較為簡便，施工環境相較于鋼筋混凝土來說較為干燥。隨著城市經濟的發展，建筑的改造、重修的情況越來越多，尤其是電視塔之類的建筑物，更新較快，而使用鋼結構后，能夠進行回收利用，減少資源的浪費，提高城市建筑的經濟效益和環境效益。使用鋼結構進行城市電視塔的建設也更符合綠色城市和國家可持續發展的要求。

2 鋼結構電視塔的建造外形設計

2.1 多邊形的電視塔外觀

電視塔代表著一個城市的經濟和文化水平。因此，其設計和施工對城市的發展有一定的影響。一座世界聞名的電視塔對于提高城市形象，豐富城市文化氣息，增強城市的藝術魅力有重要的作用。例如，法國巴黎的埃菲爾鐵塔建造于1889年，其造型優美，結構精致，享譽全球。電視塔一般由天線桿、塔身、塔樓、塔腳四部分組成。鋼結構的電視塔多為多邊形的塔身，其空間鋼架有四邊形、六邊形和八邊形等。其中，具有對稱結構的塔身視覺效果較非對稱結構的視覺效果為好。塔身的立面大多為拋物線，結構造型優美，亦有折現形狀，約三分之一高度以下為折線，如果折線較多，則亦可組成拋物線。如果折線轉折角度較大，斜率明顯，則可組成較為顯著的折線性電視塔。在電視塔的建造中，其形式多樣，風格迥異，其多數造型較為新穎[1]。

傳統的電視塔多仿照中國寶塔的形狀而建造。其外形古樸美觀，但形式不免單一、乏味，缺少創新之意。因此在電視塔的發展過程中，其形狀不斷創新、發展，出現了多變形等造型的塔，如‘艾菲爾塔形和‘三葉草式電視塔。其中，‘艾菲爾塔形在我國江南建造較為廣泛。而‘三葉草式，由其外形似三葉草而得名，塔身為一個三角形截面，且每個一定距離有剛度較大的環梁將其連接。除此之外，還有其他多邊形的電視塔。

2.2 形式多樣的塔樓

隨著電視塔功能的進一步拓展，其塔樓的使用也更加豐富。許多電視塔的塔樓應用到商業之中，作為多功能的電視塔樓。電視塔的塔樓外形最多的是球形，其結構簡單，造型優美，在我國的使用也較為廣泛，如上海、佛山、青島等地。球形的塔樓又可分為有豎向外墻的，其球網僅起到承重結構的作用。另外有一種塔樓外墻與網孔一致，球網起承重和維護的作用。

另外，還有碗型塔樓、碟型塔樓等形式。其中碗型塔樓我國斗拱構造相似，塔底有短幅射梁支撐，形成上大下小的碗狀結構。也有碟形塔樓，多為上托下拉的結構，外形像飛碟。還有平面的塔樓，其外形為圓形或正多邊形。塔樓不拘何種樣式，重要的是保持電視塔的整體結構，做到各部分相協調，避免出現突兀感。從整體結構設計上來說，避免出現塔尖構造，以免加快塔樓的磨損，并且尖角會加劇風的摩擦，造成巨大的噪音[2]。

在鋼結構電視塔的設計中還要結合當地的人文背景、工藝條件、氣象環境和地質環境等因素，不僅滿足其多功能的需要，還要兼顧文化、旅游等，最大程度的凸顯出當地的地域特點，起到提升城市形象的作用。

3 鋼結構電視塔的施工概況

3.1 鋼結構電視塔的施工

現代鋼結構電視塔，其制作與施工過程都比較簡便。鋼材的延展性、韌性和剛性都比較好，在高層建筑中使用具有較大的優勢。大型的電視塔多使用空間析架鋼管結構，不同的結構部位使用不同形狀的鋼材，其施工與建造皆較為方便。例如，鋼結構電視塔的塔柱、橫桿等多使用鋼管結構，通過法蘭盤栓相接，增加電視塔塔柱的承受能力，并且能夠節約鋼材的使用，減少項目的成本。鋼管的制作簡便，外形美觀，相對于其他形狀圓形具有風阻小的特點。因此，在鋼結構電視塔的施工中，較多采用鋼管結構。另外，鋼結構的剛性較大，承重能力較強，便于拆卸和重復利用，能夠減少材料的利用，提高資源的利用效率，起到保護環境和節約能源的效果。

鋼結構電視塔的施工和安裝都較其他材料為不同，其主要工程是鋼結構的拼接和安裝。鋼結構電視塔有散裝和焊接等形式。鋼管焊接不需要法蘭盤，但是現場的施工費用加大，整體形象光潔，十分美觀。散裝需要法蘭盤向銜接，施工費用較焊接為小。另外，隨著施工技術的發展，還有其他的安裝施工辦法。總體來說，鋼結構電視塔的施工較為簡便，但是存在復雜的綜合安裝。例如，在電視塔安裝時采用全螺栓連接的方式，其技術含量較為復雜，安裝工程的難度也較大[3]。

3.2 鋼結構電視塔的防腐施工

鋼材的防腐性能較差。隨著城市空氣污染的加劇，酸雨的次數和程度增加，對鋼結構電視塔的腐蝕性能也在加強，電弧噴鋅和熱浸鋅是鋼結構建筑防腐蝕處理中較為常用的方法。為了提高鋼結構電視塔的防腐性能，在施工工程后期需要進行防腐除銹工作。首先清除鋼材表面的異物，進行防銹油漆的刷涂。如果鋼材已經生銹則需進行除銹處理，有手工。機械和化學等除銹方法。然后刷涂防銹油漆。電弧噴鋅（鋁）是戶外鋼防腐的有效方法，其中電弧噴鋅的防腐年限較長，效果較好。電弧噴鋅工藝需要事先進行除銹工作，噴砂除銹或者酸洗除銹，打磨后進行熱浸鋅的噴涂。而熱浸鍍鋅的防腐年限較短，并且有機涂料層和鋼材表面的粘結力較小，經過較長時間的腐蝕后，表面涂料容易發生脫落。因此，在酸雨和大氣腐蝕強度高的環境下，電弧噴鋅技術的使用較為廣泛。最后，還要注意鋼結構電視塔的維修和保護，根據鋼材的老化程度定期進行維修和沖刷，保證電視塔的正常安全運營。

4 結語

隨著我國社會的發展進步，電視塔的功能和用途不斷擴大，其結構和類型也變得多樣。鋼結構具有自重輕、韌性好、強度高、加工制作方便、能夠循環使用，綠色環保等優勢，因此使用鋼結構建造電視塔能夠減少企業的經濟壓力，帶來較大的經濟效益和環境效益。在鋼結構電視塔的設計中，要兼顧技術、文化等多種因素，使鋼結構電視塔做到結構新穎、外形美觀，富有人文特色，提升城市形象。另外，鋼結構電視塔的施工較為簡便，但是要注意對鋼材防腐措施的處理。隨著科技的發展，鋼結構電視塔的設計和施工也會不斷進步。

參考文獻

[1]龔劍，朱毅敏，薛偉辰，等.超大型工程混凝土結構與材料性能的設計及其施工關鍵技術[J].建筑施工，2012，（1）：1-3.

[2]侯現創.關于鋼結構電視塔與輸電塔設計方法區別的研究[D].同濟大學，2005.

[3]龔劍，周虹，李慶，等.上海環球金融中心主樓鋼筋混凝土結構模板工程施工技術[J].建筑施工，2006，（11）：855-859.