• 设计师揭秘广州塔技术细节 称其兼备性感和复杂

    设计师揭秘广州塔技术细节称其兼备性感和复杂

      建筑设计师的诗意,要在珠江边屹立起来,转动城市的风水能量,需要工程技术上的严谨表达。南都记者谭伟山 实习生 胡聪 摄


    设计师揭秘广州塔技术细节称其兼备性感和复杂

      阻尼器示意图:两个钟摆式金属球用来缓和天线的摆动,而消防水箱则用来减少塔体振动的加速度。 奥雅纳供图


    设计师揭秘广州塔技术细节称其兼备性感和复杂

      广州塔的构成:上下粗细不变的混凝土核心筒加上钢结构的外围筒,后者由24根扭转的柱、46个倾斜环梁和起支撑作用的斜撑组成。奥雅纳供图


      设计者海默尔夫妇是在荷兰阿姆斯特丹家中的厨房,完成了第一个塔的模型。他把一些弹性橡皮绳绑在两个椭圆形的木盘之间。“当我开始旋转顶部椭圆的时候,一个复杂的形状出现了!我开始激动起来,从这个简单的想法开始,我们把它发展成一个建筑物。”

      “电视塔的审美疲劳已经延续了很长时间。历史上的摩天建筑都很阳刚,棱角分明,简洁沉重,楼层重复,而我们设计的电视塔曲线轻盈,空间和楼层平面的尺度具有多样性,具有阴柔的感觉,简单地说就是性感和复杂兼备。”马克·海默尔把自己的设计定位为“女性化”“有点像是女式礼裙”。

      这个灵光一现的设计,在2004年广州举办新电视观光塔的的竞标中,从14家国际竞标者中脱颖而出。那时候,广州塔具备了现在的基本特征:塔身和天线桅杆总高610米(后因航空要求缩短10米),用数十根柱子连接的两个椭圆平面,以及腰部扭转的形态。

      “一般的塔,都是比较单一对称的形式,下面大一些,上面小一些,比较常见,但是我们完全把塔的概念突破了,它是一个扭转不对称的形式,这个形式是非常独特的,这也是塔在概念上的很大突破。”桌上放着水晶广州塔模型,对着南都记者,赵宏,奥雅纳工程顾问公司深圳分公司的副总工程师,熟练地开始了他五年来无数次演示中的一次。作为一名结构专家,他有20年的工程设计经验,主要参与的项目包括上海静安嘉里和北京央视住楼。这次,他是广州塔项目的工程设计总负责人。

      建筑设计师的诗意,要真正如他描绘的那样,在珠江边屹立起来,转动城市的风水能量,需要工程技术上的严谨表达。赵宏从这里开始,进入这个故事。

      腰到底能多细塔的腰围一直在变化,最后确定了一个能够保证结构安全的核心筒大小,在腰部,这个内筒跟外筒之间只有1米到1·5米不等

      海默尔夫妇的荷兰IBA事务所才开业5年,默默无闻。他们的设计非常新颖,但单单如此,没有把握中标。他们因此联系了阿姆斯特丹的奥雅纳工程顾问公司(A R U P)寻求合作,奥雅纳是全球著名的工程公司,当时正在进行鸟巢、水立方项目等奥运设施的建设。

      双方的联合,是IBA出设计方案,奥雅纳提供具体工程方案,评标过程中,广州市设计院加入合作。荷兰建筑师做到方案阶段,结构和机电工程由奥雅纳从方案阶段做到初步设计,把设计成果给广州市设计院做施工图。三方在每个阶段角色不同。

      当“小蛮腰”方案入围最后三名决选,海默尔夫妇刚刚迎接二女儿的出生。然而,即便是他们有经验的合作伙伴,此时也对这个方案相当怀疑。

      “计算机可以形成各种各样的形状,这个形状能不能站立起来,由什么组成,性能是什么样的,这些最初是完全不知道的。”赵宏告诉南都记者,“在概念竞赛的时候认识还是很粗浅的,完全是从建筑的角度给人家看,后来随着塔的结构和建筑之间的互动,一步一步把它每一点怎么实现进行落实,到了方案的后期信心才慢慢建立。”

      海默尔夫妇制作了一个电脑模型,演算环梁的数量,支柱的数量和腰身的尺寸。最后他们发现,把笨重的36根柱子减为24根,“少女”就能拥有完美尺寸。

      “大家都希望这个腰很细,最初是设计师希望腰细,业主看到后也希望腰细。但是细到什么程度才能够使塔站起来,这是重要的问题。对于结构来说,到了一定程度,再细就有安全问题了。另外每细一点,用到的钢材费用也要增加。”赵宏说,设计图每缩减1米,就要多加2000到4000吨钢材。于是,塔的腰围一直在变化,很晚才确定下来———塔底的椭圆大小是60×80米,顶部是40.5×54米,最细的腰部是280米的位置,20.88×36米,是用计算机找到的最佳数据。

      腰围并不能随意剪裁。在“礼裙”的内部,一个混凝土的核心内筒贯穿塔体始终,与网格的柱子共同支撑起整个结构。

      “这个腰能细到多少,有几个限制条件,一个塔底的稳定性,另外一个呢,就是中间核心筒的尺寸。因为核心筒的这个尺寸不定下来的话,这个腰做得再细,人上不去也是没有用的。于是我们把这个核心筒,从圆变成椭圆,适应这个围合力。”

      数部电梯和逃生梯,给排水系统、电力和广播电视系统等各类管线,林林总总的设备,都必须包含在这核心筒的截面中。最后,确定了一个能够保证结构安全的核心筒大小,在腰部,这个内筒跟外筒之间只有1米到1·5米不等的距离。

      在方案评审的时候,很多专家都怀疑塔能不能建出来。核心筒,如此细长的主体,专家们认为做到450米高不可能,混凝土不可行,一定要用钢结构来做。“后来我们特意做了方案比较,证实混凝土是可以做出来的。”工程团队认为,钢结构固然坚固,但从防火安全性来说,混凝土更佳;从材料造价来说,也节省较多。对整体的塔的刚度贡献来说,混凝土也比钢有利。“因为她是一个薄壁的椭圆,很多地方都封闭,封闭的结构很难破坏,但是网格状的破坏起来相对容易。”为了让结构更加稳定,每隔40米,外钢构和内筒之间就加装腹构材。

      和评审专家的拉锯一直在持续。专家们认为,钢的网格和混凝土的核心筒之间,塔的变形会造成拉力。这个拉力对柔韧的钢结构来说,是很容易解决的,但混凝土结构可能承受不了。作为对专家们要求的回应,在最容易出现拉力的地方,工程设计者设置了一些钢结构藏在混凝土墙体里。

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