我国钢结构电视塔设计与施工概况

左林生 夏大桥 王谦 徐涛 赵海龙

摘 要：随着我国科学技术的发展，经济水平的提高，工程设计和施工也逐步走进了世界前列。在我国电视塔的设计与施工过程中，钢结构是常见的一种形式，由于电视塔传播、通讯等功能的需要，其外观一般高大、多样，在城市建筑中较为引人注目。另一方面，在我国城市化进程不断加快，中心城区建筑密集，房屋建筑增高的情况下，电视塔的设计建造也在不断的改进和发展。本文主要探讨我国钢结构电视塔设计与施工的状况。

关键词：钢结构电视塔；设计；施工；概况

中图分类号：TU279.744 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0106-02

随着我国经济贸易的发展，通讯和传媒的需求大大增加，电视塔的功能也逐渐拓展，从原本的调频发射到后来拓展到经济贸易领域，形成了电视塔特有的多功能格，如娱乐、旅游、商贸等都利用电视塔的高度进行自己的商业文化的宣传。在國内外的电视塔的实践中可以发现，其经济效益不可估量。由于电视塔一般高度较高，在其设计和施工过程中较长使用钢结构。钢结构由于其自重轻、韧性好、强度高、加工方便等特点，在我国高层建筑中发展较快。另外，同混凝土结构和砌体结构想比，钢结构也更符合国际发展的潮流。电视塔代表着一个城市的发展风貌，其形象的设计和城市的地域文化和民俗精神息息相关，反映出一个城市的经济发展程度和科学文化水平，对城市的发展有重要的影响。

1 钢结构电视塔的优势

在电视塔的设计和建造中，其高度一般高于普通的建筑物，其结构主要有钢结构和钢筋混凝土结构。在电视塔的发展过程中，钢筋混凝土塔多采用圆形的设计结构，其技术上较为成熟，施工难度低、时间短，材料省而造价低，但是其重量太大，地基处理较为困难，在多震区其自重较大，可能加大地震发生的几率。因此，相交于混凝土结构的电视塔，钢结构的建筑轻便，造型多样，地基处理较为简单，防震的性能较好。但是钢结构电视塔也具有防腐性能方面的缺点。随着城市空气污染的加重，城市酸雨的次数和降雨量都大大增加，对钢结构电视塔的腐蚀加强。在建造钢结构电视塔中应该做好防腐的维护工作，使用油漆，热浸锌和热喷铝等技术，提高钢结构电视塔的防腐性能。

1.1 钢结构的材料强度高，自重轻

钢结构具有材料强度高、结构自重轻等特点。相对于钢筋混凝土而言其强度较高，承重能力较大，在高层建筑中能够减少材料的使用。另外，钢材的自重较轻，其容重和屈服强度比也即P=Y/F在所有材料中比值较小。因此，其自重结构使得钢筋混凝土的抗震性性能方面具有较大的优势。并且在地基软弱的地区，钢材结构的运输和安装较为方便，能够减少施工的难度。

1.2 钢结构的韧性高，塑性较好

钢材具有较高的塑性和延展性，在工业生产中其质量能够进行严格的控制，因此钢材具有较大的可靠度。因此，钢材较其他工业材料而言，其置地较为均匀，并且其弹性模量大，使其具有较高的塑性和韧性。由于钢材的塑性较大，钢结构承受较大的重量时不会发生突然断裂的情况，而是首先产生较为明显的塑性变形，当变形超过临界点时才会发生断裂，不容易产生较严重的损失。由于钢材具有较高的韧性，使钢结构能够抵抗较高的动荷载。在地震地区，其作用十分明显。在震区和高层的建筑中，钢结构由于其计算精确，结构安全，抗震性能好，使用较为广泛。

1.3 钢结构加工、制造简单、使用方便

随着我国钢铁的使用量增加，钢铁工业技术的发展进步，钢结构的加工技术逐步成熟。钢结构具有加工、制作较为简单等特点。在工业的建造和使用中，钢材料的使用十分广泛。钢结构材料只需要在钢材料加工厂进行简单的加工制作，便可完成，运输到工地现场之后，通过工人的组建便可完成。其施工方便，内容简单，能够有效缩短工期。另外，钢结构还可以使用螺栓连接，在施工的过程中，方便拆卸和搬运，提高施工的进程。这样，通过简单的加工和制作，运用钢结构进行电视塔的建造，对于缩短工期，提高企业的经济效益具有较大的帮助。

1.4 钢结构的经济效果好，绿色环保

由于钢结构的自重轻，制作方便，承重能力较高，耗费材料较少，因此，使用钢材料所耗费的材料成本较小。另外，使用钢材料的施工时间较短，耗费的人力、物力资源较少，其总的建造费用较低。对企业来说，使用钢结构的经济效果较好。钢结构又是一种绿色环保的工业材料，能够重复循环使用，能够减少资源的浪费，提高资源的使用效率。在使用钢结构进行电视塔的设计和施工中，其泥沙。水石等材料使用较少，能够减少资源的浪费。钢材料的施工较为简便，施工环境相较于钢筋混凝土来说较为干燥。随着城市经济的发展，建筑的改造、重修的情况越来越多，尤其是电视塔之类的建筑物，更新较快，而使用钢结构后，能够进行回收利用，减少资源的浪费，提高城市建筑的经济效益和环境效益。使用钢结构进行城市电视塔的建设也更符合绿色城市和国家可持续发展的要求。

2 钢结构电视塔的建造外形设计

2.1 多边形的电视塔外观

电视塔代表着一个城市的经济和文化水平。因此，其设计和施工对城市的发展有一定的影响。一座世界闻名的电视塔对于提高城市形象，丰富城市文化气息，增强城市的艺术魅力有重要的作用。例如，法国巴黎的埃菲尔铁塔建造于1889年，其造型优美，结构精致，享誉全球。电视塔一般由天线杆、塔身、塔楼、塔脚四部分组成。钢结构的电视塔多为多边形的塔身，其空间钢架有四边形、六边形和八边形等。其中，具有对称结构的塔身视觉效果较非对称结构的视觉效果为好。塔身的立面大多为抛物线，结构造型优美，亦有折现形状，约三分之一高度以下为折线，如果折线较多，则亦可组成抛物线。如果折线转折角度较大，斜率明显，则可组成较为显著的折线性电视塔。在电视塔的建造中，其形式多样，风格迥异，其多数造型较为新颖[1]。

传统的电视塔多仿照中国宝塔的形状而建造。其外形古朴美观，但形式不免单一、乏味，缺少创新之意。因此在电视塔的发展过程中，其形状不断创新、发展，出现了多变形等造型的塔，如‘艾菲尔塔形和‘三叶草式电视塔。其中，‘艾菲尔塔形在我国江南建造较为广泛。而‘三叶草式，由其外形似三叶草而得名，塔身为一个三角形截面，且每个一定距离有刚度较大的环梁将其连接。除此之外，还有其他多边形的电视塔。

2.2 形式多样的塔楼

随着电视塔功能的进一步拓展，其塔楼的使用也更加丰富。许多电视塔的塔楼应用到商业之中，作为多功能的电视塔楼。电视塔的塔楼外形最多的是球形，其结构简单，造型优美，在我国的使用也较为广泛，如上海、佛山、青岛等地。球形的塔楼又可分为有竖向外墙的，其球网仅起到承重结构的作用。另外有一种塔楼外墙与网孔一致，球网起承重和维护的作用。

另外，还有碗型塔楼、碟型塔楼等形式。其中碗型塔楼我国斗拱构造相似，塔底有短幅射梁支撑，形成上大下小的碗状结构。也有碟形塔楼，多为上托下拉的结构，外形像飞碟。还有平面的塔楼，其外形为圆形或正多边形。塔樓不拘何种样式，重要的是保持电视塔的整体结构，做到各部分相协调，避免出现突兀感。从整体结构设计上来说，避免出现塔尖构造，以免加快塔楼的磨损，并且尖角会加剧风的摩擦，造成巨大的噪音[2]。

在钢结构电视塔的设计中还要结合当地的人文背景、工艺条件、气象环境和地质环境等因素，不仅满足其多功能的需要，还要兼顾文化、旅游等，最大程度的凸显出当地的地域特点，起到提升城市形象的作用。

3 钢结构电视塔的施工概况

3.1 钢结构电视塔的施工

现代钢结构电视塔，其制作与施工过程都比较简便。钢材的延展性、韧性和刚性都比较好，在高层建筑中使用具有较大的优势。大型的电视塔多使用空间析架钢管结构，不同的结构部位使用不同形状的钢材，其施工与建造皆较为方便。例如，钢结构电视塔的塔柱、横杆等多使用钢管结构，通过法兰盘栓相接，增加电视塔塔柱的承受能力，并且能够节约钢材的使用，减少项目的成本。钢管的制作简便，外形美观，相对于其他形状圆形具有风阻小的特点。因此，在钢结构电视塔的施工中，较多采用钢管结构。另外，钢结构的刚性较大，承重能力较强，便于拆卸和重复利用，能够减少材料的利用，提高资源的利用效率，起到保护环境和节约能源的效果。

钢结构电视塔的施工和安装都较其他材料为不同，其主要工程是钢结构的拼接和安装。钢结构电视塔有散装和焊接等形式。钢管焊接不需要法兰盘，但是现场的施工费用加大，整体形象光洁，十分美观。散装需要法兰盘向衔接，施工费用较焊接为小。另外，随着施工技术的发展，还有其他的安装施工办法。总体来说，钢结构电视塔的施工较为简便，但是存在复杂的综合安装。例如，在电视塔安装时采用全螺栓连接的方式，其技术含量较为复杂，安装工程的难度也较大[3]。

3.2 钢结构电视塔的防腐施工

钢材的防腐性能较差。随着城市空气污染的加剧，酸雨的次数和程度增加，对钢结构电视塔的腐蚀性能也在加强，电弧喷锌和热浸锌是钢结构建筑防腐蚀处理中较为常用的方法。为了提高钢结构电视塔的防腐性能，在施工工程后期需要进行防腐除锈工作。首先清除钢材表面的异物，进行防锈油漆的刷涂。如果钢材已经生锈则需进行除锈处理，有手工。机械和化学等除锈方法。然后刷涂防锈油漆。电弧喷锌（铝）是户外钢防腐的有效方法，其中电弧喷锌的防腐年限较长，效果较好。电弧喷锌工艺需要事先进行除锈工作，喷砂除锈或者酸洗除锈，打磨后进行热浸锌的喷涂。而热浸镀锌的防腐年限较短，并且有机涂料层和钢材表面的粘结力较小，经过较长时间的腐蚀后，表面涂料容易发生脱落。因此，在酸雨和大气腐蚀强度高的环境下，电弧喷锌技术的使用较为广泛。最后，还要注意钢结构电视塔的维修和保护，根据钢材的老化程度定期进行维修和冲刷，保证电视塔的正常安全运营。

4 结语

随着我国社会的发展进步，电视塔的功能和用途不断扩大，其结构和类型也变得多样。钢结构具有自重轻、韧性好、强度高、加工制作方便、能够循环使用，绿色环保等优势，因此使用钢结构建造电视塔能够减少企业的经济压力，带来较大的经济效益和环境效益。在钢结构电视塔的设计中，要兼顾技术、文化等多种因素，使钢结构电视塔做到结构新颖、外形美观，富有人文特色，提升城市形象。另外，钢结构电视塔的施工较为简便，但是要注意对钢材防腐措施的处理。随着科技的发展，钢结构电视塔的设计和施工也会不断进步。

参考文献

[1]龚剑，朱毅敏，薛伟辰，等.超大型工程混凝土结构与材料性能的设计及其施工关键技术[J].建筑施工，2012，（1）：1-3.

[2]侯现创.关于钢结构电视塔与输电塔设计方法区别的研究[D].同济大学，2005.

[3]龚剑，周虹，李庆，等.上海环球金融中心主楼钢筋混凝土结构模板工程施工技术[J].建筑施工，2006，（11）：855-859.