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解决摩天高楼建造中的关键问题,“同济智慧”助力浦东发展

上海教育新闻网   王蕴玮   2020-11-13 11:41:06

东方明珠电视塔、金茂大厦、环球金融中心、上海中心……浦东开发开放30年里,矗立东方的标志性建筑几乎都有同济人的贡献,同济人承担了这些超高层建筑的科研攻关任务,屡创上海和中国的新高度。

近日,同济大学党委理论学习中心组(扩大)专题学习会上,应邀作改革开放史学习辅导报告的国务院新闻办原主任、上海浦东新区管委会首任主任赵启正说:“在浦东开发建设过程中,全国许多大学都给了我们帮助,但说来道去,帮助最大的,还是同济大学。”

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助力东方明珠天线升顶 

从南京路步行街东段望过去,黄浦江对岸就是东方明珠电视塔。

东方明珠塔高468米,是浦东开发开放后的第一个重点项目,这种多筒奇异结构的电视塔施工难度极大。顶上的发射天线,其桅杆长度达到110米,总重量达到450吨,当时属于世界上最长最重的天线桅杆。建造过程中,要从地面将其送到离地面350米的位置,然后让它站起来,为半径80公里的区域内传输质量优良的电视广播信号。

这样的桅杆怎么上去成了一个大问题。

 “国内外电视塔天线杆的安装,常用的方法由卷扬机滑轮组提升、液压千斤顶顶升,加拿大多伦多电视塔天线桅杆采用直升飞机分级吊装,每次吊装一吨,但这些方法对东方明珠塔都不适用”,同济大学机械学院教授徐鸣谦说,当年乌建中、卞永明两位老师就和他一起,跟这个远观如针管、近处却是一座山的庞然大物较上了劲。

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徐鸣谦说,上海石洞口电厂240米钢烟囱就是同济人用液压顶升技术扶直树正的。

针对东方明珠桅杆,团队提出了柔性钢绞线承重、提升器集群、计算机控制、液压同步整体提升的技术方案, 并专门设计、研制了钢天线桅杆液压提升设备。

“也许是老天爷要考验我们,1994 年4 月20 日开始顶升,每天数十米的速度往上游升,转眼到了4月30日,距桅杆登顶只剩下23米,气象预报即日起八级大风将到上海,持续一星期左右!”徐鸣谦回忆起那天傍晚,大风不请自来,塔顶风速已超18米/秒,工作被迫停下。现场指挥部的气氛凝固了:继续提升,万一碰了砸了断了怎么办?停工了,悬在300余米空中的450吨“泰山”的桅杆荡起秋千怎么办?

“那时候,心跳仿佛都静止了”徐鸣谦说,党员们、干部们,站在高高的塔顶上, “小心小心!”“慢,慢!”“好的好的就这样”“不着急、不着急!”……就这样忙到东方既白,附近的高层建筑隐约可见,风中的桅杆终于稳稳矗立在塔顶,这一天是1994年五一劳动节。

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参与顶升工作的还有机械学院一批教师和研究生。

作为当时浦东最高的建筑,如果台风、地震来临,东方明珠电视塔还能安然屹立吗?

面对这个问题,土木工程学院团队利用同济先进的风洞平台和当时亚洲最先进的振动台,承担了东方明珠电视塔的抗风抗震研究,为东方明珠电视塔的安全性提供了保证。

  

为上海中心“强身健体” 

东方明珠电视塔矗立后,浦东这片土地就成了高耸建筑的竞技场,陆家嘴金茂大厦、环球金融中心、上海中心等地标建筑,都打上了鲜亮的同济烙印。

土木工程学院承担完成了420.5米高的金茂大厦的风洞试验和数值分析,用严谨的试验、计算为大楼建设保驾护航。

492米高的上海环球金融中心2008年8月竣工,土木工程学院承担了风速实测、中心结构验算、结构弹塑性耐震性及制震装置等多项任务。

2009年3月,上海中心大厦软土地基超大超深基础工程设计、高效率的巨型结构体系和构造设计、气动力造型的巨型悬挂式幕墙结构体系和构造设计等,无不凝聚着同济人的智慧。

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据学校有关负责人介绍,同济发挥多学科的集群效应,解决了上海中心大厦的抗震、抗风、振动控制等一系列难题,最终取得了超高层设计建造技术的系统性成果。可以说上海中心的建设过程是同济学科优势的一次大爆发。

上海中心的建筑总高度达632米,主体结构高度580米,地上125层、地下5层,总建筑面积约576000平方米(地上面积373000平方米),楼内安装垂直电梯91部,设9个避难层。

600多米的高度,水如何送上去?遇上台风天气,如何排水?整个大楼自重达85万吨,地基能承受吗?上海常受台风侵袭,如何保证上海中心大厦在大风中“从容淡定”?大楼的“衣衫”是成千上万块玻璃拼起来的,楼体在大风中摇摆时如何避免玻璃被挤碎?

2009年,上海市科委批准了同济大学教授丁洁民牵头的“500米以上超高层建筑设计关键技术研究”课题。按照室内空间环境、地下空间的规划与整合、风荷载、复杂建筑外形的优化设计等数十个课题,同济相关学科数十位著名学者组成强大的科研团队开展科研攻关,分课题数量达到58项。

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支撑大楼的直径121米、厚度6米的大底板是一批同济人的心血,他们主持的多项研究为上海中心大厦底板浇注提供了可靠的保障。上海中心就是站在这块面积1.5个足球场大小的底板上,在它的下方还有955根桩基,每根长度达87米。“这些桩基就好比在豆腐上插入许多筷子,有了它,大楼才能端端正正‘浮’在地平线上”建筑设计院上海中心项目经理陈继良说上海中心的建造得益于学校的强大科研力量。

上海中心结构复杂,尺度巨型化、幕墙问题和塔冠都给建造带来难题,经过反复的斟酌、修改,同济人将初始方案中各种理想化的设计优化成了实施方案,才有了在夜晚熠熠发光的上海中心。过程中同济人还成功将许多项目国产化,为上海中心的建设节省了不少资金。

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浦东开发开放30年,阡陌农田成长为现代化城区,在这片软地基上建成的座座高层建筑,是浦东欣欣向荣的标志之一。正是同济人的智慧,让这些高层建筑巍然耸立,历经风雨却安然无恙。未来,同济人还将继续发挥自身的智力优势,为浦东、为上海的高质量发展贡献力量。

记者 王蕴玮


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