3.3 特种结构

3.3.1 高耸结构

传统的高耸结构应属烟囱，它已经比较成熟了，近现代新兴起的应属电视塔和航天发射塔架等，后者则在第8章能源工程中介绍。

随着电视的发展和城市规模的扩大，电视发射源的高度日益增长，很多城市大都有一个很高的电视塔。

以高度排名，目前世界上前10位的电视塔依次是：广州新电视塔（小蛮腰）（610m）、多伦多电视塔（553m）、莫斯科塔（537m）、上海东方明珠电视塔（468m）、吉隆坡塔（421m）、天津天塔（415m）、北京塔（415m）、迪拜塔（378m）、柏林塔（362m）、东京塔（333m）。

由于电视塔很高，而发射位置多只在顶端，所以几乎世界上所有的电视塔都是多用途的，如在不同高度上设置餐厅、观光层等以吸引游客。图3-10为多伦多电视塔，该塔为预应力混凝土结构，塔基建在15m深基岩上，承受塔身1.3×105kg重的荷载。该塔在220m/min（3.67m/s）风速下会轻微摇动，但人体无感觉。

图3-11为上海东方明珠电视塔，建于1994年，当时其高度属中国第一，世界第三。该塔从造型设计到结构受力，以及施工过程中克服的难度，都被业界给予了较高的评价，建成后是我国早期唯一获奖的电视塔。

电视塔也有类似于埃菲尔铁塔那样的纯钢铁结构建造的，当然材料已经不再用熟铁而是用钢材了。图3-12就是两个采用钢结构建造的电视塔，一个是早年建设的广州电视塔；另一个是上海电视塔。这种钢结构电视塔施工速度快，抗风能力强，有它独到的优势。

在电视塔的建设上也有一个竞相争高的趋势，且越建越时髦，也日益多样化。2010年为了迎接亚洲运动会的召开，广州建成了一个世界最高的且颇有点婀娜多姿的人称广州“小蛮腰”电视塔，见图3-13。该塔总高度600m，比维持多年第一名的多伦多电视塔还高出40多m。该塔矗立在广州新城市中轴线上，成为广州的新地标，亦是世界了解广州和广州走向世界的重要窗口。

3.3.2 纪念性建筑物

1．上海世博会中国馆

2010年5月1日至10月31日上海市举办了著名的世界博览会。这是世博会问世以来第一次在中国举办。各国都建设了各自的场馆，作为东道主的中国馆独具特色，见图3-14。中国馆高63m，层叠出挑，宛如一个中国味十足的大型城市雕塑，体现中国馆的标志性；地区馆高14m，水平展开，延伸城市肌理，建筑物稳定的基座，构造城市公共活动空间。

“东方之冠，鼎盛中华，天下粮仓，富庶百姓。”中国传统建筑的斗拱造型，深深浅浅的渐变“中国红”……独特的建筑语言表达了中国文化的精神气质。

2．上海世博会演艺中心

这是又一个独具匠心的公共建筑，见图3-15，该中心造型呈飞碟状，从不同角度审视，它会呈现不同形态。白天熠熠生辉，恰似“时空飞梭”；夜晚则梦幻迷离，恍如“浮游都市”。演艺中心的舞台可进行三维组合，为国内首创。根据演出需要和观众容量，观众席可在4000座、8000座、12000座和18000座中任意变换。

3．埃菲尔铁塔

举世闻名历史悠久具有很强纪念意义的建筑应属法国巴黎的埃菲尔铁塔。

埃菲尔铁塔位于巴黎塞纳河畔，见图3-16，建于1887年，高300m，是当时世界上最高的钢结构建筑。限于冶金业的生产水平，塔体所用材料为熟铁。图3-17给出了铁塔的立面图。

该塔的结构体系既直观又简洁：底部是分布在每边长128m底座上的4个巨型角形倾斜柱墩（倾角54°），由标高55m处的第一平台支承着；第一平台和标高115m的第二平台之间有4个微曲的角立柱相连；向上转化为细长的、几乎垂直的、189m高的、刚性很大的方尖塔直通顶部平台；平台上部有一个很小的拱曲屋顶和旗杆（现为电视天线）。第一、第二平台间角立柱的微小曲率加强了塔身冲向云霄的感觉。所有立柱和方尖塔都采用X形抗风斜撑组成的网格桁架作为结构。全塔总重9700t，有4个坚固的直伸至下卧持力土层的沉箱基础。

埃菲尔铁塔设计时认为除自重和游客的重力荷载外，主要承受风载。设计者假设它要承受的风速为顶部238km/h，底部169km/h上下平均216km/h，风压作用在没有“穿孔效应”的塔身侧面上。抵抗此风力的是塔身自重和每天1万余名游客的重力（约为塔身自重的10%）。但由于塔身是由开口钢（实际上用的是锻铁）构架做成的细工饰品，风可以穿越，没有很大的受风面积，因而实际风载比设计时所采用的小得多，有很大的安全储备，何况当地最大的风速至今尚未成为它的“敌人”。

埃菲尔铁塔的设计人和主持建造人是工程师古斯塔夫·埃菲尔（GustaveEiffel, 1832—1923）。他以前学化工，1867年开始从事钢结构的设计和承包工作。在埃菲尔铁塔的设计和建造中，不但他所运用的力学、结构和美学的概念和思路是巧妙的、谐调的、统一的，而且他所做的实际工作是大量的、细致的、精确的。他为设计此塔雇用了30名绘图员，用了18个月，画了1333m2的图纸，用了15000多个结构构件，有250多万个连接用铆钉孔。他预计造价仅为150万美元，完成时竟还节约了预算造价的5%。

这是一个伟大的人所完成的至今仍举世闻名的伟大工程！

4．比萨斜塔

另一个颇有名气的纪念性建筑应属意大利的比萨斜塔，见图3-18。此塔最初是为神学需要而建的，但建设过程中出现倾斜，施工曾间断了两次很长的时间，从1173年开工直到1372年才建成，费时约200年。它是意大利一个著名的参观景点，1987年比萨斜塔被联合国教科文组织收入《世界文化遗产名录》。该塔是地基不均匀沉降引发的倾斜，为稳定这种倾斜使其不至于发展，数百年来已多次进行过地基处理，想来已无大碍。

5．应县木塔

中国有一个举世闻名的高耸结构——应县木塔，塔高67.31m。此塔建于辽道宗清宁二年（1056年），为木结构。众所周知，木结构是不易实现年代久远这个要求的，但该塔却在风雨摧蚀下屹立长达960多年不毁，堪称奇迹。此塔造型也极具东方的特点，每层都有外延的飞檐，平面为八角形。底层直径30.27m，共9层，但外观上看只有5层，给人造成了每层层高很高的感觉，见图3-19。

6．航天纪念博物馆

图3-20是2007年俄国为纪念1957年10月4日苏联将加加林送上太空50周年而建的“莫斯科航天纪念博物馆”。该馆是标高近100m“剑指兰天”的巨型雕塑，右上侧的“剑”字是摄影者加上去的，下层的展室陈列着当年加加林穿过的宇航服以及他乘坐的“东方”号宇宙飞船的模型和当时拍到的一些太空的照片等，这座纪念性建筑应属近代颇有特色的纪念建筑之一。