廣州西塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方小丹

IntroductionofGuangzhouWestTowerStructureDesign廣州珠江新城西塔

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

方小丹工程概況廣州珠江新城西塔項(xiàng)目位于珠江新城，在廣州新城市中軸線西側(cè)，與廣州新電塔隔江相望。項(xiàng)目占地31,085m2

，總建筑面積約為448,736m2。其中，地下室4層，為商場(chǎng)，停車場(chǎng)，機(jī)電設(shè)備間，地下4層板面標(biāo)高－19.1米；主塔樓地面以上103層，高432米，73層以下為寫字樓及酒店服務(wù)樓層，層高4.5米，以上為高級(jí)酒店客房，層高3.375米;主塔樓建筑面積約250000m2

。工程于2005年12月26日動(dòng)工，先進(jìn)行基坑支護(hù)及土石方工程；2006年9月完成施工圖設(shè)計(jì)，2008年底主體結(jié)構(gòu)封頂，2010年底竣工交付使用。工程概況工程概況

圖3辦公標(biāo)準(zhǔn)層平面（23層）辦公標(biāo)準(zhǔn)層平面（23層）工程概況

圖3辦公標(biāo)準(zhǔn)層平面（23層）酒店客房標(biāo)準(zhǔn)層平面（78層）工程概況項(xiàng)目發(fā)展商：廣州越秀城建國(guó)際金融中心有限公司設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì):WEA-ARUP 華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院聯(lián)合體施工圖審查及顧問(wèn)總承包：廣州市設(shè)計(jì)院結(jié)構(gòu)專業(yè)顧問(wèn)：廣州容柏生建筑工程設(shè)計(jì)事務(wù)所施工總承包：中國(guó)建筑總公司－廣州建筑集團(tuán)聯(lián)合體鋼結(jié)構(gòu)制作：滬寧鋼機(jī)、精工鋼構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)單位：汕頭大學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)室，美國(guó)cpp風(fēng) 洞試驗(yàn)室節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)單位：華南理工大學(xué)土木工程系振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)單位：中國(guó)建筑科學(xué)研究院，同濟(jì)大學(xué)風(fēng)環(huán)境評(píng)估單位:廣東省氣象局。結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)分析12振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)3設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案41、結(jié)構(gòu)體系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系1.1、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系采用巨型鋼管混凝土柱斜交網(wǎng)格外筒+鋼筋混凝土內(nèi)筒的筒中筒體系。69層以上，由于建筑使用功能的需要，取消了核心筒的內(nèi)墻，僅保留部分核心筒外墻并向內(nèi)傾斜，電梯井道移至核心筒外，形成巨型鋼管混凝土柱斜交網(wǎng)格外筒+剪力墻結(jié)構(gòu)體系。水平荷載（包括風(fēng)荷載和地震作用）產(chǎn)生的傾覆力矩大部份由斜交網(wǎng)格柱外筒斜柱的軸力承擔(dān)，基底剪力大部份由鋼筋混凝土內(nèi)筒承擔(dān)。1、結(jié)構(gòu)體系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系廣州西塔修長(zhǎng)挺拔，高寬比達(dá)6.5，平面為類三角形，外周邊由六段曲率不同的圓弧構(gòu)成；立面由首層至31層外凸，31層至103層內(nèi)收，剖面外輪廓也呈弧線。西塔外周邊共30根鋼管混凝土斜柱于空間相貫，節(jié)點(diǎn)層間距離27m；73層以下每節(jié)點(diǎn)層間分6層，層高4.5m；其余分8層，層高3.375m。1、結(jié)構(gòu)體系系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)體系廣州西塔斜斜交網(wǎng)格外外筒的組成成包括：①①、豎向構(gòu)構(gòu)件——以一定角度度相交的斜斜柱；②、、水平構(gòu)件件——沿外周邊布布置、連接接網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的環(huán)梁及及沿外周邊邊布置、支支承于斜柱柱的樓面梁梁。斜交網(wǎng)網(wǎng)格筒體的的幾何構(gòu)成成決定了它它抵抗水平平力的獨(dú)特特優(yōu)點(diǎn)，側(cè)側(cè)向剛度和和扭轉(zhuǎn)剛度度也遠(yuǎn)優(yōu)于于框筒，但但豎向剛度度比框筒稍稍差。水平平力由斜柱柱的軸向力力平衡，傾傾覆力矩引引起的豎向向力也由交交于節(jié)點(diǎn)的的斜柱的軸軸力平衡。。1、結(jié)構(gòu)體系系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)體系斜柱中彎矩矩產(chǎn)生的原原因：一是是節(jié)間的豎豎向荷載，，并與斜柱柱的交角和和層高相關(guān)關(guān)；二是網(wǎng)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的的水平位移移，相鄰層層間節(jié)點(diǎn)水水平位移差差越大，斜斜柱的柱端端彎矩越大大。網(wǎng)格節(jié)節(jié)點(diǎn)水平位位移的大小小除取決于于斜柱軸力力、平面內(nèi)內(nèi)的交角和和平面外的的折角外，，還取決于于網(wǎng)格筒環(huán)環(huán)梁、內(nèi)外外筒間的拉拉梁和樓板板的軸向剛剛度。節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的水平約約束越強(qiáng)，，斜柱截面面的剪力和和彎矩越小小，同時(shí)，，結(jié)構(gòu)的豎豎向剛度越越大。1、結(jié)構(gòu)體系系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)體系計(jì)算分析表表明，西塔塔的層高不不大，斜柱柱的交角也也不大，由由13.63゜～34.09゜，自重引引起的彎矩矩也不大；；對(duì)各節(jié)點(diǎn)點(diǎn)層施加了了體外預(yù)應(yīng)應(yīng)力，阻止止了豎向荷荷載作用下下網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的向外水水平位移，，大大減少少了斜柱的的柱端彎矩矩和剪力，，提高了結(jié)結(jié)構(gòu)的豎向向剛度。不不論是豎向向還是水平平荷載，斜斜柱的主要要內(nèi)力是軸軸力，剪力力和彎矩均均很小。1、結(jié)構(gòu)體系系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)體系鋼管混凝土土柱軸向剛剛度大，承承載力高，，延性好，，以軸力的的形式來(lái)抵抵抗風(fēng)荷載載和地震作作用產(chǎn)生的的水平力和和傾覆力矩矩，正好發(fā)發(fā)揮了鋼管管混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)勢(shì)，十分高高效。此外外，由于斜斜柱底端彎彎矩、扭矩矩很小，即即使釋放支支座處X、Y、Z三個(gè)方向的的轉(zhuǎn)角約束束，結(jié)構(gòu)自自振頻率的的變化甚微微，即斜柱柱支座剛接接或鉸接對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)的側(cè)側(cè)向剛度和和構(gòu)件內(nèi)力力的影響很很小，這就就可以簡(jiǎn)化化支座的設(shè)設(shè)計(jì)和構(gòu)造造。1、結(jié)構(gòu)體系系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)體系鋼管混凝土土外筒斜柱柱斷面尺寸寸：從基底開始始，鋼管直直徑1800mm，壁厚35mm，每一個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)層直徑徑縮小50mm或100mm，至頂層鋼鋼管直徑700mm，壁厚20mm。核心筒外墻墻厚：地下室1100mm，出地面1000mm，沿高度方方向逐漸減減薄至酒店店層下層500mm；酒店層以以上4層350mm，其余300mm；核心筒內(nèi)墻墻厚：500mm。1、結(jié)構(gòu)體系系/樓蓋結(jié)構(gòu)體體系1.2、樓蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)體系首層以下及及核心筒內(nèi)內(nèi)采用鋼筋筋混凝土梁梁板，板厚厚130～200mm。內(nèi)外筒之之間采用鋼鋼－混凝土土組合樓蓋蓋，梁跨度度約8～15m，工字鋼梁梁高一般為為450mm，跨度較大大處加高至至600mm；辦公樓層層板厚一般般為110mm，酒店樓層層板厚一般般為130mm，板跨度較較大處局部部加厚。1、結(jié)構(gòu)體系系/基礎(chǔ)1.3、基礎(chǔ)主塔樓位置置基礎(chǔ)底板板已到達(dá)中中微風(fēng)化泥泥質(zhì)粉砂巖巖層?？紤]慮到部分柱柱位下巖石石裂隙較發(fā)發(fā)育，采用用人工挖孔孔樁（墩））基礎(chǔ)，持持力層均為為微風(fēng)化粉粉砂巖或礫礫巖，設(shè)計(jì)計(jì)要求巖樣樣天然濕度度單軸抗壓壓強(qiáng)度不小小于13MPa。樁徑3200~4800mm，樁長(zhǎng)約6~13m。單樁豎向向承載力特特征值為110000kN~247000kN。部分樁有有抗拔要求求，單樁抗抗拔承載力力特征值為為5000kN~15000kN。主塔樓位置置基礎(chǔ)底板板厚2.5m。1、結(jié)構(gòu)體系系/基礎(chǔ)1、結(jié)構(gòu)體系系/主要結(jié)構(gòu)用用料1.4、主要結(jié)構(gòu)構(gòu)用料鋼材：Q345B－除節(jié)點(diǎn)外的的外筒鋼管混混凝土斜柱，，樓蓋鋼梁及及其他鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件Q345GJC－節(jié)點(diǎn)部分的的鋼管、橢圓圓拉板及加強(qiáng)強(qiáng)環(huán)板1860級(jí)高強(qiáng)低松弛弛鋼絞線－節(jié)節(jié)點(diǎn)層體外預(yù)預(yù)應(yīng)力索1、結(jié)構(gòu)體系/主要結(jié)構(gòu)用料料1.4、主要結(jié)構(gòu)用用料混凝土：C50－樁及基礎(chǔ)底底板C80~C50－核心筒及剪剪力墻C70~C60－外筒鋼管混混凝土斜柱C90~C60－外筒鋼管混混凝土斜柱節(jié)節(jié)點(diǎn)C40~C35－樓板結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)分析21振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)3設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解解決方案42、結(jié)構(gòu)分析/分析模型2.1、分析軟件ETABSANSYSSAP20002.2、分析模型鋼管混凝土斜斜交網(wǎng)格外筒筒－空間桿單單元由于實(shí)際節(jié)點(diǎn)點(diǎn)尺寸較大，，一般節(jié)點(diǎn)高高度有8～15m高，而在結(jié)構(gòu)構(gòu)整體計(jì)算中中，節(jié)點(diǎn)一般般也簡(jiǎn)化為桿桿件的連接點(diǎn)點(diǎn)，故在結(jié)構(gòu)構(gòu)整體計(jì)算中中如何模擬節(jié)節(jié)點(diǎn)是非常重重要的。本節(jié)節(jié)對(duì)節(jié)點(diǎn)分別別采用實(shí)體單單元（圖1）和桿單元（（圖2）進(jìn)行模擬，，在相同的力力和位移邊界界條件下通過(guò)過(guò)比較位移可可以判明結(jié)構(gòu)構(gòu)整體計(jì)算的的模型能否模模擬實(shí)際節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的剛度。2、結(jié)構(gòu)分析/分析模型2、結(jié)構(gòu)分析/分析模型實(shí)體模型和桿桿件模型計(jì)算算位移比較豎向位移徑徑向位位移環(huán)環(huán)向位移實(shí)體模型0.5081.7731.029桿件模型0.542.0661.443兩者比值1.061.171.40可以看出，實(shí)實(shí)際節(jié)點(diǎn)模型型的豎向和徑徑向位移相比比桿件模型的的位移略小，，節(jié)點(diǎn)剛度略略大。2、結(jié)構(gòu)分析/分析模型在節(jié)點(diǎn)處雖然然兩根鋼管柱柱相貫，總截截面面積減少少，但由于節(jié)節(jié)點(diǎn)區(qū)壁厚增增加且增加了了橢圓拉板，，節(jié)點(diǎn)實(shí)際剛剛度比兩根鋼鋼管柱剛度之之和還略大。。而對(duì)于環(huán)向向位移,兩者差異較大大，但考慮到到實(shí)際桿件相相交處近乎圓圓形，基本軸軸對(duì)稱，環(huán)向向位移較小，，對(duì)結(jié)構(gòu)整體體內(nèi)力的影響響非常小，故故斜交網(wǎng)格外外筒按桿系進(jìn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體體分析的結(jié)果果是可以接受受的。2、結(jié)構(gòu)分析/分析模型外框鋼管柱中中混凝土的軸軸向剛度除了以上的節(jié)節(jié)點(diǎn)剛度分析析之外，必須須保證鋼管柱柱中混凝土沒(méi)沒(méi)有承受拉力力，或在拉力力下不發(fā)生開開裂，這樣才才可以合理地地假定外筒柱柱可采用其彈彈性剛度。在豎向荷載、、風(fēng)荷載和地地震作用的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)組合下，，90層以下鋼管混混凝土柱沒(méi)有有出現(xiàn)拉力；；90層以上，外框框柱雖然出現(xiàn)現(xiàn)拉力，但拉拉應(yīng)變小于混混凝土的軸心心抗拉強(qiáng)度標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值下的拉拉應(yīng)變，能確確保不引起混混凝土的開裂裂。2、結(jié)構(gòu)分析/分析模型鋼筋混凝土樓樓板－殼單元元核心筒中的樓樓板為剛性板板。核心筒外的樓樓板為彈性板板－剛度折減減（0,0.25,0.5)鋼筋混凝土內(nèi)內(nèi)筒－殼單元元樓蓋鋼梁－梁梁?jiǎn)卧B梁剛度折減減系數(shù)為0.8計(jì)算嵌固部位位－地下4層（底板頂面面）2、結(jié)構(gòu)分析/分析模型結(jié)構(gòu)分析主要要輸入?yún)?shù)樓層層數(shù)：108層（包括地下下室）風(fēng)荷載：100年重現(xiàn)期基本本風(fēng)壓0.6kPa地震作用：?jiǎn)螁蜗?偶然偏心(±5%)/雙向地震作用計(jì)算算：振型分解解反應(yīng)譜法/彈性時(shí)程分分析/動(dòng)力彈塑性分分析地震作用方向向：結(jié)構(gòu)平動(dòng)動(dòng)基本周期方方向及平行/垂直于三角形形各邊地震作用振型型組合數(shù)：30地震效應(yīng)計(jì)算算方法：考慮慮扭轉(zhuǎn)耦連CQC法周期折減系數(shù)數(shù)：0.852、結(jié)構(gòu)分析/分析模型活荷載折減：：按規(guī)范折減減自重調(diào)整系數(shù)數(shù)：1.0樓板假定：核核心筒內(nèi)板板為剛性板，，筒外樓板為為彈性樓板小震和中震結(jié)結(jié)構(gòu)阻尼比：：0.04大震結(jié)構(gòu)阻尼尼比：0.05重力二階效應(yīng)應(yīng)(P-Δ效應(yīng))：考慮樓層水平地震震剪力調(diào)整：： 考慮樓層框架總剪剪力調(diào)整：考考慮2、結(jié)構(gòu)分析/分析模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)期期目標(biāo)結(jié)構(gòu)耐久性：：設(shè)計(jì)使用年年限100年。正常使用狀態(tài)態(tài)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件有有必要的剛度度；室內(nèi)混凝土構(gòu)構(gòu)件的裂縫寬寬度≤0.3mm；重現(xiàn)期10年的風(fēng)荷載作作用下，建筑筑物頂點(diǎn)加速速度≤0.2m/s2。承載力及位移移極限狀態(tài)重現(xiàn)期100年風(fēng)荷載、小小震作用下，，結(jié)構(gòu)彈性；；中震作用下，，結(jié)構(gòu)基本彈彈性；大震作用下，，結(jié)構(gòu)不倒塌塌，可修復(fù)。。2、結(jié)構(gòu)分析/分析結(jié)果2.3、分析結(jié)果周期及質(zhì)量參參與系數(shù)92.0091.3490.920.550.690.290.43031591.4590.6590.642.110.230.170.54271489.3490.4290.460.350.781.010.55401388.9989.6489.450.011.190.950.57091288.9888.4588.500.072.031.500.71901188.9186.4287.000.011.341.970.73811088.9085.0885.034.560.040.000.7665984.3385.0385.030.185.002.601.1553884.1680.0482.420.062.635.031.1773784.0977.4177.3910.410.140.001.2132673.6877.2777.390.0110.567.542.1682573.6666.7169.850.017.5910.482.1973473.6559.1259.3773.590.010.002.762630.0559.1159.370.001.8057.507.509120.0557.311.870.0057.311.877.57201SumRZ(%)SumUY(%)SumUX(%)RZ(%)UY(%)UX(%)Period(s)Mode2、結(jié)構(gòu)分析/分析結(jié)果層間位移角2、結(jié)構(gòu)分析/分析結(jié)果水平位移2、結(jié)構(gòu)分析/分析結(jié)果基底反力3828718.55G(KN)總重量1.861.861.86Q0/G(%)711887118871188基底剪力Q0(KN)19.419.419.4基底彎矩M0(GN-m)風(fēng)荷載作用WYR100CWYR100BWYR100A項(xiàng)目3828718.55G(KN)總重量1.471.48Q0/G(%)5646456525基底剪力Q0(KN)12.612.5基底彎矩M0(GN-m)地震作用SPECYSPECX項(xiàng)目混凝土內(nèi)筒承承擔(dān)的豎向荷荷載約占總重重的57％；鋼管混凝凝土斜交網(wǎng)格格外筒承擔(dān)的的豎向荷載約約占總重的43％。內(nèi)筒承擔(dān)擔(dān)的基底剪力力約占總剪力力的61%，而外外筒承承擔(dān)約約39%；內(nèi)筒筒承擔(dān)擔(dān)的傾傾覆力力矩約約占總總傾覆覆力矩矩的39%，外筒筒約占占61%。2、結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析/分析結(jié)結(jié)果豎向荷荷載作作用下下核心心筒彈彈性變變形圖圖2、結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析/分析結(jié)結(jié)果豎向荷荷載作作用下下外筒筒彈性性變形形圖2、結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析/分析結(jié)結(jié)果風(fēng)荷載載作用用下側(cè)側(cè)向變變形圖圖2、結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析/分析結(jié)結(jié)果風(fēng)荷載載作用用下外外筒斜斜交網(wǎng)網(wǎng)格柱柱軸力力分布布圖2、結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析/分析結(jié)結(jié)果結(jié)構(gòu)前前三階階振型型圖2、結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析/分析結(jié)結(jié)果溫度效效應(yīng)分分析結(jié)構(gòu)合合攏溫溫度范范圍約約為10-35℃。由于于使用用期間間西塔塔的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件都都處于于室內(nèi)內(nèi)環(huán)境境，有有空調(diào)調(diào)控制制溫度度，一一般在在20℃℃-28℃℃左右，，因此此，所所有內(nèi)內(nèi)部構(gòu)構(gòu)件只只需考考慮±10℃的溫度度變化化。把把溫度度荷載載施加加于ETABS三維模模型上上進(jìn)行行分析析，可可得構(gòu)構(gòu)件軸軸力最最大內(nèi)內(nèi)力設(shè)設(shè)計(jì)值值增加加的百百分比比分別別為：：外框框柱約約1.1％、樓樓面環(huán)環(huán)梁約約2.2％、樓樓面拉拉梁約約3.8％，都都可忽忽略不不計(jì)。。2、結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析/分析結(jié)結(jié)果徐變分分析圖9內(nèi)筒的的豎向向壓縮縮量(一年后后)2、結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析/分析結(jié)結(jié)果徐變分分析圖9內(nèi)筒的的豎向向壓縮縮量(一年后后)結(jié)構(gòu)體體系結(jié)構(gòu)分分析32振動(dòng)臺(tái)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)1設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及及解決決方案案43、振動(dòng)動(dòng)臺(tái)試試驗(yàn)2007年2月14日在中中國(guó)建建筑科科學(xué)研研究院院振動(dòng)動(dòng)臺(tái)實(shí)實(shí)驗(yàn)室室進(jìn)行行了西西塔結(jié)結(jié)構(gòu)模模擬地地震振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn).模型幾幾何比比尺1/50,滿足動(dòng)動(dòng)力和和重力力相似似關(guān)系系.試驗(yàn)表表明,結(jié)構(gòu)模模型在在7度罕遇遇地震震作用用后仍仍可保保持彈彈性.3、振動(dòng)動(dòng)臺(tái)試試驗(yàn)在振動(dòng)動(dòng)臺(tái)試試驗(yàn)過(guò)過(guò)程中中，結(jié)結(jié)構(gòu)在在各工工況地地震作作用下下，振振動(dòng)形形態(tài)基基本為為平動(dòng)動(dòng)，結(jié)結(jié)構(gòu)整整體基基本無(wú)無(wú)扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)效應(yīng)應(yīng)。模型在在經(jīng)歷歷了7度小震震、7度中震震、7度罕遇遇地震震作用用后，，自振振特性性有微微小變變化，，結(jié)構(gòu)構(gòu)基本本處于于彈性性狀態(tài)態(tài)。模型在在經(jīng)歷歷了8度罕遇遇地震震作用用后,自振特特性又又有微微小變變化，，核心心筒剪剪力墻墻未見見明顯顯裂縫縫，外外圍銅銅管混混凝土土構(gòu)件件未見見明顯顯屈服服，說(shuō)說(shuō)明模模型結(jié)結(jié)構(gòu)稍稍有損損傷，，模型型最大大層間間位移移角為為1/133。試驗(yàn)說(shuō)說(shuō)明，，原型型結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)在8度罕遇遇地震震作用用下滿滿足規(guī)規(guī)范要要求。。結(jié)構(gòu)體體系結(jié)構(gòu)分分析42振動(dòng)臺(tái)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)3設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及及解決決方案案14、設(shè)計(jì)計(jì)難點(diǎn)點(diǎn)及解解決方方案4.1、樓層平平面內(nèi)內(nèi)拉力力問(wèn)題題西塔建建筑造造型獨(dú)獨(dú)特，，由鋼鋼管混混凝土土柱組組成的的斜交交網(wǎng)絡(luò)絡(luò)外框框筒分分為16個(gè)節(jié)，，每個(gè)個(gè)節(jié)27M，鋼管管混凝凝土柱柱在每每個(gè)節(jié)節(jié)間為為直線線段，，相鄰鄰節(jié)段段的柱柱于節(jié)節(jié)點(diǎn)層層形成成一個(gè)個(gè)折點(diǎn)點(diǎn)，并并于節(jié)節(jié)點(diǎn)層層平面面內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生向向外的的推力力，如如下圖圖所示示,從而在在樓層層梁板板中產(chǎn)產(chǎn)生了了拉力力。抵抵抗該該拉力力是本本工程程設(shè)計(jì)計(jì)中的的技術(shù)術(shù)難點(diǎn)點(diǎn)之一一。4、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)難難點(diǎn)點(diǎn)及及解解決決方方案案通過(guò)過(guò)分分析析可可知知，，由由外外筒筒斜斜柱柱豎豎向向力力傳傳遞遞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)折折而而產(chǎn)產(chǎn)生生的的向向外外的的推推力力可可由由鋼鋼管管混混凝凝土土柱柱本本身身的的剪剪力力、、外外環(huán)環(huán)梁梁的的拉拉力力、、連連接接柱柱與與核核心心筒筒的的拉拉梁梁及及樓樓板板的的拉拉力力來(lái)來(lái)平平衡衡。。一般般說(shuō)說(shuō)來(lái)來(lái)，，鋼鋼管管混混凝凝土土柱柱的的優(yōu)優(yōu)勢(shì)勢(shì)在在于于承承受受軸軸向向力力，，過(guò)過(guò)大大的的剪剪力力和和彎彎矩矩會(huì)會(huì)降降低低鋼鋼管管混混凝凝土土柱柱的的承承載載能能力力；；而而鋼鋼筋筋混混凝凝土土樓樓板板則則有有裂裂縫縫寬寬度度的的限限制制。。因因此此，，本本工工程程采采取取了了外外框框筒筒環(huán)環(huán)梁梁+拉梁梁+核心心筒筒內(nèi)內(nèi)閉閉合合環(huán)環(huán)梁梁構(gòu)構(gòu)成成的的獨(dú)獨(dú)立立的的平平面面內(nèi)內(nèi)抗抗拉拉體體系系，，如如下下圖圖所所示示。。4、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)難難點(diǎn)點(diǎn)及及解解決決方方案案4、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)難難點(diǎn)點(diǎn)及及解解決決方方案案4.2、外框框筒筒斜斜柱柱相相貫貫節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)問(wèn)問(wèn)題題本工工程程的的第第二二個(gè)個(gè)主主要要技技術(shù)術(shù)難難點(diǎn)點(diǎn)是是組組成成斜斜交交網(wǎng)網(wǎng)格格外外框框筒筒的的鋼鋼管管混混凝凝土土柱柱“X”形相相貫貫節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)。。建建筑筑師師要要求求兩兩根根鋼鋼管管混混凝凝土土柱柱空空間間相相貫貫。。在在柱柱軸軸線線交交點(diǎn)點(diǎn)處處截截面面面面積積最最小小，，所所受受軸軸力力最最大大。。因因此此,必須設(shè)計(jì)計(jì)一個(gè)特特殊節(jié)點(diǎn)點(diǎn)以滿足足既不加加大節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的截面面尺寸，，又能滿滿足承受受更大內(nèi)內(nèi)力的要要求。4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案我們研究究設(shè)計(jì)了了一個(gè)新新型節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，利用用豎向放放置的橢橢圓形拉拉板連接接四根相相貫的鋼鋼管，節(jié)節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)內(nèi)鋼管壁壁適當(dāng)加加厚，細(xì)細(xì)腰處設(shè)設(shè)置水平平加強(qiáng)環(huán)環(huán)。(如圖所示示)。該節(jié)點(diǎn)點(diǎn)形式簡(jiǎn)簡(jiǎn)潔，受受力明確確，方便便管內(nèi)混混凝土的的澆灌。。目前已已完成兩兩個(gè)階段段的試驗(yàn)驗(yàn)，試驗(yàn)驗(yàn)證明該該節(jié)點(diǎn)承承載力及及剛度均均能滿足足要求。。4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案節(jié)點(diǎn)模型型4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案節(jié)點(diǎn)局部部4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案彈性階段段鋼管環(huán)向向應(yīng)力鋼鋼管豎向向應(yīng)力4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案彈性階段段橢圓拉板板橫向應(yīng)應(yīng)力橢橢圓拉板板豎向應(yīng)應(yīng)力4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案彈塑性階階段鋼管環(huán)向向應(yīng)力鋼鋼管豎豎向應(yīng)力力4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案彈塑性階階段橢圓拉板板橫向應(yīng)應(yīng)力橢橢圓拉板板豎向應(yīng)應(yīng)力4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案彈塑性階階段外加強(qiáng)鋼鋼環(huán)板環(huán)環(huán)向應(yīng)力力外外加加強(qiáng)鋼環(huán)環(huán)板環(huán)向向應(yīng)力4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案B1試件（20度）承載載力－位位移曲線線4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案B3試件（35度）承載載力－位位移曲線線4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)論從試驗(yàn)現(xiàn)現(xiàn)象來(lái)看看，角節(jié)節(jié)點(diǎn)的最最終破壞壞現(xiàn)象主主要表現(xiàn)現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)點(diǎn)區(qū)鋼管管鼓起，，沒(méi)有達(dá)達(dá)到“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”設(shè)計(jì)原則則，邊節(jié)節(jié)點(diǎn)的最最終破壞壞現(xiàn)象主主要表現(xiàn)現(xiàn)為非節(jié)節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼鋼管鼓起起，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”設(shè)計(jì)原則則。但試試件的非非節(jié)點(diǎn)區(qū)區(qū)桿件長(zhǎng)長(zhǎng)度較短短，尤其其是角節(jié)節(jié)點(diǎn)，考考慮實(shí)際際結(jié)構(gòu)桿桿件有較較大長(zhǎng)細(xì)細(xì)比以及及受彎矩矩作用，，實(shí)際結(jié)結(jié)構(gòu)的角角節(jié)點(diǎn)和和邊節(jié)點(diǎn)點(diǎn)均可以以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”設(shè)計(jì)原則則。4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案4.3、設(shè)計(jì)風(fēng)荷荷載問(wèn)題題廣州西塔塔建筑造造型修長(zhǎng)長(zhǎng)挺拔，，高寬比比超過(guò)6.5，風(fēng)荷載載為結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)中中的控制制荷載。。毗鄰擬擬建東塔塔的干擾擾，使西西塔的風(fēng)風(fēng)反應(yīng)更更為復(fù)雜雜。本工工程通過(guò)過(guò)風(fēng)氣象象分析確確定了本本區(qū)域的的風(fēng)況及及設(shè)計(jì)風(fēng)風(fēng)參數(shù)，，并通過(guò)過(guò)大氣邊邊界層風(fēng)風(fēng)洞剛性性模型同同步測(cè)壓壓試驗(yàn)確確定大樓樓的等效效風(fēng)荷載載。4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)及結(jié)構(gòu)構(gòu)的風(fēng)致致響應(yīng)分分析結(jié)果果表明：：結(jié)構(gòu)的的動(dòng)力性性能包括括阻尼比比、自振振頻率等等對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)風(fēng)反應(yīng)應(yīng)影響很很大；結(jié)結(jié)構(gòu)橫風(fēng)風(fēng)向風(fēng)荷荷載效應(yīng)應(yīng)遠(yuǎn)大于于順風(fēng)向向風(fēng)荷載載效應(yīng)。。對(duì)于此此類截面面接近圓圓形的超超高層建建筑，易易引起跨跨臨界強(qiáng)強(qiáng)風(fēng)共振振。周邊邊環(huán)境特特別是擬擬建的東東塔對(duì)西西塔的風(fēng)風(fēng)反應(yīng)也也有一定定影響。。4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案以下為西西塔385米高度處處的氣動(dòng)動(dòng)力功率率譜，氣氣動(dòng)力Fx,Fy為根據(jù)該該樓層風(fēng)風(fēng)壓時(shí)程程積分的的結(jié)果，，相應(yīng)坐坐標(biāo)系見見右圖。。4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案0度風(fēng)向角角FxFy4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案120度風(fēng)向角角FxFy4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案240度風(fēng)向角角FxFy4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案0度為典型型的風(fēng)荷荷載譜，，體現(xiàn)在在Fx和Fy有非常不不同的特特征：Fx為順風(fēng)向向湍流作作用的結(jié)結(jié)果，在在其譜中中沒(méi)有明明顯的峰峰值，脈脈動(dòng)力各各個(gè)頻率率分量的的分布和和脈動(dòng)風(fēng)風(fēng)譜類似似，而橫橫風(fēng)向Fy的譜則有有非常明明顯的峰峰值，這這個(gè)峰值值所對(duì)應(yīng)應(yīng)的頻率率值即為為漩渦脫脫落頻率率，圖中中的3條紅線分分別對(duì)應(yīng)應(yīng)于結(jié)構(gòu)構(gòu)的前3階固有頻頻率，由由圖中可可見，結(jié)結(jié)構(gòu)的前前兩階固固有頻率率基本和和漩渦脫脫落頻率率一致，，這意味味著會(huì)有有潛在的的渦激共共振問(wèn)題題。4、設(shè)計(jì)難難點(diǎn)及解解決方案案西塔的風(fēng)風(fēng)振基本本是橫風(fēng)風(fēng)向控制制的，且且在橫風(fēng)風(fēng)向響應(yīng)應(yīng)和荷載載中，平平均量一一般都很很小，而而共振分分量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)背景部部分占有有相當(dāng)大大的成分分，因此此，最終終結(jié)構(gòu)的的峰值響響應(yīng)或等等效靜風(fēng)風(fēng)荷載還還要很大大程度地地取決于于峰值因因子和結(jié)結(jié)構(gòu)阻尼尼比的選選取。4、設(shè)計(jì)計(jì)難點(diǎn)點(diǎn)及解解決方方案峰值因因子和和結(jié)構(gòu)構(gòu)阻尼尼比對(duì)對(duì)等效效風(fēng)荷荷載的的影響響：4、設(shè)計(jì)計(jì)難點(diǎn)點(diǎn)及解解決方方案結(jié)構(gòu)頂頂部加加速度度隨阻阻尼比比的減減少而而增加加：4、設(shè)計(jì)計(jì)難點(diǎn)點(diǎn)及解解決方方案設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)風(fēng)荷荷載參參數(shù)的的取值值為：：①考考慮到到西塔塔的設(shè)設(shè)計(jì)荷荷載是是根據(jù)據(jù)100年基本本風(fēng)壓壓進(jìn)行行計(jì)算算而得得到的的，這這種情情況下下，采采用跨跨越一一次結(jié)結(jié)構(gòu)即即告失失效的的峰值值因子子g=3.5作為設(shè)設(shè)計(jì)參參數(shù)將將偏于于保守守。因因此，，在結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件承承載力力設(shè)計(jì)計(jì)中，，根據(jù)據(jù)實(shí)際際計(jì)算算的峰峰值因因子的的分布布情況況，采采用比比國(guó)家家荷載載規(guī)范范略高高的g=2.5作為峰峰值因因子；；②100年一遇遇極大大風(fēng)作作用下下的結(jié)結(jié)構(gòu)阻阻尼比比取3.5%；③舒舒適度度驗(yàn)算算采用用重現(xiàn)現(xiàn)期10年的基基本風(fēng)風(fēng)壓，，結(jié)構(gòu)構(gòu)阻尼尼比取取1%，峰值值因子子取3.5%，同時(shí)時(shí)考慮慮風(fēng)速速玫瑰瑰的影影響4、設(shè)計(jì)計(jì)難點(diǎn)點(diǎn)及解解決方方案4.4、體外預(yù)預(yù)應(yīng)力力問(wèn)題題為進(jìn)一一步提提高節(jié)節(jié)點(diǎn)層層抗拉拉體系系的安安全儲(chǔ)儲(chǔ)備，，于節(jié)節(jié)點(diǎn)層層周邊邊設(shè)置置體外外高強(qiáng)強(qiáng)鋼絞絞線預(yù)預(yù)應(yīng)力力索。。張拉拉索使使得節(jié)節(jié)點(diǎn)層層平面面內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生沿沿徑向向的壓壓力，，大大大減少少了環(huán)環(huán)梁、、拉梁梁及核核心筒筒連梁梁的拉拉力，，還可可降低低樓板板中的的拉應(yīng)應(yīng)力水水平，，有效效地控控制樓樓板的的裂縫縫寬度度。4、設(shè)計(jì)計(jì)難點(diǎn)點(diǎn)及解解決方方案與此同同時(shí)，，體外外預(yù)應(yīng)應(yīng)力的的施加加減小小了鋼鋼管混混凝土土斜柱柱的向向外水