廣州珠江新城西塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

1、Introduction of Guangzhou West Tower Structure Design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(xiàn)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(chē)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(xiě)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

2、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(zhuān)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

3、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(lèi)三角形，外周邊由六段曲率不同的圓弧構(gòu)成；

4、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(xiàn)。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/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系廣州西塔斜交網(wǎng)格外筒的組成包括：、豎向構(gòu)件以一定角度相交的斜柱；、水平構(gòu)件沿外周邊布置、連接網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的環(huán)梁及沿外周邊布置、支承于斜柱的樓面梁。斜交網(wǎng)格筒體的幾何構(gòu)成決定了它抵抗水平力的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，側(cè)向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度也遠(yuǎn)優(yōu)于框筒，但豎向剛度比框筒稍差。水平力由斜柱的軸向力平衡，傾覆力矩引起的豎向力也由交于節(jié)點(diǎn)的斜柱的軸力平衡。1、結(jié)構(gòu)體系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系斜柱中彎矩產(chǎn)生的原

5、因：一是節(jié)間的豎向荷載，并與斜柱的交角和層高相關(guān)；二是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的水平位移，相鄰層間節(jié)點(diǎn)水平位移差越大，斜柱的柱端彎矩越大。網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)水平位移的大小除取決于斜柱軸力、平面內(nèi)的交角和平面外的折角外，還取決于網(wǎng)格筒環(huán)梁、內(nèi)外筒間的拉梁和樓板的軸向剛度。節(jié)點(diǎn)的水平約束越強(qiáng)，斜柱截面的剪力和彎矩越小，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的豎向剛度越大。1、結(jié)構(gòu)體系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系計(jì)算分析表明，西塔的層高不大，斜柱的交角也不大，由13.6334.09，自重引起的彎矩也不大；對(duì)各節(jié)點(diǎn)層施加了體外預(yù)應(yīng)力，阻止了豎向荷載作用下網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的向外水平位移，大大減少了斜柱的柱端彎矩和剪力，提高了結(jié)構(gòu)的豎向剛度。不論是豎向還是水平荷載，斜柱的主要內(nèi)

6、力是軸力，剪力和彎矩均很小。1、結(jié)構(gòu)體系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系鋼管混凝土柱軸向剛度大，承載力高，延性好，以軸力的形式來(lái)抵抗風(fēng)荷載和地震作用產(chǎn)生的水平力和傾覆力矩，正好發(fā)揮了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，十分高效。此外，由于斜柱底端彎矩、扭矩很小，即使釋放支座處X、Y、Z三個(gè)方向的轉(zhuǎn)角約束，結(jié)構(gòu)自振頻率的變化甚微，即斜柱支座剛接或鉸接對(duì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和構(gòu)件內(nèi)力的影響很小，這就可以簡(jiǎn)化支座的設(shè)計(jì)和構(gòu)造。1、結(jié)構(gòu)體系/抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系鋼管混凝土外筒斜柱斷面尺寸：從基底開(kāi)始，鋼管直徑1800mm，壁厚35mm，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)層直徑縮小50mm或100mm，至頂層鋼管直徑700 mm，壁厚20mm。核心筒外墻厚：地下室11

7、00mm，出地面1000mm，沿高度方向逐漸減薄至酒店層下層500mm；酒店層以上4層350mm，其余300mm；核心筒內(nèi)墻厚：500mm。1、結(jié)構(gòu)體系/樓蓋結(jié)構(gòu)體系1.2、樓蓋結(jié)構(gòu)體系首層以下及核心筒內(nèi)采用鋼筋混凝土梁板，板厚130200mm。內(nèi)外筒之間采用鋼混凝土組合樓蓋，梁跨度約815m，工字鋼梁高一般為450mm，跨度較大處加高至600mm；辦公樓層板厚一般為110mm，酒店樓層板厚一般為130mm，板跨度較大處局部加厚。 1、結(jié)構(gòu)體系/基礎(chǔ)1.3、基礎(chǔ)主塔樓位置基礎(chǔ)底板已到達(dá)中微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層?？紤]到部分柱位下巖石裂隙較發(fā)育，采用人工挖孔樁（墩）基礎(chǔ)，持力層均為微風(fēng)化粉砂巖或礫巖，

8、設(shè)計(jì)要求巖樣天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度不小于13MPa。樁徑32004800mm，樁長(zhǎng)約613m。單樁豎向承載力特征值為110000kN247000kN。部分樁有抗拔要求，單樁抗拔承載力特征值為5000kN15000kN。主塔樓位置基礎(chǔ)底板厚2.5m。 1、結(jié)構(gòu)體系/基礎(chǔ)1、結(jié)構(gòu)體系/ 主要結(jié)構(gòu)用料1.4、主要結(jié)構(gòu)用料鋼材：Q345B除節(jié)點(diǎn)外的外筒鋼管混凝土斜柱，樓蓋鋼梁及其他鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件Q345GJC節(jié)點(diǎn)部分的鋼管、橢圓拉板及加強(qiáng)環(huán)板1860級(jí)高強(qiáng)低松弛鋼絞線(xiàn)節(jié)點(diǎn)層體外預(yù)應(yīng)力索1、結(jié)構(gòu)體系/ 主要結(jié)構(gòu)用料1.4、主要結(jié)構(gòu)用料混凝土：C50樁及基礎(chǔ)底板C80C50核心筒及剪力墻C70C60外筒鋼管混凝

9、土斜柱C90C60外筒鋼管混凝土斜柱節(jié)點(diǎn) C40C35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)及解決方案42、結(jié)構(gòu)分析/ 分析模型2.1、分析軟件ETABS ANSYS SAP20002.2、分析模型鋼管混凝土斜交網(wǎng)格外筒空間桿單元由于實(shí)際節(jié)點(diǎn)尺寸較大，一般節(jié)點(diǎn)高度有815m高，而在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中，節(jié)點(diǎn)一般也簡(jiǎn)化為桿件的連接點(diǎn)，故在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算中如何模擬節(jié)點(diǎn)是非常重要的。本節(jié)對(duì)節(jié)點(diǎn)分別采用實(shí)體單元（圖1）和桿單元（圖2）進(jìn)行模擬，在相同的力和位移邊界條件下通過(guò)比較位移可以判明結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的模型能否模擬實(shí)際節(jié)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)體模型和桿件模型計(jì)算

10、位移比較 豎向位移 徑向位移 環(huán)向位移實(shí)體模型 0.508 1.773 1.029桿件模型 0.54 2.066 1.443兩者比值 1.06 1.17 1.40 可以看出，實(shí)際節(jié)點(diǎn)模型的豎向和徑向位移相比桿件模型的位移略小，節(jié)點(diǎn)剛度略大。2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析模型在節(jié)點(diǎn)處雖然兩根鋼管柱相貫，總截面面積減少，但由于節(jié)點(diǎn)區(qū)壁厚增加且增加了橢圓拉板，節(jié)點(diǎn)實(shí)際剛度比兩根鋼管柱剛度之和還略大。而對(duì)于環(huán)向位移,兩者差異較大，但考慮到實(shí)際桿件相交處近乎圓形，基本軸對(duì)稱(chēng)，環(huán)向位移較小，對(duì)結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力的影響非常小，故斜交網(wǎng)格外筒按桿系進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析的結(jié)果是可以接受的。 2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析模型外框鋼管柱中混凝

11、土的軸向剛度除了以上的節(jié)點(diǎn)剛度分析之外，必須保證鋼管柱中混凝土沒(méi)有承受拉力，或在拉力下不發(fā)生開(kāi)裂，這樣才可以合理地假定外筒柱可采用其彈性剛度。在豎向荷載、風(fēng)荷載和地震作用的標(biāo)準(zhǔn)組合下， 90層以下鋼管混凝土柱沒(méi)有出現(xiàn)拉力；90層以上，外框柱雖然出現(xiàn)拉力，但拉應(yīng)變小于混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值下的拉應(yīng)變，能確保不引起混凝土的開(kāi)裂。2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析模型鋼筋混凝土樓板殼單元核心筒中的樓板為剛性板。核心筒外的樓板為彈性板剛度折減（0, 0.25, 0.5)鋼筋混凝土內(nèi)筒殼單元樓蓋鋼梁梁?jiǎn)卧B梁剛度折減系數(shù)為0.8計(jì)算嵌固部位地下4層（底板頂面）2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析模型結(jié)構(gòu)分析主要輸入?yún)?shù)樓層層數(shù)：

12、108層（包括地下室）風(fēng)荷載：100年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓 0.6kPa地震作用：?jiǎn)蜗?偶然偏心(5%)/雙向地震作用計(jì)算：振型分解反應(yīng)譜法/彈性時(shí)程 分析/動(dòng)力彈塑性分析地震作用方向：結(jié)構(gòu)平動(dòng)基本周期方向及平行/垂直于三角形各邊 地震作用振型組合數(shù)：30地震效應(yīng)計(jì)算方法：考慮扭轉(zhuǎn)耦連CQC法周期折減系數(shù)：0.852、結(jié)構(gòu)分析/ 分析模型活荷載折減：按規(guī)范折減自重調(diào)整系數(shù)：1.0樓板假定： 核心筒內(nèi)板為剛性板，筒外樓板為彈性樓板小震和中震結(jié)構(gòu)阻尼比：0.04大震結(jié)構(gòu)阻尼比：0.05重力二階效應(yīng)(P-效應(yīng))：考慮樓層水平地震剪力調(diào)整： 考慮樓層框架總剪力調(diào)整： 考慮2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)期

13、目標(biāo)結(jié)構(gòu)耐久性：設(shè)計(jì)使用年限100年。正常使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件有必要的剛度；室內(nèi)混凝土構(gòu)件的裂縫寬度0.3mm；重現(xiàn)期10年的風(fēng)荷載作用下，建筑物頂點(diǎn)加速度0.2m/s2 。承載力及位移極限狀態(tài)重現(xiàn)期100年風(fēng)荷載、小震作用下，結(jié)構(gòu)彈性；中震作用下，結(jié)構(gòu)基本彈性；大震作用下，結(jié)構(gòu)不倒塌，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)量參與系數(shù)92.00 91.34 90.92 0.55 0.69 0.29 0.4303 15 91.45 90.65 90.64 2.11 0.23 0.17 0.5427 14 89.34 90.42 90.46 0.35 0.78 1.01 0.554

14、0 13 88.99 89.64 89.45 0.01 1.19 0.95 0.5709 12 88.98 88.45 88.50 0.07 2.03 1.50 0.7190 11 88.91 86.42 87.00 0.01 1.34 1.97 0.7381 10 88.90 85.08 85.03 4.56 0.04 0.00 0.7665 9 84.33 85.03 85.03 0.18 5.00 2.60 1.1553 8 84.16 80.04 82.42 0.06 2.63 5.03 1.1773 7 84.09 77.41 77.39 10.41 0.14 0.00 1.2132

15、 6 73.68 77.27 77.39 0.01 10.56 7.54 2.1682 5 73.66 66.71 69.85 0.01 7.59 10.48 2.1973 4 73.65 59.12 59.37 73.59 0.01 0.00 2.7626 3 0.05 59.11 59.37 0.00 1.80 57.50 7.5091 2 0.05 57.31 1.87 0.00 57.31 1.87 7.5720 1 SumRZ(%)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

16、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)筒承擔(dān)的豎向荷載約占總重的57；鋼管混凝土斜交網(wǎng)格外筒承擔(dān)的豎向荷載約占總重的43。內(nèi)筒承擔(dān)的基底剪力約占總剪力的61%，而外筒承擔(dān)約39%；內(nèi)筒承擔(dān)的傾

17、覆力矩約占總傾覆力矩的39%，外筒約占61%。 2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析結(jié)果豎向荷載作用下核心筒彈性變形圖2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析結(jié)果豎向荷載作用下外筒彈性變形圖2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析結(jié)果風(fēng)荷載作用下側(cè)向變形圖2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析結(jié)果風(fēng)荷載作用下外筒斜交網(wǎng)格柱軸力分布圖2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析結(jié)果結(jié)構(gòu)前三階振型圖 2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析結(jié)果溫度效應(yīng)分析 結(jié)構(gòu)合攏溫度范圍約為10-35。由于使用期間西塔的結(jié)構(gòu)構(gòu)件都處于室內(nèi)環(huán)境，有空調(diào)控制溫度，一般在20-28左右，因此，所有內(nèi)部構(gòu)件只需考慮10的溫度變化。把溫度荷載施加于ETABS三維模型上進(jìn)行分析，可得構(gòu)件軸力最大內(nèi)力設(shè)計(jì)值增加的百分比分別為：外框柱約1.1

18、、樓面環(huán)梁約2.2、樓面拉梁約3.8，都可忽略不計(jì)。2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析結(jié)果徐變分析 圖9 內(nèi)筒的豎向壓縮量(一年后) 2、結(jié)構(gòu)分析/ 分析結(jié)果徐變分析 圖9 內(nèi)筒的豎向壓縮量(一年后) 結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)分析32振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)1設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案43、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)2007年2月14日在中國(guó)建筑科學(xué)研究院振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了西塔結(jié)構(gòu)模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn).模型幾何比尺1/50,滿(mǎn)足動(dòng)力和重力相似關(guān)系.試驗(yàn)表明,結(jié)構(gòu)模型在7度罕遇地震作用后仍可保持彈性.3、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)在各工況地震作用下，振動(dòng)形態(tài)基本為平動(dòng)，結(jié)構(gòu)整體基本無(wú)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。模型在經(jīng)歷了7度小震、7度中震、7度罕遇地震作用后，自振特性

19、有微小變化，結(jié)構(gòu)基本處于彈性狀態(tài)。模型在經(jīng)歷了8度罕遇地震作用后, 自振特性又有微小變化，核心筒剪力墻未見(jiàn)明顯裂縫，外圍銅管混凝土構(gòu)件未見(jiàn)明顯屈服，說(shuō)明模型結(jié)構(gòu)稍有損傷，模型最大層間位移角為1/133。試驗(yàn)說(shuō)明，原型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在8度罕遇地震作用下滿(mǎn)足規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)分析42振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)3設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案14、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案4.1、樓層平面內(nèi)拉力問(wèn)題西塔建筑造型獨(dú)特，由鋼管混凝土柱組成的斜交網(wǎng)絡(luò)外框筒分為16個(gè)節(jié)，每個(gè)節(jié)27M，鋼管混凝土柱在每個(gè)節(jié)間為直線(xiàn)段，相鄰節(jié)段的柱于節(jié)點(diǎn)層形成一個(gè)折點(diǎn)，并于節(jié)點(diǎn)層平面內(nèi)產(chǎn)生向外的推力，如下圖所示,從而在樓層梁板中產(chǎn)生了拉力。抵抗該拉力是本工程設(shè)計(jì)中

20、的技術(shù)難點(diǎn)之一。4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案通過(guò)分析可知，由外筒斜柱豎向力傳遞轉(zhuǎn)折而產(chǎn)生的向外的推力可由鋼管混凝土柱本身的剪力、外環(huán)梁的拉力、連接柱與核心筒的拉梁及樓板的拉力來(lái)平衡。一般說(shuō)來(lái)，鋼管混凝土柱的優(yōu)勢(shì)在于承受軸向力，過(guò)大的剪力和彎矩會(huì)降低鋼管混凝土柱的承載能力；而鋼筋混凝土樓板則有裂縫寬度的限制。因此，本工程采取了外框筒環(huán)梁+拉梁+核心筒內(nèi)閉合環(huán)梁構(gòu)成的獨(dú)立的平面內(nèi)抗拉體系，如下圖所示。4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案4.2、外框筒斜柱相貫節(jié)點(diǎn)問(wèn)題本工程的第二個(gè)主要技術(shù)難點(diǎn)是組成斜交網(wǎng)格外框筒的鋼管混凝土柱 “X”形相貫節(jié)點(diǎn)。建筑師要求兩根鋼管混凝土柱空間相貫。在柱軸線(xiàn)交點(diǎn)處截

21、面面積最小，所受軸力最大。因此,必須設(shè)計(jì)一個(gè)特殊節(jié)點(diǎn)以滿(mǎn)足既不加大節(jié)點(diǎn)的截面尺寸，又能滿(mǎn)足承受更大內(nèi)力的要求。4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案我們研究設(shè)計(jì)了一個(gè)新型節(jié)點(diǎn)，利用豎向放置的橢圓形拉板連接四根相貫的鋼管，節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)鋼管壁適當(dāng)加厚，細(xì)腰處設(shè)置水平加強(qiáng)環(huán)。(如圖所示)。該節(jié)點(diǎn)形式簡(jiǎn)潔，受力明確，方便管內(nèi)混凝土的澆灌。目前已完成兩個(gè)階段的試驗(yàn)，試驗(yàn)證明該節(jié)點(diǎn)承載力及剛度均能滿(mǎn)足要求。4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案節(jié)點(diǎn)模型 4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案節(jié)點(diǎn)局部 4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案彈性階段 鋼管環(huán)向應(yīng)力 鋼管豎向應(yīng)力 4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案彈性階段 橢圓拉板橫向應(yīng)力 橢圓拉板豎向應(yīng)力 4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案彈塑性階

22、段 鋼管環(huán)向應(yīng)力 鋼管豎向應(yīng)力 4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案彈塑性階段橢圓拉板橫向應(yīng)力 橢圓拉板豎向應(yīng)力4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案彈塑性階段外加強(qiáng)鋼環(huán)板環(huán)向應(yīng)力 外加強(qiáng)鋼環(huán)板環(huán)向應(yīng)力4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案B1試件（20度）承載力位移曲線(xiàn)4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案B3試件（35度）承載力位移曲線(xiàn)4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)論從試驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)看，角節(jié)點(diǎn)的最終破壞現(xiàn)象主要表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管鼓起，沒(méi)有達(dá)到“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”設(shè)計(jì)原則，邊節(jié)點(diǎn)的最終破壞現(xiàn)象主要表現(xiàn)為非節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管鼓起

23、，實(shí)現(xiàn)了“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”設(shè)計(jì)原則。但試件的非節(jié)點(diǎn)區(qū)桿件長(zhǎng)度較短，尤其是角節(jié)點(diǎn)，考慮實(shí)際結(jié)構(gòu)桿件有較大長(zhǎng)細(xì)比以及受彎矩作用，實(shí)際結(jié)構(gòu)的角節(jié)點(diǎn)和邊節(jié)點(diǎn)均可以實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”設(shè)計(jì)原則。4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案4.3、設(shè)計(jì)風(fēng)荷載問(wèn)題廣州西塔建筑造型修長(zhǎng)挺拔，高寬比超過(guò)6.5，風(fēng)荷載為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的控制荷載。毗鄰擬建東塔的干擾，使西塔的風(fēng)反應(yīng)更為復(fù)雜。本工程通過(guò)風(fēng)氣象分析確定了本區(qū)域的風(fēng)況及設(shè)計(jì)風(fēng)參數(shù)，并通過(guò)大氣邊界層風(fēng)洞剛性模型同步測(cè)壓試驗(yàn)確定大樓的等效風(fēng)荷載。4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案風(fēng)洞試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)的風(fēng)致響應(yīng)分析結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能包括阻尼比、自振頻率等對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)反應(yīng)影響很大；結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)荷載效應(yīng)遠(yuǎn)大于順風(fēng)向風(fēng)荷

24、載效應(yīng)。對(duì)于此類(lèi)截面接近圓形的超高層建筑，易引起跨臨界強(qiáng)風(fēng)共振。周邊環(huán)境特別是擬建的東塔對(duì)西塔的風(fēng)反應(yīng)也有一定影響。4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案以下為西塔385米高度處的氣動(dòng)力功率譜，氣動(dòng)力Fx,Fy為根據(jù)該樓層風(fēng)壓時(shí)程積分的結(jié)果，相應(yīng)坐標(biāo)系見(jiàn)右圖。4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案0度風(fēng)向角 Fx Fy4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案120度風(fēng)向角 Fx Fy4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案240度風(fēng)向角 Fx Fy4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案0度為典型的風(fēng)荷載譜，體現(xiàn)在Fx和Fy有非常不同的特征：Fx為順風(fēng)向湍流作用的結(jié)果，在其譜中沒(méi)有明顯的峰值，脈動(dòng)力各個(gè)頻率分量的分布和脈動(dòng)風(fēng)譜類(lèi)似，而橫風(fēng)向Fy的譜則有非常明顯的峰值，這個(gè)峰值所

25、對(duì)應(yīng)的頻率值即為漩渦脫落頻率，圖中的3條紅線(xiàn)分別對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)的前3階固有頻率，由圖中可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)的前兩階固有頻率基本和漩渦脫落頻率一致，這意味著會(huì)有潛在的渦激共振問(wèn)題。4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案西塔的風(fēng)振基本是橫風(fēng)向控制的，且在橫風(fēng)向響應(yīng)和荷載中，平均量一般都很小，而共振分量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)背景部分占有相當(dāng)大的成分，因此，最終結(jié)構(gòu)的峰值響應(yīng)或等效靜風(fēng)荷載還要很大程度地取決于峰值因子和結(jié)構(gòu)阻尼比的選取。4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案峰值因子和結(jié)構(gòu)阻尼比對(duì)等效風(fēng)荷載的影響：4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案結(jié)構(gòu)頂部加速度隨阻尼比的減少而增加：4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)荷載參數(shù)的取值為：考慮到西塔的設(shè)計(jì)荷載是根據(jù)100年基本風(fēng)壓進(jìn)行計(jì)算而得到的，這種情況下，采用跨越一次結(jié)構(gòu)即告失效的峰值因子g=3.5作為設(shè)計(jì)參數(shù)將偏于保守。因此，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)中，根據(jù)實(shí)際計(jì)算的峰值因子的分布情況，采用比國(guó)家荷載規(guī)范略高的g=2.5作為峰值因子；100年一遇極大風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)阻尼比取3.