1、1广州西塔广州珠江新城西塔项目位于珠江新城，在广州新广州珠江新城西塔项目位于珠江新城，在广州新城市中轴线西侧，与广州新电塔隔江相望。项目城市中轴线西侧，与广州新电塔隔江相望。项目占地占地31,085m31,085m2 2 ，总建筑面积约为，总建筑面积约为448,736m448,736m2 2。其。其中，地下室中，地下室4 4层，为商场，停车场，机电设备间，层，为商场，停车场，机电设备间，地下地下4 4层板面标高层板面标高19.119.1米；主塔楼地面以上米；主塔楼地面以上103103层，高层，高432432米，米，7373层以下为写字楼及酒店服层以下为写字楼及酒店服务楼层，层高务楼层，层高4.
2、54.5米，以上为高级酒店客房，层米，以上为高级酒店客房，层高高3.3753.375米米; ;主塔楼建筑面积约主塔楼建筑面积约250000m250000m2 2 。工程于工程于20052005年年1212月月2626日动工，先进行基坑支护日动工，先进行基坑支护及土石方工程；及土石方工程；20062006年年9 9月完成施工图设计，月完成施工图设计，20082008年底主体结构封顶，年底主体结构封顶，20102010年底竣工交付使年底竣工交付使用。用。2广州西塔3广州西塔4广州西塔 图3 办公标准层平面（23层）办公标准层平面（23层） 5广州西塔 图3 办公标准层平面（23层）酒店客房标准层平
3、面（78层） 6广州西塔项目发展商：广州越秀城建国际金融中心有限公司项目发展商：广州越秀城建国际金融中心有限公司设计团队设计团队: WEA-ARUP: WEA-ARUP 华南理工大学建筑设计研究院华南理工大学建筑设计研究院 联合体联合体施工图审查及顾问总承包：广州市设计院施工图审查及顾问总承包：广州市设计院结构专业顾问：广州容柏生建筑工程设计事务所结构专业顾问：广州容柏生建筑工程设计事务所施工总承包：中国建筑总公司广州建筑集团联合体施工总承包：中国建筑总公司广州建筑集团联合体钢结构制作：沪宁钢机、精工钢构钢结构制作：沪宁钢机、精工钢构风洞试验单位：汕头大学风洞试验室，美国风洞试验单位：汕头大学
4、风洞试验室，美国cppcpp风风 洞试验室洞试验室节点试验单位：华南理工大学土木工程系节点试验单位：华南理工大学土木工程系振动台试验单位：中国建筑科学研究院，同济大学振动台试验单位：中国建筑科学研究院，同济大学风环境评估单位风环境评估单位: : 广东省气象局。广东省气象局。7广州西塔12348广州西塔1.11.1、抗侧力结构体系、抗侧力结构体系采用采用巨型钢管混凝土柱斜交网格外筒巨型钢管混凝土柱斜交网格外筒+ +钢筋混凝钢筋混凝土内筒的筒中筒体系土内筒的筒中筒体系。6969层以上，由于建筑使用层以上，由于建筑使用功能的需要，取消了核心筒的内墙，仅保留部分功能的需要，取消了核心筒的内墙，仅保留部
5、分核心筒外墙并向内倾斜，电梯井道移至核心筒外，核心筒外墙并向内倾斜，电梯井道移至核心筒外，形成巨型钢管混凝土柱斜交网格外筒形成巨型钢管混凝土柱斜交网格外筒+ +剪力墙结剪力墙结构体系。水平荷载（包括风荷载和地震作用）产构体系。水平荷载（包括风荷载和地震作用）产生的倾覆力矩大部份由斜交网格柱外筒斜柱的轴生的倾覆力矩大部份由斜交网格柱外筒斜柱的轴力承担，基底剪力大部份由钢筋混凝土内筒承担。力承担，基底剪力大部份由钢筋混凝土内筒承担。9广州西塔 广州西塔修长挺拔，高宽比达广州西塔修长挺拔，高宽比达6.56.5，平，平面为类三角形，外周边由六段曲率不面为类三角形，外周边由六段曲率不同的圆弧构成；立面由
6、首层至同的圆弧构成；立面由首层至3131层外层外凸，凸，3131层至层至103103层内收，剖面外轮廓也层内收，剖面外轮廓也呈弧线。西塔外周边共呈弧线。西塔外周边共3030根钢管混凝根钢管混凝土斜柱于空间相贯，节点层间距离土斜柱于空间相贯，节点层间距离27m27m；7373层以下每节点层间分层以下每节点层间分6 6层，层高层，层高4.5m4.5m；其余分；其余分8 8层，层高层，层高3.375m3.375m。10广州西塔 广州西塔斜交网格外筒的组成包括：、广州西塔斜交网格外筒的组成包括：、竖向构件竖向构件以一定角度相交的斜柱；以一定角度相交的斜柱；、水平构件、水平构件沿外周边布置、连接网格沿外
7、周边布置、连接网格节点的环梁及沿外周边布置、支承于斜柱节点的环梁及沿外周边布置、支承于斜柱的楼面梁。斜交网格筒体的几何构成决定的楼面梁。斜交网格筒体的几何构成决定了它抵抗水平力的独特优点，侧向刚度和了它抵抗水平力的独特优点，侧向刚度和扭转刚度也远优于框筒，但竖向刚度比框扭转刚度也远优于框筒，但竖向刚度比框筒稍差。水平力由斜柱的轴向力平衡，倾筒稍差。水平力由斜柱的轴向力平衡，倾覆力矩引起的竖向力也由交于节点的斜柱覆力矩引起的竖向力也由交于节点的斜柱的轴力平衡。的轴力平衡。11广州西塔 斜柱中弯矩产生的原因：一是节间的竖向斜柱中弯矩产生的原因：一是节间的竖向荷载，并与斜柱的交角和层高相关；二是荷载
8、，并与斜柱的交角和层高相关；二是网格节点的水平位移，相邻层间节点水平网格节点的水平位移，相邻层间节点水平位移差越大，斜柱的柱端弯矩越大。网格位移差越大，斜柱的柱端弯矩越大。网格节点水平位移的大小除取决于斜柱轴力、节点水平位移的大小除取决于斜柱轴力、平面内的交角和平面外的折角外，还取决平面内的交角和平面外的折角外，还取决于网格筒环梁、内外筒间的拉梁和楼板的于网格筒环梁、内外筒间的拉梁和楼板的轴向刚度。节点的水平约束越强，斜柱截轴向刚度。节点的水平约束越强，斜柱截面的剪力和弯矩越小，同时，结构的竖向面的剪力和弯矩越小，同时，结构的竖向刚度越大。刚度越大。12广州西塔 计算分析表明，西塔的层高不大，
9、斜柱的计算分析表明，西塔的层高不大，斜柱的交角也不大，由交角也不大，由13.6313.6334.0934.09，自重，自重引起的弯矩也不大；对各节点层施加了体引起的弯矩也不大；对各节点层施加了体外预应力，阻止了竖向荷载作用下网格节外预应力，阻止了竖向荷载作用下网格节点的向外水平位移，大大减少了斜柱的柱点的向外水平位移，大大减少了斜柱的柱端弯矩和剪力，提高了结构的竖向刚度。端弯矩和剪力，提高了结构的竖向刚度。不论是竖向还是水平荷载，斜柱的主要内不论是竖向还是水平荷载，斜柱的主要内力是轴力，剪力和弯矩均很小。力是轴力，剪力和弯矩均很小。13广州西塔 钢管混凝土柱轴向刚度大，承载力高，延钢管混凝土柱
10、轴向刚度大，承载力高，延性好，以轴力的形式来抵抗风荷载和地震性好，以轴力的形式来抵抗风荷载和地震作用产生的水平力和倾覆力矩，正好发挥作用产生的水平力和倾覆力矩，正好发挥了钢管混凝土结构的优势，十分高效。此了钢管混凝土结构的优势，十分高效。此外，由于斜柱底端弯矩、扭矩很小，即使外，由于斜柱底端弯矩、扭矩很小，即使释放支座处释放支座处X X、Y Y、Z Z三个方向的转角约束，三个方向的转角约束，结构自振频率的变化甚微，即斜柱支座刚结构自振频率的变化甚微，即斜柱支座刚接或铰接对结构的侧向刚度和构件内力的接或铰接对结构的侧向刚度和构件内力的影响很小，这就可以简化支座的设计和构影响很小，这就可以简化支座
11、的设计和构造。造。14广州西塔钢管混凝土外筒斜柱断面尺寸：钢管混凝土外筒斜柱断面尺寸： 从基底开始，钢管直径从基底开始，钢管直径1800mm1800mm，壁厚，壁厚35mm35mm，每一个节点层直径缩小每一个节点层直径缩小50mm50mm或或100mm100mm，至，至顶层钢管直径顶层钢管直径700 mm700 mm，壁厚，壁厚20mm20mm。核心筒外墙厚：核心筒外墙厚： 地下室地下室1100mm1100mm，出地面，出地面1000mm1000mm，沿高度方，沿高度方向逐渐减薄至酒店层下层向逐渐减薄至酒店层下层500mm500mm；酒店层；酒店层以上以上4 4层层350mm350mm，其余，
12、其余300mm300mm；核心筒内墙厚：核心筒内墙厚： 500mm500mm。15广州西塔1.21.2、楼盖结构体系、楼盖结构体系首层以下及核心筒内采用钢筋混凝土梁板，首层以下及核心筒内采用钢筋混凝土梁板，板厚板厚130130200mm200mm。内外筒之间采用钢混。内外筒之间采用钢混凝土组合楼盖，梁跨度约凝土组合楼盖，梁跨度约8 815m15m，工字钢，工字钢梁高一般为梁高一般为450mm450mm，跨度较大处加高至，跨度较大处加高至600mm600mm；办公楼层板厚一般为；办公楼层板厚一般为110mm110mm，酒店，酒店楼层板厚一般为楼层板厚一般为130mm130mm，板跨度较大处局，板
13、跨度较大处局部加厚。部加厚。 16广州西塔1.31.3、基础、基础主塔楼位置基础底板已到达中微风化泥质主塔楼位置基础底板已到达中微风化泥质粉砂岩层。考虑到部分柱位下岩石裂隙较粉砂岩层。考虑到部分柱位下岩石裂隙较发育，采用人工挖孔桩（墩）基础，持力发育，采用人工挖孔桩（墩）基础，持力层均为微风化粉砂岩或砾岩，设计要求岩层均为微风化粉砂岩或砾岩，设计要求岩样天然湿度单轴抗压强度不小于样天然湿度单轴抗压强度不小于13MPa13MPa。桩径桩径32004800mm32004800mm，桩长约，桩长约613m613m。单桩竖。单桩竖向承载力特征值为向承载力特征值为110000kN247000kN1100
14、00kN247000kN。部分桩有抗拔要求，单桩抗拔承载力特征部分桩有抗拔要求，单桩抗拔承载力特征值为值为5000kN15000kN5000kN15000kN。主塔楼位置基础底板厚主塔楼位置基础底板厚2.5m2.5m。 17广州西塔主塔楼桩基础平面图1:200说明：然湿度单轴抗压强度fr15Mpa。桩几何尺寸详桩表，桩长根据超前钻情况确定。1. 本工程主塔楼采用人工挖孔桩基础。桩端持力层为微风化泥质粉砂岩(4-4)层，要求岩样天质检及工程地质勘察单位有关人员验孔，确认已满足设计要求后，及时清孔，吊放钢筋笼，3. 用料:砼： 桩身砼强度等级为C50，采用转窑水泥，水泥标号425#，水灰比不大于0
15、.45，护壁 圈砼强度等级为C25。钢筋：HPB235级()、HRB400级()，分别采用E43、E50焊条，双面焊焊缝长5d。2. 按设计桩长及扩大头尺寸成孔，当到达设计持力岩层层位时，及时通知设计人汇同监理、抽干孔底积水（可于孔中心附近设500500500 集水坑）后浇捣砼（如不能抽干水，应考虑采用水下砼)。要求持力层岩层暴露时间不得超过24小时。注：1.混凝土强度等级为C25护壁大样30泄水孔 a. 工作人员上下井必须使用电动葫芦之类的合格机械设备和钢丝绳，要有自动卡紧保险装6. 施工过程应有足够的安全措施确保施工安全： 的掣动和吊钩装置。 置，进口支架必须牢固稳定。 b. 井口出土如用
16、绞盘时，必须采用直径不小于16的坚韧麻绳或尼龙绳，结扣牢固，有安全c. 开挖过程中，应经常检测井内有毒害气体和缺氧现象。ZH1ZH4桩身截面示意桩身大样持力层底板H252000(纵筋净保护层)箍筋纵筋(焊接)14300220000(16000)ZH6-21.45320060044002001800156327. 桩基质量检查：桩基质量检测按照广东省桩基工程质量检测技术规定及建筑地基基6. 桩垂直度容许偏差为1/100，桩中心位置容许偏差为D/20，桩身直径容许偏差为+100，-40。础设计规范执行，具体要求详结施B05，具体检测方法需得到当地质监部门认可方可执行。d. 坚持井下作业排水送风先行
17、，施工中应不断向孔内输送足够的新鲜空气，必要时抽、送 同时进行。4. 钢筋笼外侧应设60厚砼垫块以保证钢筋保护层厚度。e、井口应设置围栏，井下设半边井的安全钢筋网，井内设特别可靠的救生软梯，下井人员5. 除说明外，图中桩中心位于轴线上。 必须戴安全帽并系好安全带，挖孔暂停施工时井口应盖好。f. 井下施工照明必须采用安全行灯，电压不高于36伏，供电给井下用电设备的线路必须装 漏电保护装置。 现异常情况应停止作业并通知甲方监理或报告上级，及时处理。 h. 井下通讯联络要畅通，施工时保证井口有人，井下的工作人员必须经常注意观察，如发 g. 需进行爆破时，应控制炸药用量及爆破深度，引爆前要派人警戒，保
18、护人员安全。 i. 桩施工时应跳挖以策安全。14150结施A-04桩基础平面图(2200)(用于ZH1、ZH5、ZH6)2.进入中风化岩以后，除有较厚(超过2m)强风化岩夹层外，桩护壁可不做。具体视超前钻的结果而定。14300232000(16000)ZH5-21.4534001563214150纵筋(沿长度均匀分布)箍筋252000(焊接)ZH5、ZH6桩身截面示意扩大头桩身注：除说明外，桩顶标高H=-21.45。Drawing Status :CLIENT :发 展 商ARCHITECT :1st CONSULTANT :第 一 承 包 方建 筑 师MarkByDateDescriptio
19、nGuangzhou Yuexiu City Construction 联合体专 业校 对审 核日 期DisciplineDrawnCheckApprovalDate阶 段 制 图施工图设计校 对ENGINEERING CONSULTANT :2nd CONSULTANT :工 程 顾 问第 二 承 包 方图 纸内 容专 业审 核名 称工 程总负责设 计证 书审 定Ove Arup & Partners Hong Kong Limited建筑工程设计证书号 :甲级 190007-sj华南理工大学建筑设计研究院比 例业务号 制 图结构设计ProjectTitleDate日 期Scale A1Pr
20、oject No.Discipline版 本Rev.图 号Drawing No.何镜堂何镜堂韦 宏倪 阳2005-81月年日月年日日月年日月年给 排 水空 调电 气结 构建 筑日月年广州越秀城建国际金融中心有限公司International Financial Center Co. Ltd.结构广州珠江新城西塔Guangzhou West Tower方小丹结构负责方小丹韦 宏陈福熙(主塔楼部分）江 毅江 毅1:200陈福熙桩 箍 筋桩尺寸(kN)承载力特征值单桩竖向桩 编 号(H)D标 高桩 顶bD0hh12L桩端扩大头尺寸21桩纵筋3范围2000桩顶人工挖孔桩表（一）14300139000Z
21、H2-21.45360060048002001800642514300181000ZH3-21.454200600540020018008625注：1.桩纵筋沿桩周均匀布置。 14150141502.ZH5、ZH6进入微风化岩的深度要求分别不小于8m、6m，其余桩进入微风化岩的深度要求不小于2m。14300247000ZH4-21.45480080064002002400112251415032962316600460020018002007,02,0803江 毅110000(3000)ZH1-21.45320014300详下表50042002001500502514150446.5注：1.本
22、表根据第一次超前钻结果暂定。桩长(m)桩超前钻编号桩长(m)桩超前钻编号桩长(m)桩超前钻编号6.5438429418406.53983810.53711.5368356.5348338328316.53082982810.62213.420、2112.51910.217、188.8168.8151010101010107868515.7415.792、312桩长(m)1桩超前钻编号人工挖孔桩桩长(L)汇总表a3.括号内为抗拔承载力特征值，纵筋通长布置，不得搭接。8、911、1214132310.6825824826、27476.5846845详下表详下表详下表详下表详下表2.基础开挖过程中，
23、如发现地质情况与超前钻不符合，特别是桩底或基础底部岩性与超前钻不符合，应及时通知设计人及勘探单位至现场处理。桩超前钻编号(余同)18广州西塔1.41.4、主要结构用料、主要结构用料钢材：钢材： Q345BQ345B除节点外的外筒钢管混凝土斜柱，除节点外的外筒钢管混凝土斜柱，楼盖钢梁及其他钢结构构件楼盖钢梁及其他钢结构构件 Q345GJCQ345GJC节点部分的钢管、椭圆拉板及节点部分的钢管、椭圆拉板及加强环板加强环板 18601860级高强低松弛钢绞线节点层体外预级高强低松弛钢绞线节点层体外预应力索应力索19广州西塔1.41.4、主要结构用料、主要结构用料混凝土：混凝土： C50C50桩及基础
24、底板桩及基础底板 C80C50C80C50核心筒及剪力墙核心筒及剪力墙 C70C60C70C60外筒钢管混凝土斜柱外筒钢管混凝土斜柱 C90C60C90C60外筒钢管混凝土斜柱节点外筒钢管混凝土斜柱节点 C40C35C40C35楼板楼板 20广州西塔213421广州西塔2.12.1、分析软件、分析软件ETABS ANSYS SAP2000ETABS ANSYS SAP20002.22.2、分析模型、分析模型钢管混凝土斜交网格外筒空间杆单元钢管混凝土斜交网格外筒空间杆单元由于实际节点尺寸较大，一般节点高度有由于实际节点尺寸较大，一般节点高度有8 815m15m高，而在结构整体计算中，节点一般也简
25、化为杆高，而在结构整体计算中，节点一般也简化为杆件的连接点，故在结构整体计算中如何模拟节点件的连接点，故在结构整体计算中如何模拟节点是非常重要的。本节对节点分别采用实体单元是非常重要的。本节对节点分别采用实体单元（图（图1 1）和杆单元（图）和杆单元（图2 2）进行模拟，在相同的力）进行模拟，在相同的力和位移边界条件下通过比较位移可以判明结构整和位移边界条件下通过比较位移可以判明结构整体计算的模型能否模拟实际节点的刚度。体计算的模型能否模拟实际节点的刚度。 22广州西塔1M NM X- 1 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 XYZS o l
26、 i d M o d e l 0. 5 6 5 E - 0 4. 1 1 3 E - 0 3. 1 6 9 E - 0 3. 2 2 6 E - 0 3. 2 8 2 E - 0 3. 3 3 9 E - 0 3. 3 9 5 E - 0 3. 4 5 2 E - 0 3. 5 0 8 E - 0 3J U N 2 7 2 0 0 61 8 : 2 0 : 0 2N O D A L S O L U T I O NS T E P = 1S U B = 1T I M E = 1U S U M ( A V G )R S Y S = 0D M X = . 5 0 8 E - 0 3S M X = .
27、5 0 8 E - 0 3F1M NM X- 1 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 - 1 0 0 0 0 XYZB e a m M o d e l . 6 8 7 E - 1 6. 6 0 0 E - 0 4. 1 2 0 E - 0 3. 1 8 0 E - 0 3. 2 4 0 E - 0 3. 3 0 0 E - 0 3. 3 6 0 E - 0 3. 4 2 0 E - 0 3. 4 8 0 E - 0 3. 5 4 0 E - 0 3J U N 2 7 2 0 0 61 9 : 5 3 : 2 1N O D A L S O L U T I O NS T
28、 E P = 1S U B = 1T I M E = 1U S U M ( A V G )R S Y S = 0D M X = . 5 4 0 E - 0 3S M N = . 6 8 7 E - 1 6S M X = . 5 4 0 E - 0 3F23广州西塔 实体模型和杆件模型计算位移比较实体模型和杆件模型计算位移比较 竖向位移竖向位移 径向位移径向位移 环向位移环向位移实体模型实体模型 0.508 1.773 1.0290.508 1.773 1.029杆件模型杆件模型 0.54 2.066 1.4430.54 2.066 1.443两者比值两者比值 1.06 1.17 1.40 1.
29、06 1.17 1.40 可以看出，实际节点模型的竖向和径向位可以看出，实际节点模型的竖向和径向位移相比杆件模型的位移略小，节点刚度略移相比杆件模型的位移略小，节点刚度略大。大。24广州西塔 在节点处虽然两根钢管柱相贯，总截面面在节点处虽然两根钢管柱相贯，总截面面积减少，但由于节点区壁厚增加且增加了积减少，但由于节点区壁厚增加且增加了椭圆拉板，节点实际刚度比两根钢管柱刚椭圆拉板，节点实际刚度比两根钢管柱刚度之和还略大。而对于环向位移度之和还略大。而对于环向位移, ,两者差两者差异较大，但考虑到实际杆件相交处近乎圆异较大，但考虑到实际杆件相交处近乎圆形，基本轴对称，环向位移较小，对结构形，基本轴
30、对称，环向位移较小，对结构整体内力的影响非常小，故斜交网格外筒整体内力的影响非常小，故斜交网格外筒按杆系进行结构整体分析的结果是可以接按杆系进行结构整体分析的结果是可以接受的。受的。 25广州西塔外框钢管柱中混凝土的轴向刚度外框钢管柱中混凝土的轴向刚度 除了以上的节点刚度分析之外，必须保证除了以上的节点刚度分析之外，必须保证钢管柱中混凝土没有承受拉力，或在拉力钢管柱中混凝土没有承受拉力，或在拉力下不发生开裂，这样才可以合理地假定外下不发生开裂，这样才可以合理地假定外筒柱可采用其弹性刚度。筒柱可采用其弹性刚度。 在竖向荷载、风荷载和地震作用的标准组在竖向荷载、风荷载和地震作用的标准组合下，合下，
31、 9090层以下钢管混凝土柱没有出现层以下钢管混凝土柱没有出现拉力；拉力；9090层以上，外框柱虽然出现拉力，层以上，外框柱虽然出现拉力，但拉应变小于混凝土的轴心抗拉强度标准但拉应变小于混凝土的轴心抗拉强度标准值下的拉应变，能确保不引起混凝土的开值下的拉应变，能确保不引起混凝土的开裂。裂。26广州西塔钢筋混凝土楼板壳单元钢筋混凝土楼板壳单元 核心筒中的楼板为刚性板。核心筒中的楼板为刚性板。 核心筒外的楼板为弹性板刚度折减（核心筒外的楼板为弹性板刚度折减（0, 0, 0.25, 0.5)0.25, 0.5) 钢筋混凝土内筒壳单元钢筋混凝土内筒壳单元 楼盖钢梁梁单元楼盖钢梁梁单元 连梁刚度折减系数
32、为连梁刚度折减系数为0.80.8 计算嵌固部位地下计算嵌固部位地下4 4层（底板顶面）层（底板顶面）27广州西塔结构分析主要输入参数结构分析主要输入参数楼层层数：楼层层数：108108层（包括地下室）层（包括地下室）风荷载：风荷载：100100年重现期基本风压年重现期基本风压 0.6kPa0.6kPa地震作用：单向地震作用：单向/ /偶然偏心偶然偏心( (5%)/5%)/双向双向地震作用计算：振型分解反应谱法地震作用计算：振型分解反应谱法/ /弹性时程弹性时程 分析分析/ /动力弹塑性分析动力弹塑性分析地震作用方向：结构平动基本周期方向及平行地震作用方向：结构平动基本周期方向及平行/ /垂直于
33、三角形各边垂直于三角形各边 地震作用振型组合数：地震作用振型组合数：3030地震效应计算方法：考虑扭转耦连地震效应计算方法：考虑扭转耦连CQCCQC法法周期折减系数：周期折减系数：0.850.8528广州西塔活荷载折减：按规范折减活荷载折减：按规范折减自重调整系数：自重调整系数：1.01.0楼板假定：楼板假定： 核心筒内板为刚性板，筒外楼板为核心筒内板为刚性板，筒外楼板为弹性楼板弹性楼板小震和中震结构阻尼比：小震和中震结构阻尼比： 0.040.04大震结构阻尼比：大震结构阻尼比：0.050.05重力二阶效应重力二阶效应(P-(P-效应效应) )：考虑：考虑楼层水平地震剪力调整：楼层水平地震剪力
34、调整： 考虑考虑楼层框架总剪力调整：楼层框架总剪力调整： 考虑考虑29广州西塔结构设计预期目标结构设计预期目标结构耐久性：设计使用年限结构耐久性：设计使用年限100100年。年。正常使用状态正常使用状态结构、构件有必要的刚度；结构、构件有必要的刚度；室内混凝土构件的裂缝宽度室内混凝土构件的裂缝宽度0.3mm0.3mm；重现期重现期1010年的风荷载作用下，建筑物顶点加速度年的风荷载作用下，建筑物顶点加速度0.2m/s0.2m/s2 2 。承载力及位移极限状态承载力及位移极限状态重现期重现期100100年风荷载、小震作用下，结构弹性；年风荷载、小震作用下，结构弹性；中震作用下，结构基本弹性；中震
35、作用下，结构基本弹性；大震作用下，结构不倒塌，可修复。大震作用下，结构不倒塌，可修复。30广州西塔2.32.3、分析结果、分析结果周期及质量参与系数周期及质量参与系数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 0.5540 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
36、.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 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 73.6
37、5 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)Mode31广州西塔层间位移角层间位移角风荷载作用下层间位移角0204060801001200.0000.0010.0020.003层间位移角楼层W105YR50AW105YR50BW105YR50C规范限值1/500地震作用下层间位移角02040608010
38、012000.0010.0020.003层间位移角楼层SPECXSPECY规范限值1/50032广州西塔水平位移水平位移风荷载作用下水平楼层位移0204060801001200200400600800楼层水平位移(mm)楼层W350YR50AW350YR50AW350YR50A地震作用下水平楼层位移0204060801001200200400600楼层水平位移(mm)楼层SPECXSPECY33广州西塔基底反力基底反力3828718.55G(KN)总重量1.861.861.86Q0/G(%)711887118871188基底剪力Q0(KN)19.419.419.4基底弯矩M0(GN-m)风荷载
39、作用WYR100CWYR100BWYR100A项目3828718.55G(KN)总重量1.471.48Q0/G(%)5646456525基底剪力Q0(KN)12.612.5基底弯矩M0(GN-m)地震作用SPECYSPECX项目34广州西塔竖向荷载作用下核心筒弹性变形图竖向荷载作用下核心筒弹性变形图1MNMXXYZ -.121468-.107972-.094475-.080979-.067482-.053986-.040489-.026993-.0134960FEB 26 200617:00:55NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1UZ (AVG)RSYS=0DMX
40、 =.134912SMN =-.12146835广州西塔竖向荷载作用下外筒弹性变形图竖向荷载作用下外筒弹性变形图1MNMXXYZ -.123971-.110196-.096422-.082647-.068873-.055098-.041324-.027549-.0137750FEB 26 200616:59:54NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1UZ (AVG)RSYS=0DMX =.137162SMN =-.12397136广州西塔风荷载作用下侧向变形图风荷载作用下侧向变形图1MNMXXYZ 0.075778.151556.227335.303113.37889
41、1.454669.530448.606226.682004FEB 26 200617:09:37NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1USUM (AVG)RSYS=0DMX =.682004SMX =.68200437广州西塔风荷载作用下外筒斜交网格柱轴力分布图风荷载作用下外筒斜交网格柱轴力分布图1MNMXXYZ -22887-18520-14153-9786-5419-1052331576821204916417FEB 26 200617:08:17ELEMENT SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SMIS1TOPDMX =.682004SMN =
42、-22887SMX =1641738广州西塔结构前三阶振型图结构前三阶振型图 39广州西塔温度效应分析温度效应分析 结构合拢温度范围约为结构合拢温度范围约为10-3510-35。由于使用期间。由于使用期间西塔的结构构件都处于室内环境，有空调控制温西塔的结构构件都处于室内环境，有空调控制温度，一般在度，一般在20-2820-28左右，因此，所有内部构左右，因此，所有内部构件只需考虑件只需考虑1010的温度变化。把温度荷载施加的温度变化。把温度荷载施加于于ETABSETABS三维模型上进行分析，可得构件轴力最三维模型上进行分析，可得构件轴力最大内力设计值增加的百分比分别为：外框柱约大内力设计值增加
43、的百分比分别为：外框柱约1.11.1、楼面环梁约、楼面环梁约2.22.2、楼面拉梁约、楼面拉梁约3.83.8，都可忽略不计。都可忽略不计。40广州西塔徐变分析徐变分析 图9 内筒的竖向压缩量(一年后) 41广州西塔徐变分析徐变分析 图9 内筒的竖向压缩量(一年后) 42广州西塔321443广州西塔20072007年年2 2月月1414日在中国日在中国建筑科学研究院振动台建筑科学研究院振动台实验室进行了西塔结构实验室进行了西塔结构模拟地震振动台试验模拟地震振动台试验. .模模型几何比尺型几何比尺1/50,1/50,满足满足动力和重力相似关系动力和重力相似关系. .试试验表明验表明, ,结构模型在
44、结构模型在7 7度度罕遇地震作用后仍可保罕遇地震作用后仍可保持弹性持弹性. .44广州西塔在振动台试验过程中，结构在各工况地震作用在振动台试验过程中，结构在各工况地震作用下，振动形态基本为平动，结构整体基本无扭下，振动形态基本为平动，结构整体基本无扭转效应。转效应。模型在经历了模型在经历了7 7度小震、度小震、7 7度中震、度中震、7 7度罕遇地震度罕遇地震作用后，自振特性有微小变化，结构基本处于作用后，自振特性有微小变化，结构基本处于弹性状态。弹性状态。模型在经历了模型在经历了8 8度罕遇地震作用后度罕遇地震作用后, , 自振特性又自振特性又有微小变化，核心筒剪力墙未见明显裂缝，外有微小变化
45、，核心筒剪力墙未见明显裂缝，外围铜管混凝土构件未见明显屈服，说明模型结围铜管混凝土构件未见明显屈服，说明模型结构稍有损伤，模型最大层间位移角为构稍有损伤，模型最大层间位移角为1/1331/133。试验说明，原型结构设计在试验说明，原型结构设计在8 8度罕遇地震作用下度罕遇地震作用下满足规范要求。满足规范要求。45广州西塔423146广州西塔4.14.1、楼层平面内拉力问题楼层平面内拉力问题西塔建筑造型独特，由钢管混西塔建筑造型独特，由钢管混凝土柱组成的斜交网络外框筒凝土柱组成的斜交网络外框筒分为分为1616个节，每个节个节，每个节27M27M，钢，钢管混凝土柱在每个节间为直线管混凝土柱在每个节
46、间为直线段，相邻节段的柱于节点层形段，相邻节段的柱于节点层形成一个折点，并于节点层平面成一个折点，并于节点层平面内产生向外的推力，如下图所内产生向外的推力，如下图所示示, ,从而在楼层梁板中产生了从而在楼层梁板中产生了拉力。抵抗该拉力是本工程设拉力。抵抗该拉力是本工程设计中的技术难点之一。计中的技术难点之一。47广州西塔通过分析可知，由外筒斜柱竖向力传递转折而通过分析可知，由外筒斜柱竖向力传递转折而产生的向外的推力可由钢管混凝土柱本身的剪产生的向外的推力可由钢管混凝土柱本身的剪力、外环梁的拉力、连接柱与核心筒的拉梁及力、外环梁的拉力、连接柱与核心筒的拉梁及楼板的拉力来平衡。楼板的拉力来平衡。一
47、般说来，钢管混凝土柱的优势在于承受轴向一般说来，钢管混凝土柱的优势在于承受轴向力，过大的剪力和弯矩会降低钢管混凝土柱的力，过大的剪力和弯矩会降低钢管混凝土柱的承载能力；而钢筋混凝土楼板则有裂缝宽度的承载能力；而钢筋混凝土楼板则有裂缝宽度的限制。因此，本工程采取了外框筒环梁限制。因此，本工程采取了外框筒环梁+ +拉梁拉梁+ +核心筒内闭合环梁构成的独立的平面内抗拉体核心筒内闭合环梁构成的独立的平面内抗拉体系，如下图所示。系，如下图所示。48广州西塔49广州西塔4.24.2、外框筒斜柱相贯节点问题外框筒斜柱相贯节点问题本工程的第二个主要技术难点是组成斜交网格本工程的第二个主要技术难点是组成斜交网格
48、外框筒的钢管混凝土柱外框筒的钢管混凝土柱 “X X”形相贯节点。建形相贯节点。建筑师要求两根钢管混凝土柱空间相贯。在柱轴筑师要求两根钢管混凝土柱空间相贯。在柱轴线交点处截面面积最小，所受轴力最大。因此线交点处截面面积最小，所受轴力最大。因此, ,必须设计一个特殊节点以满足既不加大节点的必须设计一个特殊节点以满足既不加大节点的截面尺寸，又能满足承受更大内力的要求。截面尺寸，又能满足承受更大内力的要求。50广州西塔我们研究设计了一个新型节点，利用竖向放置我们研究设计了一个新型节点，利用竖向放置的椭圆形拉板连接四根相贯的钢管，节点区内的椭圆形拉板连接四根相贯的钢管，节点区内钢管壁适当加厚，细腰处设置
49、水平加强环。钢管壁适当加厚，细腰处设置水平加强环。( (如图所示如图所示) )。该节点形式简洁，受力明确，方。该节点形式简洁，受力明确，方便管内混凝土的浇灌。目前已完成两个阶段的便管内混凝土的浇灌。目前已完成两个阶段的试验，试验证明该节点承载力及刚度均能满足试验，试验证明该节点承载力及刚度均能满足要求。要求。51广州西塔12XYZXYZ APR 3 200611:23:26APR 3 200611:23:26ELEMENTSELEMENTSREAL NUMREAL NUM节点模型节点模型 52广州西塔1XYZ APR 2 200614:56:08ELEMENTSREAL NUM1XYZ APR
50、 2 200614:48:41ELEMENTSREAL NUM节点局部节点局部 53广州西塔1MNMXXYZXjv_cp_35 -133.687-117.176-100.666-84.155-67.645-51.134-34.624-18.113-1.60314.908JUL 25 200613:30:44NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =2TIME=.2SY (AVG)RSYS=22DMX =.103E-05SMN =-133.687SMX =14.9081MNMXXYZXjv_cp_35 -310.497-285.873-261.248-236.624-211.999-18
