1、1,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

2、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

3、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,1,2,振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),3,設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案,4,1、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

4、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/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

5、系,斜柱中彎矩產(chǎn)生的原因：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

6、還是水平荷載，斜柱的主要內(nèi)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700mm，壁厚2

7、0mm。核心筒外墻厚：地下室1100mm，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。考慮到部分柱位下巖石裂隙較發(fā)育，采用人工挖孔樁（墩

8、）基礎(chǔ)，持力層均為微風(fēng)化粉砂巖或礫巖，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C80C

9、50核心筒及剪力墻C70C60外筒鋼管混凝土斜柱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,2,1,振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),3,設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案,4,2、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

10、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)算位移比較豎向位移徑向位移環(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)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，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

11、/分析模型,外框鋼管柱中混凝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)

12、分析主要輸入?yún)?shù)樓層層數(shù)：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)：0.85,2、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

13、模型,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)期目標(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),2、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,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6

14、1%，而外筒承擔(dān)約39%；內(nèi)筒承擔(dān)的傾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

15、內(nèi)力設(shè)計(jì)值增加的百分比分別為：外框柱約1.1、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,3,2,振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),1,設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案,4,3、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

16、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足規(guī)范要求。,結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)分析,4,2,振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),3,設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案,1,4、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

17、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

18、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。在柱軸線交點(diǎn)處截面面積最小，所受軸力最大。因此,必須設(shè)計(jì)一個(gè)特殊節(jié)點(diǎn)以滿足既不加大節(jié)點(diǎn)的截面尺寸，又能滿足承受更大內(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,

19、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,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,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)

20、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，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

21、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)荷載效應(yīng)。對(duì)于此類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FxFy,4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案,120度風(fēng)向角FxFy,4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案,240度風(fēng)向角FxFy,4、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

22、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)譜類似，而橫風(fēng)向Fy的譜則有非常明顯的峰值，這個(gè)峰值所對(duì)應(yīng)的頻率值即為漩渦脫落頻率，圖中的3條紅線分別對(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

23、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3.5%；舒適度驗(yàn)算采用重現(xiàn)期10年的基本風(fēng)壓，結(jié)構(gòu)阻尼比取1%，峰值因子取3.5%，同時(shí)考慮風(fēng)速玫瑰的影響,4、設(shè)計(jì)難點(diǎn)及解決方案,4.4、體外預(yù)應(yīng)力問(wèn)題為進(jìn)一步提高節(jié)點(diǎn)層抗拉體系的安全儲(chǔ)備，于節(jié)點(diǎn)