广州西塔风荷载研究
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广州西塔结构抗震设计
o f ce n tra l tube
层数 - 4～ - 1
1 ～10 11 ～20 21 ～30 31 ～40 41 ～50 51 ～60 61 ～70 71 ～80 81 ～103
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度大 、受弯 、受压 、受剪承载力高 、防火性能好 、后期
维护简单的优点 。
西塔共 108 个结构层 ,层数多 ,竖向荷载大 。为 增加建筑的有效使用面积 ,有必要采用高强混凝土 以减少墙 、柱等结构面积 。外筒钢管混凝土斜柱及
35
26
30
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22
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混凝土强度等级
节点区 其余
C90
C70
C90
C70
C90
C70
C90
C70
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C60
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C60
C60
注 :括号中数值用于角节点 。
表 2 内筒截面尺寸和混凝土强度等级 Ta b le 2 S e c tio n s ize a nd co nc re te s tre ng th g ra de
钢管壁厚 /mm 节点区 其它
50 ( 55) 35
50 ( 55) 35
广州珠江新城西塔结构设计详细介绍
15
1、结构体系/楼盖结构体系
1.2、楼盖结构体系
首层以下及核心筒内采用钢筋混凝土梁板， 板厚130～200mm。内外筒之间采用钢－混 凝土组合楼盖，梁跨度约8～15m，工字钢 梁高一般为450mm，跨度较大处加高至 600mm；办公楼层板厚一般为110mm，酒店 楼层板厚一般为130mm，板跨度较大处局 部加厚。
详 下 表 4400 600 1800 200
注 ： 1.桩 纵 筋 沿 桩 周 均 匀 布 置 。
2.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。
3.括 号 内 为 抗 拔 承 载 力 特 征 值 ， 纵 筋 通 长 布 置 ， 不 得 搭 接 。
16
1、结构体系/基础
1.3、基础 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 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 样天然湿度单轴抗压强度不小于13MPa。 桩径3200~4800mm，桩长约6~13m。单桩竖 向承载力特征值为110000kN~247000kN。 部分桩有抗拔要求，单桩抗拔承载力特征 值为5000kN~15000kN。 主塔楼位置基础底板厚2.5m。
洞试验室 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 风环境评估单位: 广东省气象局。
7
1 结构体系 2 结构分析 3 振动台试验 4 设计难点及解决方案
8
1、结构体系/抗侧力结构体系
1.1、抗侧力结构体系 采用巨型钢管混凝土柱斜交网格外筒+钢筋混凝 土内筒的筒中筒体系。69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 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+剪力墙结 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 力承担，基底剪力大部份由钢筋混凝土内筒承担。
1、结构体系/楼盖结构体系
1.2、楼盖结构体系
首层以下及核心筒内采用钢筋混凝土梁板， 板厚130～200mm。内外筒之间采用钢－混 凝土组合楼盖，梁跨度约8～15m，工字钢 梁高一般为450mm，跨度较大处加高至 600mm；办公楼层板厚一般为110mm，酒店 楼层板厚一般为130mm，板跨度较大处局 部加厚。
详 下 表 4400 600 1800 200
注 ： 1.桩 纵 筋 沿 桩 周 均 匀 布 置 。
2.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。
3.括 号 内 为 抗 拔 承 载 力 特 征 值 ， 纵 筋 通 长 布 置 ， 不 得 搭 接 。
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1、结构体系/基础
1.3、基础 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 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 样天然湿度单轴抗压强度不小于13MPa。 桩径3200~4800mm，桩长约6~13m。单桩竖 向承载力特征值为110000kN~247000kN。 部分桩有抗拔要求，单桩抗拔承载力特征 值为5000kN~15000kN。 主塔楼位置基础底板厚2.5m。
洞试验室 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 风环境评估单位: 广东省气象局。
7
1 结构体系 2 结构分析 3 振动台试验 4 设计难点及解决方案
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1、结构体系/抗侧力结构体系
1.1、抗侧力结构体系 采用巨型钢管混凝土柱斜交网格外筒+钢筋混凝 土内筒的筒中筒体系。69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 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+剪力墙结 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 力承担，基底剪力大部份由钢筋混凝土内筒承担。
广州国际金融中心
主塔楼位置基础底板厚2.5m，基础底板面标高-19.1m
主塔楼桩基础布置图
结构抗震设计
广州西塔建筑平面及体型规则、对称、简 洁，为结构抗震设计创造了良好的条件。
根据GB50223—2008《建筑工程抗震设 防分类标准》及GB50011—2001《建筑抗震 设计规范》,西塔抗震设防类别属乙类 ,设防烈 度 7度 ,设计地震加速度0.1g,II类场地,设计地 震分组为第一组。
由于工程所处的地理位置 ,广州西塔结
构的构件截面承载力及侧向刚度需求由风 荷载所控制。计算表明,风荷载引起的结地
震作用构基底剪力和倾覆弯矩约分别为 《抗规 》7度小震作用下的 2.10、2.65 倍 , 对于地震作用而言,结构的超强系数较大,使
得不增加或少增加结构用料而达到更高的 抗震性能目标成为可能 , 即预期达到大震弹 性,巨震（超设防烈度地震）可修。
地下室4层，除地下一层北侧有一部分商业用房及大型餐 厅外，其余为设备机房和地下停车库，停车位1747个。
办公标准层平面 （23层）
酒店客房标准ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ平面 （78层）
结构类型与布置
GFIC采用采用巨型钢管混凝土柱菱形斜交网 格外筒+钢筋混凝土内筒的筒中筒体系。
69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+剪力墙结构体系。
Introduction
广州国际金融中心（昵称：广州西塔）
总用地面积31084.96㎡，总建筑面积448736㎡
主塔楼地下4层，基础底板面标高-19.1m；地上 103层，塔楼总高度432m；（加上直升机停机坪总 高度达到440米） 两栋副楼为地上28层；5层的裙楼标高25m
主塔楼桩基础布置图
结构抗震设计
广州西塔建筑平面及体型规则、对称、简 洁，为结构抗震设计创造了良好的条件。
根据GB50223—2008《建筑工程抗震设 防分类标准》及GB50011—2001《建筑抗震 设计规范》,西塔抗震设防类别属乙类 ,设防烈 度 7度 ,设计地震加速度0.1g,II类场地,设计地 震分组为第一组。
由于工程所处的地理位置 ,广州西塔结
构的构件截面承载力及侧向刚度需求由风 荷载所控制。计算表明,风荷载引起的结地
震作用构基底剪力和倾覆弯矩约分别为 《抗规 》7度小震作用下的 2.10、2.65 倍 , 对于地震作用而言,结构的超强系数较大,使
得不增加或少增加结构用料而达到更高的 抗震性能目标成为可能 , 即预期达到大震弹 性,巨震（超设防烈度地震）可修。
地下室4层，除地下一层北侧有一部分商业用房及大型餐 厅外，其余为设备机房和地下停车库，停车位1747个。
办公标准层平面 （23层）
酒店客房标准ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ平面 （78层）
结构类型与布置
GFIC采用采用巨型钢管混凝土柱菱形斜交网 格外筒+钢筋混凝土内筒的筒中筒体系。
69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+剪力墙结构体系。
Introduction
广州国际金融中心（昵称：广州西塔）
总用地面积31084.96㎡，总建筑面积448736㎡
主塔楼地下4层，基础底板面标高-19.1m；地上 103层，塔楼总高度432m；（加上直升机停机坪总 高度达到440米） 两栋副楼为地上28层；5层的裙楼标高25m
广州西塔-五 (一) 爬模方案
五、钢筋混凝土核心筒施工方案（一）模板体系施工方案1.模板体系的选择珠江新城西塔高432米，共计103层，其中核心筒为混凝土竖井结构，1到66层剪力墙截面大致相同，67层开始三个小外筒由核心筒内圈转向核心筒外圈，70层至72层之间转换为钢柱层，73层以上重新转换为混凝土核心筒剪力墙形式，但截面变化较大，典型剪力墙截面为圆弧形。
本工程核心筒剪力墙施工高度高，结构设计形状变化较大，这种变化不仅体现在剪力墙墙体自下而上厚度逐渐减薄，剪力墙形状随着高度的变化也有很大变化，整个核心筒剪力墙不仅有直墙结构，也有内倾以及外倾结构墙体。
为此我们选择了液压自动爬升体系以及大模板作为核心筒施工用模板。
2.施工工艺及流程2.1模板方案针对广州西塔特殊工程，模板系统的设计中增加了特殊考虑：使用灵活:模板面板及自动爬架平台的设计能通用于核心筒不同形状变化的的断面，截面形状改变时，只需在核心筒上对模板面板及平台重新组装调整即可。
特殊施工环境的考虑:本核心筒高度达到432m，施工高度高，必须慎重考虑风荷载对模板体系的影响，我们的模板设计考虑风速为250km/h，满足超高层的模板设计要求。
外筒为钢结构形式，其节点层为7层、13层、19层、25层、31层、37层、43层、49层、55层、61层、67层、73层、81层、89层、97层，节点层对应的核心筒墙体标高处设有一圈拉接环梁钢板-4~3层局部外筒2200厚核心筒墙体示意核心筒剪力墙分层高度，70层以下砼大多数流程的浇注高度为4.5m ，73层以上砼大多数流程的浇注高度为3.375m ，局部因施工或结构因素分层高度可以调整。
大模板设计高度为4.8m ，其中下部约0.1m 作为新旧砼面的压脚，上部约0.20m 防止砼浆水溢出污浊砼外表面，从核心筒7层27.10高程到98层408.375m 高程，总的爬升工作流程数为92层。
模板总体规划如下：2.2 根据核心筒结构特点，爬架的布置分以下几个典型阶段：2.2.1 结构67层以下标准层爬模平面布置图2.2.2 结构67层～70层爬模平面布置图2.2.3 结构70层以上爬模平面布置图2.3 模板介绍自动爬升模板体系主要包括两部分： ——大模板——液压自动爬升设备。
广州电视塔在风力载荷下的弯曲应力分析
2
ab3 4
同理可知， I y
ab 3 4
因此，该高度处的截面对 x 轴、y 轴的惯性矩
分别为：
Ix(Z )
a(Z )b(Z )3 4
3.2 受力分析 在模型的某一高度取一横截面，俯视图如下
由于风可以从任意方向吹来，假设风向与 x 轴的正方向夹角为θ。并且，整个模型受到的风力
载荷为 F qh
对 F 进行 x 轴和 y 轴方向的正交分解，得到：
0度
30 度 60 度
(b)
(c) (a)
(d)
90 度
由以上图形运行结果得出
角度
0º
30 º
最大应力 “瘦腰” “瘦腰”
点
两侧 背风处
最大拉应 668.56 612.20
力(MPa)
最大压应 668.56 799.22
力(MPa)
60 º “瘦腰” 背风处 382.44
1059.5
90 º “瘦腰” 两侧 0
最后，很感谢方菲老师和助教在这一学期 中对我们的细心指导，确实令我们受益良多。
x
我们取该高度横截面边缘的点进行计算机 建模。 4. 计算机建模
根据前述思路，用 matlab 进行建模与计算。 建立空间右手坐标系（O,x,y,z）。采用 surf 函数 绘制半塔模型，根据塔身表面上应力的大小绘 制塔身颜色，颜色越深应力的数值越大。分别 取风力方向θ角（与 x 轴方向夹角）为 0°，30°，
式中，ω为风压；γ为空气重度。
经过查找文献，考虑广州电视塔在热带气
旋的影响下所受到的风力，受到 6 级到 10 级大 风的概率达 70%以上，因此取 8 级大风来计算， 8 级大风的风速 20m/s，得到风压ω=0.25 kn/m2。 2.2 电视塔自身参数
广州西塔介绍
项目发展商：广州越秀城建金融有限公司 设计团队: WEA-ARUP联合体 华南理工大学建筑设计研究院 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 施工总包：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
二．主塔楼结构体系
1．抗侧力结构体系
2．楼盖结构体系
首层以下及核心筒内采用钢筋混凝土梁板,
板厚130～200mm。内外筒之间采用钢－ 混凝土组合楼盖，梁跨度约8～15米，工字 钢梁高一般450mm，跨度较大处加高至 600mm；办公楼层板厚一般110mm，酒店 楼层板厚一般130mm，板跨度较大处局部 加厚。
3．基础
主塔楼位置基础底板已到达中微风化泥质
预应力索张拉次序表
第*层预应力施加量(%*T) 第13层 第19层 第25层 第31层 第37层 第43层 第49层 第55层 第61层 第67层 第73层 第81层 第89层工程采用体外预应力，于节点层钢管混凝土柱外侧设置闭合环状预应力索。每个节 点层有上下两道预应力索环，每一个预应力索环分三段，由三个锁合器具连接。 2 、本工程体外预应力施工过程较为复杂，应由专业公司对设计图纸进行深化，制订施工 方案，经设计人认可后方可进行施工。 3 、材料 预应力索：高强低松弛镀锌钢丝束，fptk≥1670MPa 锚具：由专业公司提供，采用40Cr钢制造，并应满足多次张拉及锁定的要求。 4 、各节点层预应力索规格、截面及最终锁定值详“预应力索截面及锁定值表”。 5 、预应力索应根据楼层施工完成情况分阶段进行张拉，详“预应力索张拉次序表”。 6 、施工单位应根据拉力锁定值及锚具的实际情况确定预应力索张拉控制方案。可采用变 形和力双控，施工过程应监测张拉过程中预应力索拉力的变化，当拉力实测值与计算 值相差超过10%时，应暂停张拉，待找出原因并采取措施予以调整后, 才可继续张拉。 7 、整个施工过程中，应对重要构件进行变形监测，包括预应力索的轴向变形，钢管混凝 土柱的平面位移。监测的时间为每施工至一个节点层的前后及张拉预 应力的前后；结 构封顶后，每两个月监测一次，直至工程竣工。 8 、所有预应力索张拉完毕后，于围护预应力索的U形钢槽内浇筑与楼板同标号的混凝土。 9 、平面图中仅表示预应力索的布置，其它构件参见各层结构平面。 10、剖面大样1-1、2-2见结施A-161。
广州西塔台风特性及风致结构振动现场实测研究
文章 编 号 ：６ １４ ２ （０ １ ０ － ７ －６ １７ —２ ９ ２ １ ）３０ ２０ ０
广 州西塔 台风特性及风致结构振动现场实测研 究
杨 雄 ，吴玖 荣 ， 继 阳 傅 ， 徐 安 ，李 秋胜２ ，肖仪 清
（． １ 广州大学 一广州大学 淡江大学结构工程灾害与控制联合研究 中心 ， 广东 广州 ５００ ； １０ ６ ５８５ ） １０ ５ ２ 香港城市大学 建筑 系， ． 香港 ９ ９７ ；． ９ ０ ７ ３ 哈尔滨工业大学 深圳研究生 院 土木 工程学 院 ， 广东 深圳
周围超高层建筑对西塔的风场有着重要的影响， 风场特性 异常复杂， 因此， 风场特性是一个值得研究的问题． 随着科学技术进步， 以及施工技术发展 ， 城市的高层 建筑正朝着越来越高 、 越来越柔的方向发展．这些超高层
１ 广 州 西塔 台风 现 场 实 测设 备 概 况
超高层建筑的风特性与结构风致响应监测主要是连续 监测建筑物顶部的风速、 风方向以及结构的风致加速度振 动响应等 ． 为此笔者在西塔顶部（ 见图 １ 约 ４０ｍ高 ） ４ 处安装了ＧｌＷｉ ａ ｅ Ｐｏ ｉ ｎ Ｍ ｓｒ ｒ 三维超声波风速仪， ｌ ｄ ｔ 加速度
结构的风荷载和风响应估计， 但是由干模型的尺寸效应和 边界层风场模拟的限制， 风洞实验结果有时并不一定能完
全准确地模拟结构的风效应．上述不足之处可以现场实 测来弥补 ．因此为了研究广州珠江新城该区台风特性
及西塔风致振动响应， 在广州西塔顶部安装了 风速仪及加 速度传感器等相应测试设备， 来研究此建筑物在城市高空
Ｆ ｇ ７ Ｔ ｍｅ ｈ ｓｏｙ ｏ ｏ ｒ ｖ ｒ ｇ ｄ ｗ ｎ ｐ ｅ ｉ ． ｉ ｉｔｒ ｆｈ ｕ ｌ ａ ｅ ａ ｅ ｉ ｄ ｓ ｅ ｄ ｙ
超高层建筑结构分析
建筑平面 长X宽(m) 建筑高宽比(m) 核心筒墙厚(mm) 外框柱截面(mm) 加强桁架数目 投资（亿元）
/
广州珠江新城西塔
+
=
广州珠江新城西塔
办公标准层平面
广州珠江新城西塔
酒店客房标准层平面
广州珠江新城西塔 结构体系分析
1.1抗侧力结构体系 抗侧力结构体系 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+钢筋混凝土 采用巨型钢管混凝土柱斜交网格外筒 钢筋混凝土 内筒的筒中筒体系。 层以上 层以上， 内筒的筒中筒体系。69层以上，由于建筑使用功 能的需要，取消了核心筒的内墙， 能的需要，取消了核心筒的内墙，仅保留部分核 心筒外墙并向内倾斜，电梯井道移至核心筒外， 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+剪力墙结 形成巨型钢管混凝土柱斜交网格外筒 剪力墙结 构体系。水平荷载（包括风荷载和地震作用） 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 力承担， 力承担，基底剪力大部份由钢筋混凝土内筒承担 。
（4）吉隆坡石油双塔 【建设地点】：吉隆坡市中市KLCC计划区的西北角 【开工时间】：1993年12月27日 【竣工时间】：1996年2月13日 【占地面积】：40公顷 【建筑高度】：452米 【建筑层数】：88层 【结构形式】：高轧制钢梁支托的金属板，钢筋混 凝土 【建筑造价】：20亿马币 【投资单位】：马来西亚石油公司 【设计单位】：凯撒培礼建筑事务所·西泽配利 【建设用途】：办公 【别称】：佩重纳斯大厦、马来西亚国家石油大厦、国家石油双塔、双子塔
1.3、 1.3、基础 主塔楼位置基础底板已到达中微风化泥质粉砂岩 考虑到部分柱位下岩石裂隙较发育， 层。考虑到部分柱位下岩石裂隙较发育，采用人 工挖孔桩（ 基础， 工挖孔桩（墩）基础，持力层均为微风化粉砂岩 或砾岩， 或砾岩，设计要求岩样天然湿度单轴抗压强度不 小于13MPa 桩径3200~4800mm 桩长约6~13m 13MPa。 3200~4800mm， 6~13m。 小于13MPa。桩径3200~4800mm，桩长约6~13m。 单桩竖向承载力特征值为110000kN~247000kN 110000kN~247000kN。 单桩竖向承载力特征值为110000kN~247000kN。 部分桩有抗拔要求， 部分桩有抗拔要求，单桩抗拔承载力特征值为 5000kN~15000kN。 5000kN~15000kN。 主塔楼位置基础底板厚2.5m 2.5m。 主塔楼位置基础底板厚2.5m。
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因此报告中 提供了 两种 建议的 风压 剖面 线: 包括
台风及雷暴的 100 年 一遇 风剖 面线 A, 仅 考 虑台 风的 100 年一 遇风 剖 面线 B。风 剖面 线 A, B 与规 范 w0 = 0 60kPa、地面粗糙度 C 类的风剖面线对比如图 3 所示。
图 3 剖面线对比图
风荷载是工程 结构 设计的 控制 荷载, 风 剖面 线是 设计工作的基本 条件, 风剖面 线选 择的合 适与 否将对 结 构的 安 全性 和经 济性 起 到决 定性 的作 用。图 3 显 示: 1) 风速随着高度的增加而增大, 但包括 台风及风暴 的风剖面线 A 略大于仅考虑台 风的风剖面 线 B。广州 属台风及雷暴多发地区, 台风是强风天气 的主要原因, 但结构设计中仍采用包括台 风及雷暴的 风压剖面线 A 来确定风荷载, 这是较为 保守的作法。2) 在 220m 高度 以下, 气象中心提供的风 速大于规范 风速, 而在此高度 以上, 气象中心提供的风 速则明显小 于规范风速, 风剖 面线在约 220m 处有交点, 交 点以上气象 中心提供的风 速基本不变。采用气象中心 提供的风剖 面线计算得到 的倾覆力矩将小于规范风剖面线计算得到的倾覆力矩。 4 与风响应有关的结构参数的选用
1 工程概况 广州西塔位 于广州 城市 中轴线 的珠 江新 城, 为集
商业、办公及酒店为一体的超高层建筑, 是广州双塔的 西塔楼, 遥对广州新电视塔, 地面以上 103 层, 高 432m, 仅低于上海环球金融中心, 为华南地区 第一高楼, 将与 东塔一起成为 广州市的新地 标, 效果图及 立面见图 1。 其层 73 以下主要为办公楼, 层高 4 5m; 层 73 以上主要 为酒店, 层高 3 375m, 标准层平面见图 2。
外墙并向中心倾斜, 电梯井道移至核心 筒外, 形成巨型 钢管混凝土斜交网格外筒+ 剪力墙结 构体系。水平荷 载( 包括风荷载和地震作用) 产生的倾覆 力矩大部分由 斜交网格柱外 筒斜柱 承担, 基底剪 力大 部分由 钢筋混 凝土内筒承担。
钢管混凝土 斜交网 格外 筒从基 底开 始, 钢管 直径 1 800mm, 壁 厚 35mm, 每 一 个 节 点 层 直 径 缩 小 50 或 100mm, 至顶层钢管直径 700mm, 壁厚 20mm。核心筒外 墙厚度地面以下为1 200mm, 地 面以上 由1 100mm 沿高 度方 向 逐 渐 减 薄 至 层 69 的 500mm, 层 69 以 上 4 层 350mm, 其余 300mm; 核心筒内墙厚 500mm。 3 风气候分析
西塔 10m 高各重现期风速、风压计算值
重现期 年 风速 m s 风压 kN m2
5
10
50
10 15 0 20 0 36 0 44
表1
200 29 9 0 53
根据西塔工程 场地周 边环 境, 该区 域较 符合 C 类 下地面环境 特 征, 根 据 荷载 规 范 GB50009 ! 2001 规定 的各类地面粗 糙度 换算系 数, 将表 1 中工 程场地 实际 风压计算值换算 为 B 类 条件下 的基本 风压, 如表 2 所 示。可见, 场地实际基本风压略小于规范值。
风压 kN m2
0 18 0 24 0 38 0 46
表3
200 29 3 0 54
除利用广州、番禺地 面气 象观测 站历 史资料 推算 出西塔工程位 置各重 现期 风压计 算值外, 报告 中还以 珠海、深圳、惠东 气象 站的台 风实 测资料 为基 础, 根据 风速从海岸向 内陆的 衰减 规律, 推 算出 广州市 西塔工 程位置各重现期台风风速计算值, 如表 3 所示。
第 39 卷 第 4 期
建筑结构
2009 年 4 月
广州西塔风荷载研究
江 毅, 方小丹, 韦 宏, 赖洪涛
( 华南理工大学建筑设计研究院, 广州 510641)
[ 摘要] 广州西塔是广州双塔的西塔楼, 目前为 华南地 区第一 高楼, 高宽比 超过 6 5, 主塔楼 结构采 用钢管 混凝土 斜交网格外筒+ 钢筋混凝土内筒的筒中筒体系。由于广州为台风多发地区, 风荷载为其结构设计的控制荷载, 故对 其抗风设计进行了详尽的介绍。通过风气候分析确定了区域风况和设计风参数, 以及与风响应有关的结构参数, 并 通过模型风洞试验确定了大楼的等效风荷载取值, 并对大楼舒适度进行了判别。 [ 关键词] 超高层建筑; 设计风荷载; 风气候分析; 风洞试验; 阻尼比
工程风洞试验分别由汕头大学风洞实验室与美国 CPP 风工程顾问 公司 独立 进行, 并 对两 个试 验结 果进 行对照。结果显示, 在采用相同结构参 数的前提下, 两 个风洞试验 结果 基本一 致。因此, 可 以认 为风洞 试验 结果是合理的, 结构设 计主 要根据 汕头 大学风 洞实验 室结果进行。 5 1 试验模型和测点布置
主塔楼结构采用巨型钢管混凝土斜交 网格外筒+ 钢筋混凝土内筒的筒中筒体系, 至层 69, 由于建筑使用 功能的需要, 取消了核心筒的内墙, 仅保留 部分核心筒
图 1 广州珠江新城双塔效果图及西塔立面图
1 08
作者简介: 江毅, 一级注册结构工程师, Email : kionjy 163@ 163 com。
风洞试验以 10∀为间 隔, 通 过测 压、测 力及风 环境 试验获得 36 个 风向 角下建 筑物 平均 风压 分布与 峰值 风压分布; 再通过提供的结构参数进行 风分析, 得到各 楼层和基础的平均风荷载与等效静力风荷载及楼顶加 速度响应, 评估 居住者 舒适 性以及 建筑 周围行 人高度 风环境。0∀风方向如图 2 所示。
10 9
规范, 在风荷 载分 析及 风 致加 速度 分析 中 可采 用 4% 的阻尼比。考虑到工程 高度达到 432m, 可参 考的经验 不多, 故在风荷载分析中 采用 3 5% 的阻 尼比, 同时对 重要构件采用由 2 0% 阻尼 比计算 得到 的风荷 载进行 强度校核。 对于 结构 舒适 度, 采用 1% 的阻 尼比 计算 结构风致加速度。 5 风洞试验
振型 X 向平动 Y 向平动 扭转
结构自振周期 s
一阶
二阶
三阶
7 57
2 20
1 18
7 51
2 17
1 16
2 76
1 21
0 77
表4
四阶 0 74 0 72 0 57
4 2 阻尼比 高层建筑阻尼 比的 影响因 素众 多, 各国 规范 规定
的高层建筑设计采用的阻尼比差别也较 大。这主要是 因为建筑结构本 身的 动力性 质复 杂, 而目 前对 超高层 建筑的阻尼机理 缺乏 深入研 究, 也 缺少结 构在 大振幅 条件下的阻尼特性实测数据。工程为斜交 网格钢管混 凝土柱外筒+ 钢 筋混 凝土内 筒的 组合结 构, 根 据我国
工程设计风荷载采用风洞试验结果。 风洞试验单 位根据气象中心提供的区域风剖面线及设 计单位提供 的与风响应有关 的结 构参数, 通过 对试验 实测 数据进 行计算分析, 得到设 计风荷 载。与风 响应有 关的 结构 参数的选取对最终设计风荷载的大小影响巨大。 4 1 结构基本周期
对风响应影响 较大 的一般 为结 构的前 几个 周期, 工程平面较为规则, ETABS 计算结果如表 4 所示。
Study on design wind loads of Guangzhou West tower Jiang Yi, Fang Xiaodan, Wei Hong, Lai Hongtao
( Arch. Design & Research Inst. South China Univ. of T ech. , Guangzhou 510641, China) Abstract: Guangzhou West tower is the west tower of Guangzhou Twin Towers. Now it is the tallest building in South China, and its ratio of height and width is beyond 6 5. The structure system is tube in tube system with CFT diagrid outside and reinforced concrete core inside. Guangzhou is a typhoon climate region, wind loads will be the controlling load when designing the structure of West tower, so study on wind resistance design is detail introduced. The wind condition of local reg ion and wind profile by wind climate analysis are defined, the parameters affecting the reaction of building against wind loads are chosen, and the equivalent static wind loads and acceleration of the peak of the building are gained by wind tunnel tests. Keywords: super tall building; design wind loads; wind climate analysis; wind tunnel tests; damping ratio
西塔 10m 高各重现期基本风压值
重现期 年 风速 m s 风压 kN m2
5
10
50
100
17 9 20 8 28 0 30 7
0 20 0 27 0 49 0 59
表2
台风及雷暴的 100 年 一遇 风剖 面线 A, 仅 考 虑台 风的 100 年一 遇风 剖 面线 B。风 剖面 线 A, B 与规 范 w0 = 0 60kPa、地面粗糙度 C 类的风剖面线对比如图 3 所示。
图 3 剖面线对比图
风荷载是工程 结构 设计的 控制 荷载, 风 剖面 线是 设计工作的基本 条件, 风剖面 线选 择的合 适与 否将对 结 构的 安 全性 和经 济性 起 到决 定性 的作 用。图 3 显 示: 1) 风速随着高度的增加而增大, 但包括 台风及风暴 的风剖面线 A 略大于仅考虑台 风的风剖面 线 B。广州 属台风及雷暴多发地区, 台风是强风天气 的主要原因, 但结构设计中仍采用包括台 风及雷暴的 风压剖面线 A 来确定风荷载, 这是较为 保守的作法。2) 在 220m 高度 以下, 气象中心提供的风 速大于规范 风速, 而在此高度 以上, 气象中心提供的风 速则明显小 于规范风速, 风剖 面线在约 220m 处有交点, 交 点以上气象 中心提供的风 速基本不变。采用气象中心 提供的风剖 面线计算得到 的倾覆力矩将小于规范风剖面线计算得到的倾覆力矩。 4 与风响应有关的结构参数的选用
1 工程概况 广州西塔位 于广州 城市 中轴线 的珠 江新 城, 为集
商业、办公及酒店为一体的超高层建筑, 是广州双塔的 西塔楼, 遥对广州新电视塔, 地面以上 103 层, 高 432m, 仅低于上海环球金融中心, 为华南地区 第一高楼, 将与 东塔一起成为 广州市的新地 标, 效果图及 立面见图 1。 其层 73 以下主要为办公楼, 层高 4 5m; 层 73 以上主要 为酒店, 层高 3 375m, 标准层平面见图 2。
外墙并向中心倾斜, 电梯井道移至核心 筒外, 形成巨型 钢管混凝土斜交网格外筒+ 剪力墙结 构体系。水平荷 载( 包括风荷载和地震作用) 产生的倾覆 力矩大部分由 斜交网格柱外 筒斜柱 承担, 基底剪 力大 部分由 钢筋混 凝土内筒承担。
钢管混凝土 斜交网 格外 筒从基 底开 始, 钢管 直径 1 800mm, 壁 厚 35mm, 每 一 个 节 点 层 直 径 缩 小 50 或 100mm, 至顶层钢管直径 700mm, 壁厚 20mm。核心筒外 墙厚度地面以下为1 200mm, 地 面以上 由1 100mm 沿高 度方 向 逐 渐 减 薄 至 层 69 的 500mm, 层 69 以 上 4 层 350mm, 其余 300mm; 核心筒内墙厚 500mm。 3 风气候分析
西塔 10m 高各重现期风速、风压计算值
重现期 年 风速 m s 风压 kN m2
5
10
50
10 15 0 20 0 36 0 44
表1
200 29 9 0 53
根据西塔工程 场地周 边环 境, 该区 域较 符合 C 类 下地面环境 特 征, 根 据 荷载 规 范 GB50009 ! 2001 规定 的各类地面粗 糙度 换算系 数, 将表 1 中工 程场地 实际 风压计算值换算 为 B 类 条件下 的基本 风压, 如表 2 所 示。可见, 场地实际基本风压略小于规范值。
风压 kN m2
0 18 0 24 0 38 0 46
表3
200 29 3 0 54
除利用广州、番禺地 面气 象观测 站历 史资料 推算 出西塔工程位 置各重 现期 风压计 算值外, 报告 中还以 珠海、深圳、惠东 气象 站的台 风实 测资料 为基 础, 根据 风速从海岸向 内陆的 衰减 规律, 推 算出 广州市 西塔工 程位置各重现期台风风速计算值, 如表 3 所示。
第 39 卷 第 4 期
建筑结构
2009 年 4 月
广州西塔风荷载研究
江 毅, 方小丹, 韦 宏, 赖洪涛
( 华南理工大学建筑设计研究院, 广州 510641)
[ 摘要] 广州西塔是广州双塔的西塔楼, 目前为 华南地 区第一 高楼, 高宽比 超过 6 5, 主塔楼 结构采 用钢管 混凝土 斜交网格外筒+ 钢筋混凝土内筒的筒中筒体系。由于广州为台风多发地区, 风荷载为其结构设计的控制荷载, 故对 其抗风设计进行了详尽的介绍。通过风气候分析确定了区域风况和设计风参数, 以及与风响应有关的结构参数, 并 通过模型风洞试验确定了大楼的等效风荷载取值, 并对大楼舒适度进行了判别。 [ 关键词] 超高层建筑; 设计风荷载; 风气候分析; 风洞试验; 阻尼比
工程风洞试验分别由汕头大学风洞实验室与美国 CPP 风工程顾问 公司 独立 进行, 并 对两 个试 验结 果进 行对照。结果显示, 在采用相同结构参 数的前提下, 两 个风洞试验 结果 基本一 致。因此, 可 以认 为风洞 试验 结果是合理的, 结构设 计主 要根据 汕头 大学风 洞实验 室结果进行。 5 1 试验模型和测点布置
主塔楼结构采用巨型钢管混凝土斜交 网格外筒+ 钢筋混凝土内筒的筒中筒体系, 至层 69, 由于建筑使用 功能的需要, 取消了核心筒的内墙, 仅保留 部分核心筒
图 1 广州珠江新城双塔效果图及西塔立面图
1 08
作者简介: 江毅, 一级注册结构工程师, Email : kionjy 163@ 163 com。
风洞试验以 10∀为间 隔, 通 过测 压、测 力及风 环境 试验获得 36 个 风向 角下建 筑物 平均 风压 分布与 峰值 风压分布; 再通过提供的结构参数进行 风分析, 得到各 楼层和基础的平均风荷载与等效静力风荷载及楼顶加 速度响应, 评估 居住者 舒适 性以及 建筑 周围行 人高度 风环境。0∀风方向如图 2 所示。
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规范, 在风荷 载分 析及 风 致加 速度 分析 中 可采 用 4% 的阻尼比。考虑到工程 高度达到 432m, 可参 考的经验 不多, 故在风荷载分析中 采用 3 5% 的阻 尼比, 同时对 重要构件采用由 2 0% 阻尼 比计算 得到 的风荷 载进行 强度校核。 对于 结构 舒适 度, 采用 1% 的阻 尼比 计算 结构风致加速度。 5 风洞试验
振型 X 向平动 Y 向平动 扭转
结构自振周期 s
一阶
二阶
三阶
7 57
2 20
1 18
7 51
2 17
1 16
2 76
1 21
0 77
表4
四阶 0 74 0 72 0 57
4 2 阻尼比 高层建筑阻尼 比的 影响因 素众 多, 各国 规范 规定
的高层建筑设计采用的阻尼比差别也较 大。这主要是 因为建筑结构本 身的 动力性 质复 杂, 而目 前对 超高层 建筑的阻尼机理 缺乏 深入研 究, 也 缺少结 构在 大振幅 条件下的阻尼特性实测数据。工程为斜交 网格钢管混 凝土柱外筒+ 钢 筋混 凝土内 筒的 组合结 构, 根 据我国
工程设计风荷载采用风洞试验结果。 风洞试验单 位根据气象中心提供的区域风剖面线及设 计单位提供 的与风响应有关 的结 构参数, 通过 对试验 实测 数据进 行计算分析, 得到设 计风荷 载。与风 响应有 关的 结构 参数的选取对最终设计风荷载的大小影响巨大。 4 1 结构基本周期
对风响应影响 较大 的一般 为结 构的前 几个 周期, 工程平面较为规则, ETABS 计算结果如表 4 所示。
Study on design wind loads of Guangzhou West tower Jiang Yi, Fang Xiaodan, Wei Hong, Lai Hongtao
( Arch. Design & Research Inst. South China Univ. of T ech. , Guangzhou 510641, China) Abstract: Guangzhou West tower is the west tower of Guangzhou Twin Towers. Now it is the tallest building in South China, and its ratio of height and width is beyond 6 5. The structure system is tube in tube system with CFT diagrid outside and reinforced concrete core inside. Guangzhou is a typhoon climate region, wind loads will be the controlling load when designing the structure of West tower, so study on wind resistance design is detail introduced. The wind condition of local reg ion and wind profile by wind climate analysis are defined, the parameters affecting the reaction of building against wind loads are chosen, and the equivalent static wind loads and acceleration of the peak of the building are gained by wind tunnel tests. Keywords: super tall building; design wind loads; wind climate analysis; wind tunnel tests; damping ratio
西塔 10m 高各重现期基本风压值
重现期 年 风速 m s 风压 kN m2
5
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17 9 20 8 28 0 30 7
0 20 0 27 0 49 0 59
表2