探析广州东塔结构设计难点及关键技术

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　　广州东塔高530m，地上112层，地下5层，总投资100亿，主体采用带伸臂的巨型框架-核心筒结构，建成后将超越广州西塔成为广州第一高楼。建筑方案由美国KPF建筑事务所设计，奥雅纳全程参与结构设计，广州市设计院负责审图及出图工作。

　　1 工程概况

　　广州东塔位于珠江新城CBD中心地段，与对面已经封顶的西塔一起形成双塔，南面隔江对望广州新电视塔。

　　广州东塔占地26452m2，地上总建筑面积为404802m2，塔楼建筑屋顶标高（词条“标高”由行业大百科提供）为530m，结构高为度为518m，地上112层，集办公、服务公寓、酒店、餐厅于一体;地下5层，包括零售区、停车场、货物起卸区和机电设备用房;裙房地上8层，高50.7m，与塔楼间采用防震缝区分为各自独立的抗震单元，建筑效果及总平面图见图1。

　　(a)建筑效果图

　　(b)总平面图

　　图1广州东塔建筑效果图及总平面图

　　广州东塔属超B级高度的高层建筑，典型楼层平面尺寸约为58.1m×58.1m，核心筒平面尺寸为32.7m×32.7m，见图2。

　　图2典型楼层平面示布置

　　2 结构体系

　　2.1结构体系选取

　　在广州东塔方案设计阶段，对多种结构方案进行了研究，见图3，各结构方案的指标对比见表1。

　　图3方案设计阶段4种结构体系

　　虽然带伸臂巨型框架-核心筒结构造价最高和施工难度较大，但由于其具备最大的楼层平面开放度、最高的空间利用效率、最灵活的幕墙设计和最好的景观可视性，从而最终赢得了业主和建筑师的青睐。

　　2.2结构体系特点

　　带伸臂桁架的巨型框架-核心筒结构由钢筋混凝土（词条“钢筋混凝土”由行业大百科提供）核心筒(内嵌钢板/型钢)、矩形钢管混凝土柱与6道双层空间环桁架组成的巨型框架、连接核心筒和巨型框架的4道伸臂桁架组成，如图4所示。

　　图4塔楼结构体系

　　6道环向桁架中的第1，2，4，6道为两层高，第3，5道为1层高，两者之间布置4道伸臂桁架，在第1，2，4，6道环向桁架处，伸臂桁架杆件截面尺寸如表2所示，伸臂桁架示意见图5。

　　图5 伸臂桁架示意

　　伸臂桁架杆件截面尺寸/mm 表2

　　3 构件设计关键问题

　　3.1巨型钢管混凝土柱

　　图6为典型低区巨型钢管混凝土柱的截面构造，图7为实际施工时的巨型CFT柱。

　　图6低区典型巨型CFT柱截面

　　图7施工中的巨型CFT柱

　　巨型柱在底部最大轮廓尺寸为3500mm×5600mm，整体采用分腔组合的形式，并在钢管壁上设置栓钉和竖向、水平加劲板，竖向加劲板间距较大时采用对拉筋增加整体性。低区巨型CFT柱受力巨大，因此除了采用普通钢管混凝土柱，加劲钢管内灌混凝土之外，还在腔内配置了一定数量的钢筋（词条“钢筋”由行业大百科提供）。

　　3.2双层钢板剪力墙

　　在塔楼地下室～地上32层的核心筒外墙采用了双层组合钢板剪力墙构件(图8，9)，核心筒内墙则采用型钢混凝土剪力墙。

　　图8低区核心筒双层钢板剪力墙布置图

　　图9施工中的双层钢板剪力墙

　　钢板剪力墙的钢板厚度主要由重力荷载设计值的轴压比限值、大震不屈服剪压比（词条“剪压比”由行业大百科提供）设计要求以及整体结构的侧向刚度需求控制，并满足高规对钢板混凝土剪力墙最小和最大钢板厚等构造要求。图10为低区典型双层钢板剪力墙大样，双层钢板剪力墙由于采用内埋钢板的形式(图9)。

　　图10低区典型钢板剪力墙截面

　　3.3 C80高强混凝土的应用

　　本工程中在首层～29层的墙体和底板～32层的巨型柱中采用了C80高强混凝土，与C60混凝土相比，强度（词条“强度”由行业大百科提供）提高了约30%，弹性模量增大5.6%。

　　但是高强混凝土脆性大，在本项目中，主要采用了3种措施来改善这一缺点：1)核心筒外墙中内嵌双层或单层钢板，形成钢板混凝土组合剪力墙;2)墙体的轴压比限值比混凝土规范降低0.05，按照0.45控制;3)巨型柱采用多腔矩形钢管混凝土柱，钢管壁和拉杆对混凝土起到有效约束作用。将墙体的横向和竖向分布筋的配筋率提高到0.6%，减小钢筋间距使之不大于200mm，同时加强边缘构件配筋，高于混凝土规范的要求。

　　广州东塔于2011年8月开工，目前已经施工至510m以上，按照计划将于明年部分投入使用，2016年全部投入使用。【完】