廣州新電視塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及新技術(shù)應(yīng)用

廣州新電視塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

及新技術(shù)應(yīng)用廣州市設(shè)計(jì)院一工程簡(jiǎn)介

廣州新電視塔（廣州塔）的方案是通過(guò)國(guó)際方案競(jìng)賽，從入圍的13個(gè)方案中選出的。廣州新電視塔高610米，由一座高達(dá)454米的主塔體和一個(gè)高156米的天線桅桿構(gòu)成。作為廣州市的標(biāo)志性建筑。電視塔塔體包括39層不同功能的封閉樓層，作為觀光層，餐廳，電視廣播技術(shù)中心以及休閑娛樂(lè)區(qū)等。珠江帝景東塔西塔第二少年宮廣州圖書(shū)館廣州歌劇院省博物館海心沙原新中國(guó)造船廠454米610米建筑簡(jiǎn)介

海洋區(qū)——

地下停車(chē)庫(kù)、展覽廳、入口大廳、會(huì)議中心（-10.000層—32.800層）沙漠區(qū)——

高科技娛樂(lè)廳、影院（84.800層—121.200層亞熱帶草原區(qū)———觀景平臺(tái)、小食（147.200層—168.000層）熱帶雨林區(qū)——

空中云梯（168.000層—334.400層）溫帶區(qū)——

設(shè)備用房、茶室（334.400層—350.000層）冰原區(qū)——

微波電視機(jī)房（376.000層—402.000層）北極區(qū)——

觀景平臺(tái)、餐廳（407.200層—459.200層）總指標(biāo)總用地面積： 175460平方米凈用地面積： 133300平方米總建筑面積： 119453平方米一期：總建筑面積： 114054平方米地下（6.800層以下）建筑面積： 69779平方米地上（6.800層及以上）建筑面積： 44275平方米二期：總建筑面積： 5398平方米

地下建筑面積： 5200平方米地上建筑面積： 198平方米預(yù)計(jì)建筑期

= 2005–2009年底建筑簡(jiǎn)介454米610米造形將建筑、結(jié)構(gòu)和美學(xué)等融為一體塔腰扭轉(zhuǎn)形成不同立面效果和動(dòng)感立面塔底部軸線相對(duì)珠江旋轉(zhuǎn)了45度，代表珠江水東流，表達(dá)珠江與廣州的悠長(zhǎng)歷史關(guān)系。

設(shè)計(jì)概念外框筒外型尺寸40.5mx54m20.65mx~27.5m高寬比=7.360mx80m高寬比=7.5結(jié)構(gòu)形式=+++混凝土核心筒

鋼管砼柱

圓環(huán)

斜撐

各方向視圖二結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)參數(shù)1.結(jié)構(gòu)安全等級(jí)項(xiàng)目基本參數(shù)設(shè)計(jì)使用年限100年結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)一級(jí)抗震設(shè)防烈度7度（100年5%作為基本烈度）場(chǎng)地類別Ⅱ類設(shè)計(jì)地震分組第一組（0.35s）2.主要設(shè)計(jì)荷載

1)風(fēng)荷載根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，廣州地區(qū)100年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓為0.60kN/m2，本工程根據(jù)廣東省氣候與農(nóng)業(yè)氣象中心報(bào)告數(shù)據(jù)及8月26日專家驗(yàn)收會(huì)上的專家組決議，按100年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓為0.55kN/m2,風(fēng)壓高度變化系數(shù)按GB50009-2001取C類進(jìn)行設(shè)計(jì)。2)地震作用

根據(jù)《廣播電影電視建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》，本工程為甲類建筑，其設(shè)防烈度和設(shè)計(jì)峰值加速度的概率水準(zhǔn)取100年期限內(nèi)超越概率5%。地震作用參數(shù)、地震作用加速度反應(yīng)譜和時(shí)程曲線等是以廣東省工程防震研究院提供的《廣州市新中軸線電視塔工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》作為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)。3）溫度作用

采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)電視塔構(gòu)件不同高度、不同時(shí)間的溫度場(chǎng)分布研究，得到各桿件的溫度。3.外框筒鋼管柱計(jì)算長(zhǎng)度柱高度范圍等效計(jì)算長(zhǎng)度（m）鋼管的內(nèi)直徑（m）-10～38.020.81.825638.0～84.830.0*1.735184.8～116.010.41.6809116.0～147.025.0*1.6270147.0～168.010.41.5904168.0～204.425.0*1.5471204.4～235.625.0*1.4929235.6～266.825.0*1.4386柱高度范圍等效計(jì)算長(zhǎng)度（m）鋼管的內(nèi)直徑（m）266.8～298.025.0*1.3843298.0～334.425.0*1.3210334.4～42815.61.21428～柱頂10.41.14注：*為參考清華大學(xué)課題組理論分析結(jié)果4.外框鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件截面及材料5．主要構(gòu)件重量統(tǒng)計(jì)構(gòu)件重量（萬(wàn)噸）構(gòu)件重量（萬(wàn)噸）鋼管柱1.8079核心筒6.6155斜撐0.91495鋼管內(nèi)砼5.1577圓環(huán)0.26497樓面1.4329樓面梁0.46929其它0.5151天線0.1117其它0.48049合計(jì)4.049313.7212總計(jì)17.776計(jì)算分析軟件

奧雅納工程顧問(wèn)采用了GSA，SAP作為設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，同時(shí)采用LS-DYNA進(jìn)行補(bǔ)充分析。廣州市設(shè)計(jì)院采用ANSYS,SAP作為設(shè)計(jì)及分析軟件。北京市建筑設(shè)計(jì)研究院采用MIDAS和ABQUSE作了第三方校核。三基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1.安全等級(jí)項(xiàng)目塔體(含塔體基礎(chǔ))廣場(chǎng)層、地下室混凝土部分建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)設(shè)計(jì)使用年限100年50年結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.11.0抗震設(shè)防分類甲類丙類抗震設(shè)防烈度按本項(xiàng)目的工程場(chǎng)地安全性評(píng)估報(bào)告場(chǎng)地類別II類II類設(shè)計(jì)地震分組第一組第一組地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)及安全等級(jí)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)；安全等級(jí)為一級(jí)2.場(chǎng)地地層構(gòu)成和工程地質(zhì)特性工程場(chǎng)地典型地質(zhì)剖面圖

3.主塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

24根鋼管混凝土柱基礎(chǔ)采用單樁單柱的大直徑人工挖孔嵌巖樁基礎(chǔ)，以微風(fēng)化巖層為持力層，樁身直徑為4米，擴(kuò)大頭直徑為5.2米，樁端嵌入微風(fēng)化持力巖層0.5米，樁頂采用5米×4米環(huán)梁連接各樁。對(duì)于微風(fēng)化基巖面埋深較淺的樁位，將出現(xiàn)樁長(zhǎng)較短的情況，為抵抗風(fēng)荷載或地震荷載作用下可能出現(xiàn)的樁頂拉力，外筒大直徑人工挖孔嵌巖樁的最小樁長(zhǎng)不得小于12米。主塔外筒與核心筒之間的區(qū)域，采用整板式筏板基礎(chǔ)，板厚1.5米。4.裙房地下室基礎(chǔ)

裙房地下室基礎(chǔ)可分為-5.00米和-10.00米兩層，采用樁基礎(chǔ)進(jìn)行基礎(chǔ)的抗壓和抗浮設(shè)計(jì)。四風(fēng)荷載效應(yīng)1.風(fēng)荷載取值

1）根據(jù)廣東省建設(shè)廳主持的《廣州新電視塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)荷載取值問(wèn)題》專題技術(shù)論證會(huì)的結(jié)論：該工程100年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓取0.55kN/m2，50年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓取0.45kN/m2；該工程風(fēng)壓高度變化系數(shù)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）表7.2.1中地面粗糙度類別C類取值。

2）風(fēng)工程研究（1）廣東省氣象局進(jìn)行工程氣象分析、模擬計(jì)算；（2）廣東省建筑科學(xué)研究院進(jìn)行地形地貌風(fēng)洞試驗(yàn)、整體模型測(cè)壓試驗(yàn)；（3）同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行片段剛體模型測(cè)力試驗(yàn)、片段模型測(cè)壓試驗(yàn)；全塔氣彈模型試驗(yàn)；數(shù)值分析。3)設(shè)計(jì)風(fēng)荷載:

2.風(fēng)荷載下結(jié)構(gòu)位移

1）控制標(biāo)準(zhǔn)

部位塔頂（450米）天線頂（610米）塔身最大側(cè)向位移1/2501/100滿足各功能層設(shè)備要求

2）計(jì)算模型風(fēng)荷載下最大位移

部位塔頂（450米）天線頂（610米）最大側(cè)向位移1.689（1/266）3.876（1/157）層間位移角（最大值1/141）

有害層間位移角（最大值1/4131）3）層間位移角、有害層間位移角和區(qū)間廣義剪切變形（根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)技術(shù)規(guī)程》）區(qū)格的廣義剪切變形最大值1/2302，根據(jù)初步設(shè)計(jì)審查意見(jiàn)，控制結(jié)構(gòu)的剪切變形小于1/1500。

根據(jù)專家評(píng)審會(huì)意見(jiàn)，塔頂（天線根部）的加速度在頻遇值0.4W0）下控制指標(biāo)為0.25m/s2，試驗(yàn)結(jié)果天線頂部為0.674m/s2，天線根部為0.09m/s2。3.加速度控制標(biāo)準(zhǔn)

4.風(fēng)主控作用下外框筒鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件校核五溫度作用

采用當(dāng)?shù)貧v年冬季最冷及夏季最熱日氣溫?cái)?shù)據(jù)作為溫度計(jì)算依據(jù)，同時(shí)考慮100年期全球氣候變暖導(dǎo)致最高氣溫上升因素影響，采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)分析方法，通過(guò)動(dòng)態(tài)熱模擬，確定不同高度上每根立柱和斜撐的表面溫度。廣州日最高氣溫：38.70C，最低氣溫：－2.60C。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)主要考慮結(jié)構(gòu)整體升溫工況（Ta）、整體降溫工況(Tb)、結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大溫差工況（Tc）.整體升溫降溫按室內(nèi)結(jié)構(gòu)溫度不變，室外結(jié)構(gòu)±30℃進(jìn)行計(jì)算，Tc工況根據(jù)CFD計(jì)算結(jié)果確定每根構(gòu)件的溫度。1.溫度作用下450米處樓板位移(米)XYZSumMinMaxMinMaxMinMaxMinMaxTa-0.0940.161-0.0720.1090.0420.1300.0460.205Tb-0.0610.032-0.0530.013-0.142-0.0510.0550.155Tc-0.01390.2940.0310.2500.0370.1360.1180.358樓板上最大豎向相對(duì)變形為0.099米。溫度影響狀態(tài)鋼管混凝土柱外筒斜撐、環(huán)桿核心筒外露部分最高氣溫與安裝狀態(tài)溫差25℃35℃25℃最低氣溫與安裝狀態(tài)溫差－30℃－30℃－30℃不均勻日照溫度變化/溫差44℃～52℃/19℃~27℃51℃~73℃/26℃~48℃49℃~57℃/24℃~32℃2.溫度作用對(duì)樓板轉(zhuǎn)角影響

樓板分區(qū)2）各種工況下樓板轉(zhuǎn)角統(tǒng)計(jì)（靠近核心筒樓板轉(zhuǎn)角大于1/100，Tanα≥0.01）

針對(duì)靠近核心筒樓板轉(zhuǎn)角較大，可能會(huì)造成樓板開(kāi)裂，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)該部位的樓面梁采用插銷(xiāo)式連接，同時(shí)進(jìn)行構(gòu)造處理。3.溫度控制工況下外框筒鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件校核溫度主控下環(huán)構(gòu)件最大應(yīng)力比

六地震作用

1.場(chǎng)地工程地震資料

本工程場(chǎng)址覆蓋土屬于中軟場(chǎng)地土，其場(chǎng)地類別為Ⅱ類，場(chǎng)地地面脈動(dòng)卓越周期約0.33秒。根據(jù)《廣播電視電影建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)GY5060-19973》，對(duì)于本項(xiàng)工程應(yīng)按“甲類建筑”標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，其“中震概率水準(zhǔn)取100年期限內(nèi)超越概率5%”。根據(jù)本場(chǎng)址50年期限內(nèi)“偶遇”地震分別與“常遇”和“罕遇”地震之間概率烈度與地震動(dòng)的差異，經(jīng)換算延伸至100年期限，其相應(yīng)大、中、小地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此，本項(xiàng)工程場(chǎng)址的設(shè)防烈度為Ⅷ度。1）地面最大加速度峰值小震中震大震加速度峰值(gal)75.51193.90336.762)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)參數(shù)T0（秒）Tg（秒）αmax(水平向)αmax(豎直向)小震0.10.400.1734（0.16）0.1127中震0.10.600.44520.2894大震0.10.700.7732（0.90）0.5026豎直向參數(shù)αmax值是按規(guī)范要求，取水平向參數(shù)值的0.65。設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)曲線2.抗震設(shè)計(jì)控制目標(biāo)

抗震目標(biāo)地震烈度多遇設(shè)防烈度罕遇總體沒(méi)有破壞有破壞，但可修補(bǔ)不可倒塌環(huán)梁性能彈性彈性

p<8y支撐性能彈性彈性受壓

<8

b受拉<10

t柱性能彈性彈性

p<0.03弧度核心筒彈性彈性

p<0.015弧度內(nèi)外筒的橫向連接及天線彈性彈性

p<8y受壓<8

b受拉<10

t根據(jù)抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)，在設(shè)防烈度作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力計(jì)算按如下方法進(jìn)行：考慮內(nèi)力調(diào)整的地震作用效應(yīng)和抗震承載力按強(qiáng)度設(shè)計(jì)值計(jì)算。3.地震作用下主要構(gòu)件校核4.振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)在廣州大學(xué)進(jìn)行了1：50模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?；窘Y(jié)論：

1）應(yīng)力水平：小震作用下，結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)。中震作用下，局部次要構(gòu)件接近屈服，結(jié)構(gòu)基本處于彈性。大震作用下，腰部支撐及桅桿底部部分構(gòu)件達(dá)到屈服，核心筒腰部及底部出現(xiàn)開(kāi)裂。

2）結(jié)構(gòu)薄弱層和薄弱構(gòu)件（1）外框筒結(jié)構(gòu)模型標(biāo)高3.00m～6.00m（相當(dāng)于原型結(jié)構(gòu)標(biāo)高150m～300m）處的斜撐應(yīng)力較大；（2）混凝土核心筒結(jié)構(gòu)模型標(biāo)高5.44m（相當(dāng)于原型結(jié)構(gòu)標(biāo)高272m）處的為結(jié)構(gòu)的薄弱部位；（3）桅桿結(jié)構(gòu)的底部區(qū)域桿件應(yīng)力較大。結(jié)論驗(yàn)證了設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)關(guān)注的薄弱部位，并予以加強(qiáng)。七結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

廣州新電視塔的鋼外筒如同一個(gè)巨大的鋼網(wǎng)殼，其承擔(dān)了整個(gè)結(jié)構(gòu)的60%的豎向荷載，85%左右的傾覆彎矩，巨型鋼網(wǎng)殼的穩(wěn)定性對(duì)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性其控制作用。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，圍繞巨型鋼網(wǎng)殼的穩(wěn)定性做了大量的分析研究工作。在初步理論分析的基礎(chǔ)上，提出了環(huán)柱連接節(jié)點(diǎn)的剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性至關(guān)重要，故在節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)中必須驗(yàn)證設(shè)計(jì)的外框筒節(jié)點(diǎn)為剛性節(jié)點(diǎn)；為了提高腰部的穩(wěn)定性，在腰部增設(shè)三道支撐，后改為四道。鋼管混凝土柱在有樓層部位可按規(guī)范確定其計(jì)算長(zhǎng)度，在底部（35.8～84.8）49米，腰部（169.3～334.4）165.1米高度范圍內(nèi)無(wú)法確定其計(jì)算長(zhǎng)度，如不考慮環(huán)約束對(duì)計(jì)算長(zhǎng)度的影響，構(gòu)件驗(yàn)算無(wú)法通過(guò)，考慮環(huán)的影響，又缺乏參考依據(jù)。通過(guò)設(shè)計(jì)單位與試驗(yàn)單位共同合作，由理論分析與試驗(yàn)相接合，來(lái)確定鋼管混凝土柱的計(jì)算長(zhǎng)度。

1.環(huán)柱節(jié)點(diǎn)連接形式對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響分析1）圓環(huán)構(gòu)件與柱采用鉸接時(shí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性2）圓環(huán)構(gòu)件與柱采用剛接時(shí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性自重+活荷載作用下，K1=11.672。自重+活荷載+風(fēng)荷載作用下，K1=6.269。發(fā)生在天線與塔體的連接部位。2.環(huán)柱連接節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響分析

環(huán)梁與柱之間的連接節(jié)點(diǎn)采用一小段鋼管梁來(lái)模擬，通過(guò)改變梁的剛度來(lái)模擬節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)弱。下面分別對(duì)四種模擬截面梁形式進(jìn)行穩(wěn)定分析，得到的臨界值如下表。（自重+活荷載+風(fēng)荷載，腰部三道支撐）牛腿剛度參數(shù)0.12360.0310.00620.0031第一局部失穩(wěn)模態(tài)（底部）d8.5842d7.7435d6.7970d6.3118第二局部失穩(wěn)模態(tài)（底部）d9.0042d8.0786d7.1330d6.7191第三局部失穩(wěn)模態(tài)（腰部）y9.3240y8.2155y6.9647y6.2209

塔身的失穩(wěn)首先可能發(fā)生在腰部和塔底部?jī)啥螞](méi)有樓層的地方。

對(duì)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)模態(tài)進(jìn)行分析，其前幾階失穩(wěn)模態(tài)均發(fā)生在透空區(qū)，為了提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，需對(duì)結(jié)構(gòu)的透空區(qū)進(jìn)行加強(qiáng)，采用在透空區(qū)增設(shè)支撐的辦法。3.腰部支撐對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響分析工況整體（90度）底部（22.5度）腰部（22.5度）靜+活8.66719.16521.116靜+活+風(fēng)8.6439.8610.33自重+活荷載+風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)模態(tài)：

4.非線性穩(wěn)定分析荷載取1.0靜+1.0活+1.0風(fēng)，考慮正東方向風(fēng)荷載。1）初始缺陷按線性分析整體失穩(wěn)模態(tài)施加初始缺陷，柱頂位置偏差約為高度的1/500，荷載加至6*(靜+活+風(fēng))以后，位移增大明顯。

2）初始缺陷按線性分析底部失穩(wěn)模態(tài)施加初始缺陷，最大位置偏差約為截面寬度的1/500，荷載加至4*(靜+活+風(fēng))未發(fā)生位移明顯增大現(xiàn)象。5.鋼管混凝土柱構(gòu)件設(shè)計(jì)

鋼管混凝土柱的構(gòu)件截面按照鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程CECS28:90進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照CECS28:90第4.1.2條,鋼管混凝土單肢柱的承載力應(yīng)按下列公式計(jì)算：由右圖可知，對(duì)鋼管混凝土柱承載力影響最大的為考慮長(zhǎng)細(xì)比影響的承載力折減系數(shù)。。

6試驗(yàn)研究1）底部群柱試驗(yàn)當(dāng)柱子的軸壓力達(dá)到設(shè)計(jì)荷載水平時(shí)，構(gòu)件的內(nèi)力、應(yīng)變及位移變化都比較均勻，鋼管柱最大應(yīng)力為157.2MPa，所有構(gòu)件都處于彈性工作狀態(tài)。中柱鋼管部分測(cè)點(diǎn)進(jìn)入屈服狀態(tài)時(shí)，中柱軸壓力水平2178kN，是中柱軸壓力設(shè)計(jì)值的2178/960＝2.27倍，說(shuō)明柱子達(dá)到彈性極限時(shí)安全儲(chǔ)備較大。當(dāng)中柱達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，在偏于加載端一側(cè)屈服區(qū)有一定的擴(kuò)展，且伴隨有較大的面外位移。這時(shí)中柱軸向最大位移為29.2mm，面外（徑向）最大位移為50mm，面內(nèi)（環(huán)向）最大位移為11mm。極限狀態(tài)下中柱軸壓力水平為3400kN，與其軸壓力設(shè)計(jì)值的比值3400/960＝3.54

倍。2）腰部節(jié)段試驗(yàn)第一階段加載結(jié)束時(shí)，也就是到達(dá)設(shè)計(jì)荷載水平，所有構(gòu)件都處于彈性受力狀態(tài)。其中立柱鋼管最大壓應(yīng)力為-129.6MPa，且所有立柱都處于受壓狀態(tài)，受力以軸力為主。第二階段加載結(jié)束時(shí)，20號(hào)立柱柱腳鋼管開(kāi)始進(jìn)入屈服，其余構(gòu)件仍處于彈性受力狀態(tài)，水平推力H＝920kN，即達(dá)到設(shè)計(jì)值的920/240＝3.83

倍，說(shuō)明部分構(gòu)件達(dá)到彈性極限時(shí)整體結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備較大。第三階段加載直至立柱底部出現(xiàn)了大面積群柱失穩(wěn)，極限水平推力785kN，即為設(shè)計(jì)值的1785/240＝7.44

倍，說(shuō)明結(jié)構(gòu)具有足夠的安全儲(chǔ)備。試驗(yàn)結(jié)果與設(shè)計(jì)時(shí)的數(shù)字分析結(jié)果基本吻合，同時(shí)驗(yàn)證了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性。八天線與塔體連接方案設(shè)計(jì)

廣州新電視塔天線與塔體的連接方式：轉(zhuǎn)換桁架及核心筒承接方式。1.模態(tài)對(duì)比分析振型序號(hào)桁架方式承接方式周期模態(tài)特征周期模態(tài)特征110.225整體10.14整體27.0493整體7.0195整體32.8636天線局部2.9616天線局部42.5672天線局部2.6177天線局部52.4594天線局部2.4644天線局部62.2018整體(扭轉(zhuǎn))2.2000整體(扭轉(zhuǎn))72.1533天線局部2.1874整體81.4000整體1.4567整體91.1271天線局部1.1694天線局部100.9317天線局部0.9655天線局部桁架模型和承接式模型前20階模態(tài)對(duì)比表：振型序號(hào)桁架方式承接方式周期模態(tài)特征周期模態(tài)特征110.9171天線局部0.9335天線局部120.9123天線局部0.9227天線局部130.8289天線局部0.8400天線局部140.6869整體0.7093天線局部150.5853整體(扭轉(zhuǎn))0.6868塔體及局部（下部）160.5729塔體及局部（下部）0.6735塔體及局部（下部）170.5645整體(扭轉(zhuǎn))0.6455塔體及局部（下部）180.5074整體0.6134整體（扭轉(zhuǎn)）190.4868整體0.5965整體200.4420整體0.5422整體2.相同工況下位移對(duì)比1）塔頂位移（450米高度處）塔頂位移mA承接式方案B桁架式方案風(fēng)SAP20001.84631.8127ANSYS1.6341.670小震組合SAP20000.65610.6685ANSYS0.6160.567中震SAP20002.19192.2434ANSYS1.8361.6982）層間位移角最大值A(chǔ)承接式方案B桁架式方案風(fēng)SAP20001/1331/140ANSYS1/1411/148天線頂位移mA承接式方案B桁架式方案風(fēng)SAP20004.93374.7594ANSYS4.9434.828小震組合SAP20001.93791.7836ANSYS1.7891.718中震SAP20006.21305.7503ANSYS6.3796.1743）天線頂位移比較（610米高度處）4）有害層間位移角最大值A(chǔ)承接式方案B桁架式方案風(fēng)SAP20001/51321/4113ANSYS1/41311/39513天線傾覆力矩傳遞比較4層剪力傳遞比較5核心筒墻應(yīng)力分析

從核心筒剪力墻應(yīng)力大小及沿高度分布看，在E功能段，即塔頂（417～448米）范圍內(nèi)，承接式模型核心筒剪力墻應(yīng)力除頂上幾個(gè)層間位置相對(duì)較大外，其余層間剪力墻應(yīng)力大小兩種方案基本一致；在非功能段拉應(yīng)力較小并基本一致；有樓層的地方較大，主要由于該處核心筒剪力墻上開(kāi)洞較多和梁的局部影響。6樓面應(yīng)力分析1）溫度工況樓板應(yīng)力比較2）風(fēng)主控工況樓板應(yīng)力比較7不同連接方案的風(fēng)荷載及響應(yīng)對(duì)比

左圖為不同的連接方式90度風(fēng)向角塔體風(fēng)荷載水平剪力的對(duì)比圖，塔體部分的差異主要由初步設(shè)計(jì)階段模型與施工圖階段模型質(zhì)量分布差別造成。8樓板開(kāi)裂剛度下降分析1）樓板開(kāi)裂剛度退化對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響（1）周期對(duì)比周期原模型C,D段25%整體25%C,D段0%整體0%110.14610.15110.15810.15710.17227.0247.0297.0367.0337.04832.9592.9612.9692.9642.98242.6172.6172.6222.6182.62852.4642.4642.4672.4652.47162.1942.1992.2072.2102.23872.1842.1852.1922.1882.20681.4561.4571.4631.85491.1711.1711.3301.674100.9650.9661.1771.457（2）位移對(duì)比工況：1.2恒+0.98活+1.4風(fēng)（正東）位移（米）原模型C,D段25%整體25%C,D段0%整體0%天線頂7.1047.1107.1267.1157.155塔頂2.5412.5432.5462.5452.552（3）對(duì)塔體扭轉(zhuǎn)的影響（工況：1.2恒+0.98活+1.4風(fēng)）相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角（度）高度（米）原模型C,D段25%整體25%C,D段0%整體0%167.850.0916040.0952160.0924040.0991790.090855334.250.1176150.1184430.1170220.1169580.110127448.650.2001330.1990650.2014320.1956440.199743絕對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角（度）高度（米）原模型C,D段25%整體25%C,D段0%整體0%167.850.4299730.4284270.4320850.4269590.437714334.253.5203013.5226053.5263283.5280253.541734448.654.6219074.6260414.6287264.6341054.6466812)樓板剛度退化對(duì)樓面梁軸力的影響左圖為樓面梁應(yīng)力增量（MPa）9結(jié)論

從總體分析上，兩個(gè)方案對(duì)結(jié)構(gòu)的整個(gè)性態(tài)影響不大，但承接式方案節(jié)省了用鋼梁，同時(shí)使得頂層能夠滿足建筑及阻尼裝置設(shè)置的要求，故采用承接式方案，但應(yīng)注意對(duì)E功能區(qū)核心筒及樓面的影響。根據(jù)2006.4.13由廣州市建設(shè)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)辦公室組織的《廣州新電視塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制參數(shù)取值方案專家評(píng)審會(huì)》意見(jiàn)：同意采用桅桿和塔身承接式連接方案，此方案比原方案在滿足建筑使用功能、節(jié)約結(jié)構(gòu)造價(jià)方面有較大優(yōu)化。443~448最大應(yīng)力16.1Mpa438~443最大應(yīng)力17.4Mpa433~438最大應(yīng)力3.04Mpa428~433最大應(yīng)力3.0Mpa承接式剪力墻應(yīng)力400厚混凝土墻頂層應(yīng)力（升溫工況）承接式剪力墻應(yīng)力400厚混凝土墻（不均勻溫差工況）443~448最大應(yīng)力19.5Mpa438~443最大應(yīng)力21.3Mpa433~438最大應(yīng)力3.22Mpa428~433最大應(yīng)力3.15Mpa承接式剪力墻應(yīng)力400厚混凝土墻（風(fēng)＋溫度工況）443~448最大應(yīng)力26.7Mpa438~443最大應(yīng)力28.2Mpa433~438最大應(yīng)力1.77Mpa428~433最大應(yīng)力1.48Mpa標(biāo)高范圍(m)鋼管截面(Dxt)428.0~433.2600x30433.2~438.4750x35438.4~443.6900x40443.6~448.81000x50443~448米復(fù)合墻外表面在墻頂部最大拉應(yīng)力7MPa443~448米復(fù)合墻內(nèi)表面在墻頂部最大拉應(yīng)力6MPa443~448復(fù)合墻內(nèi)鋼板在墻頂部最大拉應(yīng)力73MPa438~443復(fù)合墻內(nèi)鋼板在洞口邊緣最大拉應(yīng)力50MPa438~443米復(fù)合墻在外表面洞口邊緣最大拉應(yīng)力5MPa438~443米復(fù)合墻內(nèi)表面在洞口邊緣最大拉應(yīng)力6MPa九節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1外框一些統(tǒng)計(jì)參數(shù)1）斜撐長(zhǎng)度MAX16.87米MIN7.90米2）斜撐與柱夾角斜撐下節(jié)點(diǎn)MAX46.53MIN16.50（9柱35環(huán)）斜撐上節(jié)點(diǎn)MAX48.04MIN16.04（8柱37環(huán)）3）節(jié)點(diǎn)區(qū)域高度（沿柱母線）

MAX7.928MIN3.026

2外筒節(jié)點(diǎn)