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地王大厦结构设计若干问题地王大厦结构设计若干问题
地王大厦结构设计若干 7 魏琏龚兆吉孙慧中朱锦心 （中国建筑科学研究院深圳分院深圳518028）
地王大厦结构设计若干问匙
少新的问题。该大厦结构系由日本新日铁株式会社设计部设计GB 50009-2012 建筑结构荷载规范(完整正版、清晰无水印)，作为该大厦的结构设计顾向，作 者有机会与设计者就诸多重大设计技术问题进行了咨询与操讨。现就地王大厦风载的确定，结构 抗风抗震设计，待别是怎样计算与控制结构在风和地震作用下顶点和层间位移等关键技术间题给 予说明与探讨，最后简单介绍了大厦建成后进行监测和测试的初步结果。 [关键词]超高层建筑 框筒结构风荷载抗震设计位移控制钢一混组合结构
一引言 地王大厦是一座超高层建筑，其结构设计由日 本新日铁公司设计部承担，结构的平、剖面分别如图 1，2所示。结构内简采用钢骨混凝土结构，在简体 关键部位加设型钢，外柱采用矩形钢管内压送混凝 土的钢管组合柱，建筑物全高设4道加强层，以增强 结构之整体刚度。该建筑在横向的高宽比为8.78 结构的计算第周期为6.19s（横向）和5.69s纵 向），结构横向在风作用下的顶点位移角达1/373 最大层间位移角达1/274，均超过我国高层建筑有 关规范的规定。在这幢超高层建筑人使用后，于 1996年7～10月即进行了项点风速及项点位移的 监测。 本文就地王大厦在结构设计中遇到的一些关链 技术问题及解决方法和依据作一介纽。 二、风荷散取值 地王大厦的高度远远超出了我国现行规范规定 的高度，又处在靠海受台风侵裘区，建筑的基本周期 为6s左右,最然深圳划定为地度区,除了需考虑好
国 2 复结构削面图
图1地王大几结构平面图
家进行了研讨。根据国外部分城市系数的实测值和 加拿大RwDI(RowanWillamsDavies&IrwinInc. Guelph.Ontario)的资料（见表1.2）.一致认为凸值可 以适当捷高，建议取0.28。应该指出，这个数值随 著深圳进一步的发展，超高层建筑的增多，还会有所 提高。
基本风压tt=0.7kN/m²、1.1（重现期50年），不 再另乘其他增大系数；取凸=0.28.高度变化试按 0.0961~055采用。 （二)风压沿建筑物竖向分布和风压修正 按国家荷载规范.作用在建筑物上的风压wk= 3，，ua，则在建筑物项部的风压最大。但这个表 达式与风作用在建筑物项部的实际状况不符合。因 为风在建筑物中下部，呈二维流动形式，而在幕近顶 部时，有一部分风则会直接越过顶部呈三维流动形 式（见图4)。也就是说，风压值产，沿竖向达到一定 高度后不再增大反而减小。国内外的风洞试验都证 实了这一点都认为沿竖向的风压最大值一般出现 在建筑物高度的大约3/4处。过去几年深圳不少建 筑进行了建筑模型的风润试验，深圳规划局要求试 验单位在报告中提供按测力试验所得的Qo.M。与按 规范计算的对比，都证实了按规范计算的剪力和倾强 力矩显然偏大。若将地王大厦按规范计算值设定为 Q。和Mg，则试验值分别为0.75Q。和0.67Mo.合力作 用点的高度降低了8%。加拿大RWDI提交的报告亦 提出：在建筑物2/3高度处风压最大。 上述问题显然对超高层建筑设计和材料用量有 直接关联。在规范对风压沿竖向分布未有新规定 前，根据已有试验研究的结果，并考虑安全稳妥、留有 余地、方便设计使用等因素，建议在计算时引入 修正系数即：
国外部分城市的。取值
加拿大RWDI的值资料
地王大厦抗震按7"设防.设计时进行的工作有： 1.按规范要求应进行时程分析，要选择若干条 符合场地实际地质条件的实际地展波及人工地 波.数量不少于5条。宜委托专门从事这项工作有 经验的单位来做。地王大厦采用了中国建筑科学研 究院工程抗震研究所提供的人工地震波，它们是极 据实际场地条件和抗亮参数研制的。
图3风压2（kN/m）
中取出作用于内简顶部的弯矩M和剪力H。为使 于阅读和理解，定义：H为层以上风荷载总和：Q 为内簡在层n的剪力；M为内简在层n的弯矩：h 为第n和n+1层之间的层高：h，为第i层至i+1层 的高度；P.+为层i+1的风力；S。为层n各周边柱 柱项剪力之和；M，为层n各周边柱柱顶弯矩之和； D为纵轴对称柱的中心距；A，为层"各周边柱轴 力之和；混凝土的弹性模量和剪切模量取E。二 3250kN/cm²,G,=1300kN/cm²。 据总体电算，第5～6层间简体剪力最大，第57 58层间层间变形差角最大（1/273)。试求其受力 层间变形角如下。
I =(270 ×10 +30×2)(1 200 +30×2)3 /12 (240×10)(1 20030×2) /12 = 163 777 × 10°cm* Q3 &= 17 980 > 3753 3EY =0.000 6cm 3 × 3 250 × 163 777 > 10 Q 17 980 × 375 0.012 6czm 1 300 × 410 400 Mh2 5 560 ~102 × 3752 2 × 3 250 × 163 777 × 106 =0.000 1cm 2EY =0.000 6 +0.012 6+0.000 1=0.013 3cm
P=A,Fa。式中：f。为混凝土抗压强度值；F，为 钢材的囤服强度值；E。为混凝土的弹性模量；E，为 钢材的弹性模量A。为混凝土的面积；A，为钢普的 面积。 钢管柱内的混凝土系从柱底泵人，有相当压力， 为保证钢替柱侧壁的稳定和钢板与混凝土的粘结， 在构造上采用在柱内设加劲助和栓钉，其做法颤有 特色，如图6所示
六、关于结构检测 地王大厦结构设计 在变形控制方面，由于 计算结果超出我国现行 规范规定较多DB34／T 3266-2018 聚乙烯醇（PVA）纤维水泥稳定碎石基层施工技术指南，在验收 会上一些专家提出了质 疑：1)结构计算模型与实 际出人如何？2》层间位 移角达1/274可能导致 剪力墙严重开裂。3)顶 点位移角1/373会否引
图7地王大儿报型示意
向北摆动最大达5.55cm.10min平均位移最大值两个 方向分别为7.42，2.10cm。 在大风作用下，主楼以极低的题率摆动的同时， 还以结构基本频率振动，振动幅值东西方向大于南北 方向，最大分别为1.7.1.0cm，10min平均振幅最大值 两个方向分别为0.8.0.4cmc 用加速度传感器实测了约340m高空，10min平 均风速为8.3211.31m/s时，主楼楼顶的加速度：东 西方向比南北方向大，最大加速度分别为1.0， 0.52Gal，10min平均幅值的最大值分别为0.67， 0.33Gal 用实测的振动幅值计算了10min平均风速为 11.42~18.65m/s时，主楼楼项的加速度：东西方向 和南北方向的最大加速度分别为2.02，1.66Gal， 10min平均加速度幅值的最大值分别为0.95 0.66Gal。与加速度的实测结果相比可知，计算值是 合理的。 通过计算可以得到设计风速时楼项10min平均 位移和加速度，结果为：横向位移36.28cm，u/h 1/833；纵向位移12.85cm，u/h=1/2351。楼顶项加 速度基微，平均值最大仅为6Gal。
图6矩形钢 混凝土柱构造
起项部人员不舒适感？4）房高宽比达8.78，在纵 向风力作用下有无可能引起激振？ 除对上述质疑作出本文在位移控制等节内所作 的若干阐明外，深圳市建设局决定对该工程进行必 要的结构检测。据现实条件和技术许可，进行了以 下工作：1)对结构自振周期、阻尼、振型进行动力实 测；2)在建筑物顶部设风速计，在大风季节进行风速 实测；3)配合风速测定、实测结构顶部变形；4)根据 以上实测结果，对结构在风及地覆作用下的变形作 进一步的推算判定。 中国建筑科学研究院工程抗震研究所对结构动 力特性进行了测试，主要结果如下：横向基本周期 Tx1=5.59s,横向二阶周期T2=1.869,纵向基本周 期Tv1=4.57s，纵向二阶周期T=1.44s，扭转周 期T，=3.36s，结构阻尼u=4.38%。结构振型如图 7所示。 清华大学对风作用下楼顶位移和加速度进行了 测试（楼顶风连则是由中国建筑科学研究院工程抗 覆研究所测定），其主要结果如下： 用GPS实测了受16号台风影响，深圳约340m 高空，10min平均风速为11.42～18.65m/s时，地王 大厦主楼楼项的位移。结果表明，在16号台风作用 下，总体上主楼的位移东西方向大，南北方向小，东 西方向主楼向西摆动最大达9.52cm，南北方向主楼
sign Code for Buldings. Proceedings of 8WCEE in Tokyo, 1988. 2. Wei Lian. Basic Principles for Seismic Design of Buildang Structures.Jourmal of Building Structures,1990,11. 3.魏建.地震作用下建筑结构变形计算方法.建筑结构学 报，1994,15(2)DB1310／T 258-2021 智能多通道电磁式明渠流量测量系统技术规范.pdf， 4，总球，高层建筑结位移控制研讨.建筑结热，200030（6）