【高层建筑】广州第一高楼—530m广州东塔结构设计关键技术

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32.7 ｍ×32.7 ｍ，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。

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 C 80 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。