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1、不问收获问耕耘中央电视台_CCTV_新主楼的结构设计及关键技术|中央电视台主楼汇报人：xxx.中央电视台_CCTV_新主楼的结构设计及关键技术|中央电视台主楼 2019-08-03 09:27:54 第37卷第5期建筑结构2007年5月 编者按华东建筑设计研究院有限公司由华东建筑设计研究院改制而来, 并秉承了其悠久的历史、雄厚的技术和良好的社会声誉, 是中国成立最早的大型综合性设计院之一。自1952年5月成立以来, 华东建筑设计研究院有限公司在建筑设计及科研领域取得了突出的成绩。从1977年至2006年, 荣获了包括“詹天佑大奖”在内的600余项国家、部(省) 、市级优秀设计奖、优秀工程奖和科
2、技进步奖, 并参加了多项国家规范及地方标准的编制、修订工作。2003年公司被评为上海市质量金奖企业, 成为唯一获此奖项的设计企业。近年来, 随着国家经济的高速发展, 华东建筑设计研究院在全国参加了许多重大复杂项目的设计研究工作, 近期完成了以中央电视台新台址工程、上海环球金融中心、上海铁路南站、东方艺术中心等为代表的一大批具有重大影响的工程项目。在华东院55研究院有限公司的鼎力支持下编辑出版了这本专辑, 的丰硕成果。敢为人先的职业素养, 科研和教学的同行交流借鉴, ) 姜文伟包联进王建刘志斌童骏黄永强孙战金(华东建筑设计研究院有限公司上海200002)提要中央电视台新台址CCT V 主楼为位于
3、高地震区的复杂超限超高层连体建筑, 主楼最高点为234m , 塔楼双向6倾斜, 且在高位作L 型连体结构连接, 采用较强抗侧刚度的钢支撑筒体结构体系。针对该重要、复杂、特殊的结构体系, 按设计使用年限100年进行结构设计, 进行了基于性能的抗震设计、模拟结构刚度形成的施工过程计算、罕遇地震下的弹塑性时程分析、悬臂部分的振动与舒适度研究以及整体结构防连续倒塌分析。对复杂的超厚基础筏板、SRC 柱构件以及巨型蝶型节点采用了有限元分析。基于大量理论分析与试验研究相结合的研究成果, 结构设计采用了变刚度桩基设计超厚基础筏板、高含钢率SRC 柱、高强钢材、巨型蝶形节点、高强锚栓柱脚以及钢板加强楼面设计等
4、新技术。关键词倾斜塔楼抗震性能化分析高含钢率SRC 柱施工顺序防连续倒塌楼面舒适度K ey T echniques for Structural Design of the N ew CCTV Tow er of China Central T elevision W ang Dasui ,Jiang W enwei ,Bao Lianjin ,W ang Jian ,Liu Zhibin , T ong Jun , Huang Y ongqiang ,Sun Zhanjin (East China Architectural Design &Research Institute , Shan
5、ghai 200002,China )Abstract :Thenew China Central T elevision headquarters building is 234m at its highest point. It consists of tw o leaning towers (6degree lean in each direction ) , which are linked together at the top via a 142storey cantilever link element. The overall building stability is pro
6、vided by a triangulated external tube surface on all four sides of the towers , overhang and podium. It posed many technical challenges to the design team , due to its unique architectural form and com plicated structural system. They were success fully overcome by ad opting a lot of key techniques
7、, such as performance 2based seismic design , detailed construction sequence analysis , n on 2linear seismic response analysis , butterfly connections , high steel ratio SRC column and s o on. A series of tests were taken to verify the feasibility of these new techniques.K eyw ords :leaningtower ; p
8、erformance 2based seismic design ; high steel ratio ; SRC column ; construction sequence1工程概况中央电视台新台址工程地处北京市朝阳区东三环中路东, 在北京市中央商务区(C BD ) 规划范围内。用地面积19万m 2, 总建筑面积约60万m 2, 包括未来新的CCT V 主楼、电视文化中心以及服务楼三个单体建筑。CCT V 主楼由塔1和塔2两座塔楼、裙房及基座组成, 地下3层, 地上总建筑面积40万m 2。塔楼1,2均呈双向6倾斜, 分别为51层和44层, 在层37(塔楼2为层30) 以上部分用14层高的L
9、 形悬臂结构连为一体。结构屋面高度234m , 最大悬挑长度75m 。裙房为9层, 与塔楼连为一体(见图1) 。结构设计使用年限为100年, 结构安全等级为一级, 抗震设防烈度为8度, 抗震设防类别为乙类。1图1新CCT V 主楼结构分区示意图 图2塔楼1典型结构平面图2结构体系CCT V 主楼采用钢支撑筒体结构体系。带斜撑的钢结构外筒体提供结构的整体刚度, 部分钢结构外筒体表面延续至筒体内部, 以加强塔楼角部及保持钢结构外筒体作用的连续性。外筒体由水平边梁、外柱及斜撑组成, 筒体在两个平面都倾斜6。外筒柱采用钢柱、型钢混凝土柱。斜支撑截面尺寸及分布根据受力需要而变化。外筒体由两层高的三角形模
10、块构成, 即每隔两层柱、边梁和支撑交于一点, 因而楼面结构分为(见图2) 。外筒结构大量采用“刚性层”和“非刚性层”也设有转换桁架, 悬臂部分的柱荷载通过这些桁架传递至周边筒体。在裙楼处, 为了形成演播厅和中央控制区的开敞空间, 也设有转换桁架用以支承上部楼面的内柱。3结构抗震设计原则考虑到结构体系特殊、体型复杂、严重超限以及工程的重要性, 采用了性能抗震设计, 在施工图设计阶段确定地震参数如下:地震加速度峰值参照安全评估报s 2) , 中震告, 即小震95cm s 2(一般8度区70cm 265cm s 2, 大震400cm s 2, 其它参数参照现行抗震规范。了高强度钢, 如牌号Q390,
11、Q420以及Q460, 构件最大钢板厚100mm 。外筒典型结构如图3所示。所有核芯筒及塔楼内柱都是竖直的, 与外筒柱一起作用, 为“刚性层”之间的楼板提供稳定约束。塔楼核芯筒为钢框架结构体系, 核芯筒体横向布置一定数量的柱间支撑, 而纵向主要依靠抗弯框架的作用。核芯筒内两个楼层在振动台试验的基础上, 经与抗震专家组多次研讨与论证, 最终确定了如下抗震设防目标:1) 在多遇地震作用下按反应谱设计, 外筒结构处于弹性状态, 在主楼与裙房交界处、层30附近的外筒柱及支撑按弹性时程分析, 使其处于弹性状态;2) 在中震作用下外筒柱、悬臂与塔楼连接附近的支撑、柱脚以及悬臂端区域内外筒支撑不屈服(荷载作
12、用以及材料强度均取标准值) ;3) 在罕遇地震作用下, 按动力弹塑性时程分析验算结构的层间位移和构件极限变形, 结构重点部位如转换桁架、柱脚等不屈服。4结构计算分析411整体结构分析图3外筒典型结构单元平面之间的侧向约束可以保证两“刚性层”楼板之间楼层的侧向稳定, 并传递层间水平荷载。塔楼内设置了一系列的转换桁架以支承由于垂直内筒与倾斜外柱之间的跨距加大而增加的内柱。这些转换桁架通常布置于机电层, 将内柱的荷载传递到核心筒和外部筒体上。两塔楼之间悬臂部分的底下两层2计算分析采用了多种软件及自行开发程序, 整体线性计算以S AP2000为主,ANSY S 为辅进行, 用于结构恒载施工模拟分析,
13、活载、风荷载等其它静力分析, 反应谱分析和弹性时程分析。采用ABAQUS 进行弹塑性时程分析, 用以验证结构在中震及大震下的性能。分析模型以杆单元为主, 楼板按弹性楼板参与计算。结构风荷载采用了规范风荷载与风洞试验风荷载的包络结果, 并用于构件承载力设计。风洞试验共142组荷载, 每组包括两个正交方向的水平分量、竖向分量及扭转分量。竖向地震采用了反应谱和时程分析结果。结构振型及周期见图4及表1, 主要荷载信息见表2。构件设计, 施工过程中的变形等因素也应根据施工模拟的结果加以考虑。运用S AP2000软件和ANSY S 软件分别进行了施工的过程模拟。施工模拟的计算原理是对结构的中间过程分别计算
14、(变刚度分析、内力锁定、叠加) , 各个施工阶段的结构形式分别承担一定水平的荷载, 过程中的不可恢复内力在施工过程中锁定, 并反映在施工完成后的结构模型中, 比较真实的3(见图5) 。1) 阶段1:塔楼施工至悬臂段连接前。此时, 塔楼与裙楼分开施工, 塔楼与裙楼之间设置施工缝。塔楼施工进度变化引起的结构荷载变化通过荷载的上、下限来反映。上限情况模拟施工进度最快的情况, 下限反之。施工进度的快慢主要影响塔楼竖向构件和悬臂段的水平内力:施工进度快时, 塔楼独立成为结构时承担荷载较大, 塔楼竖向构件承担的内力较大; 施工进度慢时, 更多的荷载作用在塔楼连接之后的结构上, 悬臂段的水平内力较大。综合考
15、虑上限、下限施工阶段上图4结构主要振型结构主要周期T 1振型号周期(s ) 3187振型说明水平,135方向T 2T 3T 8表1216111223110水平,45方向扭转竖向 主楼悬臂部分的竖向振动放大效应在设计中得到了充分重视。在地震作用下结构悬臂部分有较大程度的竖向振动放大, 振动台试验和时程分析结果均表明, 悬臂部分竖向加速度相对地面输入最大放大为818倍, 这是地面输入水平分量和竖向分量共同作用结果。结构主要荷载信息(kN )荷载工况x 向y 向z 向表2恒载-活载-风荷载*水平地震竖向地震(小震) (小震)1*9-3655261*296412施工模拟分析CCT V 主楼兼具倾斜与连体结构的特点, 施工过程中的结构形式与完成后的最终结构体系具有较大差别。施工过程中逐步形成的结构构件内力(即恒载作用下的结构内力) 与一次性加载条件下的结构构件内力具有很大的差异, 必须通过准确的施工模拟才能得出准确的恒载内力, 以便与其它工况的内力组合进行图5不同施工阶段结构示意图3述因素, 实际施工阶段可能在上述上限、下限之间, 当采用其它施工方案时, 要求结构构件内力应在上述上限、下限包络内力之间。(2) 阶段2:悬臂段开始连接、塔楼与裙楼施工缝连其它方面的计算分析。11施工过程安全性评价考虑到施工过程中
