高层结构的X型节点|园林景观建筑园林景观规划
在2018年8月12日的istructure的公众号中分享了一篇《超高层不止框筒--斜交网格结构 Diagrid structure》文章，从文中案例发现，小Z亲自参与中国设计4个设计项目的建设或前期投标设计工作。在回顾这些设计项目发现，平面布置有圆型，有方型，更有上方下圆的；斜杆截面有圆型、方型的。今天给大家深入讲讲高层结构的X型节点的那些事。01
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圆管X型节点
广州珠江新城西塔平面呈类三角形，分为办公室楼层（1－73层）和酒店与客房层（73－103层），结构总高度为432m。结构体系为斜交网格柱外筒+钢筋混凝土核心筒。
平面为中心对称的圆角等边三角形，立面为中间大上下小的纺锤形，立面和平面的变化，使得各层节点相似但不相同，且每个节点的四肢不在同一面内。斜向网格相交区有15个X型节点，随平面分为三种类型。节点立面分叉角度约23度。
斜交网格钢管直径从下到上直径由1800mm，减小到700mm，厚度从55~20mm，节点板的最大厚度为100mm，主要材质为Q345GJC-Z25和Q345B。
节点建筑设计景观建筑园林景观设计思路：（1）在X型节点左右相邻钢管通过与拉板（长度约6.4m）相贯实现左右连接传递竖向荷载；（2）上下相邻钢管则通过与环板相贯实现上下连接且实现节点区加强。
上述西塔设计项目是2007左右实施的，十年过去了在2020年小Z又碰到一个类似设计项目--长沙A9的T1塔楼，它是地下3层、地上64层，总高度322.87m，外框47.8m×47.8m；裙房地上5层。结体体系采用巨型钢管混凝土柱斜交网格框架+钢筋混凝土核心筒的混合结构体系；钢管混凝土柱最大截面Φ2000×40；材质Q345B、Q345GJC、Q390GJC；斜交网格X型节点首次出现在F16层。
随着楼层的升高，圆柱截面变小，节点可划发为3类。节点分叉角度约13度。相贯口长度约11m，跨越3层。相较西塔X型节点，开叉角度更小，相惯口更长，腰部更纤细（已经小于原建筑设计景观建筑园林景观设计管径）。尽管X型节点区域为加强层（腰桁架）区域，周边有斜腹杆，4管汇交区域为竖向荷载的转换点，因此需增加节点的可靠性。
节点建筑设计景观建筑园林景观设计思路：（1）沿用广州西塔X型拉板传递竖向荷载的建筑设计景观建筑园林景观设计思路；（2）节点腰部于纤细且上下管径不同，也无法直接相贯对接。因此采用半锥管过渡，以园林景观建筑规划设计实现竖向荷载的传递，同时也加大的交点汇交区的断面尺寸（以园林景观建筑规划设计第一类节点为例，相交区断面尺寸由原来1200mm增加到1400m）。腰桁架上、下弦和腹杆相管与半锥管焊接更加简单。
下图为施工过程中照片。
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共面矩型管X型节点
深圳信通金融大厦地下6层、塔楼地上33层，总高度161.73m，外框45mX45m，核心筒22.5mX22.5m，副楼地上5层；菱形斜交钢网格外框架－钢筋混凝土核心筒结构，核心筒与外框钢结构之间仅通过少数层次钢梁及斜梁连接，楼板在本结构体系中并未起到有效的协同作用，刚性楼板假定不适于本设计项目。
斜交网格结构在建筑设计立面呈菱形，且沿各楼层尺寸统一，其边长均为5.86m。斜撑构件在F26层以园林景观建筑规划设计下为箱型，其从下至上为B450×800×70×70~B425×425×27×27，钢材从下至上依次为Q420GJ、Q390GJ、Q390；在F26层以园林景观建筑规划设计上为工字型，尺寸为H350×425×25×20，材质为Q390。
该设计项目与长沙A9设计项目不同点在于：（1）截面为矩形且立面为正正规规的盒式造型；（2）网格倾斜角度约45度，比较适中，外框架的抗侧能力好于内核心筒。
与常规高度外框架不同，网格本身平面内刚度大且网格均为焊接连接，在施工过程中发现，杆件焊接收缩变形，拘束力巨大，因此合理的焊缝顺序有利于减焊接残余应力。
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非共面矩型管X型节点
深圳中信金融中心设计项目（园林景观建筑规划方案阶段）位于深圳湾超级总部基区域，T1和T2高度分别为312m和212m。
塔楼结构采用斜交网格-核心筒结构，其中钢结构工程包括斜交网格及环梁、楼层钢梁、塔冠钢框架，核心筒钢骨柱等。斜交网格根据悬臂应力迹线找形得到，称为Machell truss。在结构上比传统的X型支撑更有效率，可大大减小用钢量和截面尺寸。
斜交网格主要由角柱以园林景观建筑规划设计及斜撑组成，50层以园林景观建筑规划设计下斜交网格均内灌混凝土，50层以园林景观建筑规划设计上为钢框架。其中角柱共有8根，分布于建筑设计的4个角部，同一角部的角柱间通过角部延性梁连接。角柱为异型截面柱，其截面尺寸随建筑设计高度逐渐缩小，由1500x45mm变化至475x25mm，材质均为Q345。斜交网格斜撑截面主要为箱型截面，截面尺寸包括B1100x1100x24x24至B500x500x25x24渐变，节点处板厚加大，在50层以园林景观建筑规划设计下内灌C60混凝土。
在建筑设计造型上实现天圆地方的效果，结构平面由方形转为圆形，立面沿高度方向逐渐内收。尽管Machell truss抗侧效率很好，其立面斜交网格由多个不规则四边形组成，且其构件截面形式均为箱型，同时角柱为异形截面。因此立面四杆交汇节点均不共面，相邻节点与节点之间的法线方向均不相同。
原节点建筑景观规划设计建筑设计景观建筑园林景观设计如下图所示。若当杆件共面时是完美的，但六杆非共面，节点交汇时会存在大量的错边。
撑网格上每个节点均由的四根杆件+环梁六杆交汇而成，节点均处于四个面a、b、c、d的相交，即节点相交处杆件非共面。因此节点建筑设计景观建筑园林景观设计即要兼顾传力的连续性，又要考虑矩形杆件交汇时设计空间位置的微小变化引起的错边等问题。根据放样发现有3种解决园林景观建筑规划方案：
园林景观建筑规划方案A节点平直，杆件弯扭以园林景观建筑规划设计实现节点端口不共面的转换；
园林景观建筑规划方案B节点弯扭，杆件平直。
园林景观建筑规划方案C节点、杆件均平直非弯扭。在节点处连接错边时，由厚端板过渡连接。
通分析AB园林景观建筑规划方案可知，园林景观建筑规划方案A杆件均要做成弯扭杆，成本太大，且斜撑杆件沿轴线扭转，会产生附加扭矩；园林景观建筑规划方案B要求节点加工精度高，但成本相于A园林景观建筑规划方案低很多。园林景观建筑规划方案C采用厚端板过渡，在受力小的区域在成本和安全性上更加适用。最终景观建筑师认为园林景观建筑规划方案B更合适。
景观建筑师将该节点拆分为节点平直段及节点过渡区。其中节点平直段由钢板纵横交错，相当于一个大箱梁；节点过渡区由弯扭板件组成箱形对接口；在节点区域将相邻节点的杆件非共面问题在节点区消化，杆件建筑设计景观建筑园林景观设计为正常的箱形杆件。
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小结
通上4个设计项目案例分享了，不同平面，不同立面变化时，圆管和方型X型节点的建筑设计景观建筑园林景观设计思想。
（1）相同管径的X型节点建筑设计景观建筑园林景观设计思路推演出非等管径的思路。
（2）当立面收进变化时，矩形X节点杆件交汇时，形成错边，提出了相应的解决思路。
资料来源：
1、广州珠江新城西塔招标图纸，节点实施园林景观建筑规划方案；
2、长沙A9金融中心施工图，节点实施园林景观建筑规划方案；
3、SOM深圳中信金融中心初建筑设计景观建筑园林景观设计文件，投标园林景观建筑规划方案；
4、深圳信通金融中心招标图纸，节点实施园林景观建筑规划方案。
文中节点合理化成果、效果图片展示来源于JG技术Team。
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