卡塔尔多哈 Aspire 大厦
项目概述
第15届亚运会的核心建筑是阿斯拜尔塔 (Aspire Tower)，其造型宛如一支巨大的火炬，在亚运会期间，其象征性的火焰一直悬挂在构成其顶部结构的网格壳内。阿斯拜尔塔高300米，目前是卡塔尔最高的建筑。

该塔包含两层大型接待区和公共区域；餐厅和商务中心；17层五星级酒店；三层体育博物馆；三层健身俱乐部，内设离地面80米的悬臂式游泳池；总统套房；以及一个旋转餐厅和观景台，离地面约240米。钢筋混凝土核心筒顶部62米高的网格壳结构支撑着15兆瓦的火炬塔。

奥雅纳 (Arup) 担任其结构、机械、电气、消防、声学、电梯和风能顾问，与 Midmac-Six Construct、卡塔尔建筑师 Hadi Simaan 和室内设计师 Ecart 合作。

项目中使用的软件

Oasys 的价值如何得到证明
地基基础
岩土工程案头研究表明，石灰岩接近地面，因此初步设计基于筏板基础。在此过程中，对更深层的地质和岩石类型进行了现场调查——鉴于建筑形式产生的荷载大小和集中程度，这一点尤为重要。调查证实，石灰岩地层之间存在软弱的 Rus 粉笔。鉴于此，并根据正在进行的筏板设计对该地层中的土/岩应力进行了评估，团队决定需要在筏板上打桩以确保足够的承载能力。

除了重力荷载外，筏板还能抵抗侧向风荷载和地震荷载下的倾覆效应。这还能确保桩基不会产生张力或上浮，因为倾覆的张力效应与塔自重产生的垂直荷载相平衡。
桩筏分析
GSA Building 用于分析地基系统，因为它采用了两种模型之间的迭代分析系统，一个模型用于结构，一个模型用于土体。结构模型包含一个 GSA 格架模型，该模型由位于筏板底部的弹簧支撑，并在桩荷载传递长度深度处的桩位置也设有弹簧。土体模型包含土层的表示，其受荷区域与结构模型中的弹簧位置相对应。

在迭代的每个阶段，根据结构模型中的弹簧荷载，利用 Vdisp 计算土体沉降。然后，沉降值用于重置结构模型中的弹簧刚度。该过程持续进行，直至垂直位移和荷载分布匹配，从而为每种荷载条件提供独特的分析结果。

为了评估局部效应，例如荷载在核心筒下方的分布，还利用 GSA 输出的荷载和弹簧刚度，对筏板在环形扇区上的全厚度柔度进行了轴向度量建模。上下限设计方法考虑了所涉及的一系列参数，包括土体、混凝土和设计荷载。

根据筏板分析结果，为适应当地实践，钻孔灌注桩的最大直径限制为1.2毫米，并穿过Rus Chalk层，直至下方质地更佳的石灰岩层。桩采用C32/40级混凝土浇筑，以满足必要的设计强度。筏板直径为37.3米，其确定的依据是需要分散核心筒传递的整个塔楼荷载，并将筏板下方、Rus Chalk层和桩上的承载压力限制在适当的水平。

超级结构/Super Structure
62米高的钢斜交网格框架位于参考地面以上300米处。斜交网格构成了建筑上部的横向稳定系统，并支撑着一直延伸至餐厅楼层的覆层。斜交网格由一个坚固的混凝土框架支撑：一个1米宽、1.5米深的环向环梁，由九根约1米 x 1.5米的混凝土柱支撑，这些柱呈放射状排列在混凝土核心筒墙的顶部。混凝土核心筒顶部距大厅约233.3米，框架顶部距大厅约4.5米。

斜交网格壳体的主要承重构件是圆形空心型钢（CHS），其直径从底部附近的610毫米到顶部的457毫米不等。壳体由一系列位于“花瓣”外部、垂直中心距8.1米的水平桁架横向约束，这些桁架的间距与覆层系统的水平支撑构件相一致，其尺寸可承受水平荷载。上层桁架采用500毫米 x 200毫米的矩形空心型钢（RHS）和300毫米 x 300毫米的方形空心型钢（SHS），而下层桁架仅采用300毫米 x 300毫米的SHS。
覆层产生的垂直荷载由18个120毫米 x 120毫米的SHS吊杆承受，这些吊杆均匀分布在建筑周边。桁架的外悬臂跨接在它们之间，承受垂直荷载，同时约束桁架悬臂，防止其屈曲变形。外平面的顶部有一个“檐口修整器”，即“花瓣”的边缘，由直径610毫米的圆钢制成。它承受位于斜交网格单元顶部之间的吊杆的垂直荷载，并以双轴弯曲的方式作用，以化解斜交网格单元中在环处不规则节点的力。此外，檐口修整器还承受与其直接连接的覆层产生的风荷载和/或垂直荷载。

斜交网格是一种较高且相对较轻的结构，承受较大的横向荷载。因此，在某些荷载情况下，其内部会产生较大的拉力。钢结构能够应对这些情况，但这种现象也可能导致壳体底部从支撑结构上发生物理隆起和显著移动。为了应对这种影响，网壳底部通过延伸至核心筒主体的垂直预应力筋束连接到核心筒顶部。这些预应力筋束由四根或六根预应力筋组成，每根预应力筋的承载力高达 3200kN，并将网壳节点 300 毫米厚的底板锚固到支撑混凝土上。

安装这些钢筋以及相关的锚固板、管道和防爆钢筋对承包商来说是一项艰巨的挑战。
结构作用
垂直荷载
在斜交网格边缘，吊杆荷载由檐口修边器承受。檐口修边器在平面和立面上呈弧形，因此吊杆和斜交网格构件之间没有直接对齐。因此，檐口修边器必须承受扭转力、双向弯矩、双向剪力以及轴向力。檐口修边器中的接头采用螺栓连接，与斜交网格构件错开。斜交网格的圆形截面钢管将压缩荷载传递到核心筒顶部，并通过连接节点在核心筒顶部的灌浆层上进行支撑。

建筑物的不对称形状意味着高侧的覆层荷载和自重荷载明显大于低侧。除了整体压缩力之外，这还会在斜交网格壳体系统中产生整体弯矩，其承受方式与宽度方向的风荷载产生的弯矩相同。
水平荷载
宽向是风荷载的关键方向，因为 (a) 最宽的表面区域暴露在风中，并且 (b) 可用于抵抗荷载的结构深度最小。

风向覆盖层系统施加压力，该系统在水平桁架之间垂直跨度为 8.1 米。水平桁架收集并重新分配风荷载的水平分量，并将其传递到花瓣形斜交网格，花瓣形斜交网格通过倾斜的圆形截面钢管构件的推拉作用来抵抗风荷载，并将其向下传递到核心筒顶部的连接处。每一层水平桁架都会对斜交网格圆形截面钢管构件的推拉力产生作用，因此斜交网格中的力会沿着结构向下增大，直到在核心筒顶部正上方达到最大值。这些力在网格结构中弹性分布，因此在壳体结构的顺风侧存在压缩力，在逆风侧存在拉伸力，而在两者之间则存在相反的压缩力和拉伸力。

花瓣窄方向上的水平载荷虽然会降低结构中的整体力，但却会导致斜交网格产生必须抵抗的整体扭转。



结论

该塔的主要结构构件的设计和建造在规定的21个月内完成，使其能够充分发挥其在2006年亚运会上的预期功能。

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