1 工程概況

喀什國際免稅廣場位于新疆維吾爾自治區(qū)喀什市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，南鄰深喀大道，東鄰城東大道，西北兩側(cè)均為城市規(guī)劃道路。工程由兩棟58層的塔樓（A，B塔樓）和4層商業(yè)裙房組成，總建筑面積約48.8萬m²，其中塔樓地上建筑面積29.4萬m²，商業(yè)裙房地上建筑面積11.3萬m²，地下室總建筑面積8.1萬m²。

A，B塔樓結(jié)構(gòu)高度為255m，塔尖高度為275m，高寬比為4.8。塔樓與裙房間為4層鋼筋混凝土連廊，連廊兩端設(shè)有防震縫，地面以上與塔樓及裙房完全脫開。A，B塔樓設(shè)2層地下室，底板頂面標(biāo)高為-12.050m，埋深-15.700m；其余區(qū)域設(shè)1層地下室，底板頂面標(biāo)高為-8.100～-6.100m。A塔樓建筑功能為辦公、公寓、酒店、觀光，B塔樓建筑功能為辦公、公寓、VIP俱樂部（圖1）。

圖1 建筑效果圖

A，B塔樓標(biāo)準(zhǔn)層層高基本一致，其中1層高6m，2～4層高5.6m，5～15層、17～31層高4m，33～45層高3.7m，47～51層高3.9m，52層高5.5m，53層高6.5m，54～57層高5.2m，58層高4.8m，16，32，46層為避難兼設(shè)備層，層高分別為5.5，6.0，5.5m。

2 方案階段

2.1 建筑特點(diǎn)

喀什國際免稅廣場塔樓建筑方案有以下幾個特點(diǎn)：1）建筑在44層樓面以上存在漸變收進(jìn)；2）建筑平面四個角部存在圓弧形凹口；3）A-6軸、A-F軸（B-6軸、B-F軸）處外框柱在4層樓面以下不貫通落地；4）首層存在穿越兩層的躍層柱。A，B塔樓剖面圖如2，3圖所示。                 

2.2 初步結(jié)構(gòu)方案

針對建筑的上述特點(diǎn)，初步結(jié)構(gòu)方案采用鋼管混凝土密柱的外框架-鋼梁-鋼筋混凝土剪力墻核心筒的混合結(jié)構(gòu)體系，且在避難層16，32，46層設(shè)有周邊環(huán)帶桁架，5層樓面以下設(shè)有落地轉(zhuǎn)換斜撐。

2.3 結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件截面尺寸

核心筒外墻厚度為1400～600mm，底部加強(qiáng)區(qū)部位設(shè)50mm厚Q345B級鋼板，其他墻厚度為550，400，300mm，核心筒剪力墻混凝土強(qiáng)度等級為C60～C40；型鋼混凝土柱截面形式有□1400×1400，φ1300（壁板厚度為60～40mm，材質(zhì)為Q390GJ-C及Q345GJ-C）；標(biāo)準(zhǔn)層典型外框鋼梁截面尺寸為H1100×600×50×50，樓層鋼梁截面尺寸為H600×300×16×25，H600×300×18×30，材質(zhì)為Q345C；標(biāo)準(zhǔn)層外框架與核心筒間的樓蓋采用壓型鋼板組合樓板，厚度為120mm。

核心筒內(nèi)普通鋼筋混凝土樓板厚度為150mm。A，B塔樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置分別如圖4，5所示。

圖4 A塔樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖5 B塔樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖

2.4 第一次抗震設(shè)防專項(xiàng)咨詢會意見及應(yīng)對措施

2013年8月31日，新疆自治區(qū)住建廳主持組織國家和自治區(qū)結(jié)構(gòu)專家在北京市召開該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震設(shè)防專項(xiàng)咨詢會，關(guān)于結(jié)構(gòu)布置主要達(dá)成以下意見：

（1）墻肢在拉、剪復(fù)合應(yīng)力作用下，當(dāng)墻肢的拉應(yīng)力大于2f_tk（f_tk為混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值）時，墻內(nèi)型鋼或鋼筋的抗剪承載力急劇降低，為了保證墻肢的安全，應(yīng)該復(fù)核雙向水平地震作用下各墻肢中震不屈服時的拉應(yīng)力的大小和范圍，且墻肢的拉應(yīng)力不應(yīng)大于2ftk，可取各單個墻肢的截面尺寸，按單工況靜載、活載及X向、Y向地震作用下的軸力組合，順序列表給出最大拉應(yīng)力；

（2）外框柱距為4.5m，但平面四角凹進(jìn)，相當(dāng)于四片平面框架，承擔(dān)的傾覆彎矩在33層才達(dá)到50%，與框筒的受力特征有明顯差距。

針對專家的意見，為了滿足雙向水平地震作用下各主要墻肢中震不屈服拉應(yīng)力不大于2f_tk的要求，對結(jié)構(gòu)布置做出以下調(diào)整，使得外筒更多地分擔(dān)地震作用，減小內(nèi)筒的拉力：1）在平面四角凹口部位增設(shè)交叉鋼斜撐，以增強(qiáng)角部外框架的剛度；2）在四個結(jié)構(gòu)面上設(shè)置鋼斜撐并加強(qiáng)底部加強(qiáng)部位的外框架梁。角部凹口處交叉鋼斜撐立面圖及結(jié)構(gòu)四個面上的鋼斜撐布置分別如圖6，7所示。

3 第二次抗震設(shè)防專項(xiàng)咨詢會意見及應(yīng)對措施

A塔樓結(jié)構(gòu)三維模型圖及鋼斜撐三維示意圖分別如圖8，9所示。

2013年10月28日，在北京市召開工程第二次抗震設(shè)防專項(xiàng)咨詢會。專家就該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提出如下意見：

（1）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)正確.

（2）鑒于設(shè)防烈度較高，建議內(nèi)筒采用鋼結(jié)構(gòu)框架-支撐體系，外筒為鋼密柱框架、角部斜撐體系；內(nèi)外筒承擔(dān)的彎矩和剪力基本相當(dāng)，可部分采用鋼管混凝土柱，框架支撐體系中，支撐作為第一道防線，框架為第二道防線，可假定支撐全部退出工作，由支撐框架部分的框架承擔(dān)25%的樓層剪力，如有可能，可采用防屈曲支撐。

（3）如采用現(xiàn)有的混合結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)改進(jìn)，外框筒宜采用大斜撐，應(yīng)與建筑和設(shè)備專業(yè)協(xié)商，采用合理的連接構(gòu)造，使傳力清楚，并應(yīng)進(jìn)行施工模擬分析。

（4）應(yīng)進(jìn)一步提供綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，考慮結(jié)構(gòu)主體用鋼量、基礎(chǔ)（包括樁基）費(fèi)用、施工進(jìn)度等各種因素。

經(jīng)核算混合結(jié)構(gòu)方案用鋼量在300kg/m²左右，且基礎(chǔ)費(fèi)用高，因此決定在初步設(shè)計(jì)階段將方案設(shè)計(jì)階段的混合結(jié)構(gòu)體系修改成純鋼結(jié)構(gòu)體系，且對該體系做深入的分析論證。

4 A塔結(jié)構(gòu)體系及特點(diǎn)

4.1 A塔結(jié)構(gòu)體系

該項(xiàng)目地下結(jié)構(gòu)連為一體，裙房和塔樓從地面以上設(shè)防震縫分開。塔樓部分采用框架角撐外筒 框架支撐內(nèi)筒的鋼結(jié)構(gòu)體系（圖10），底部1～15層采用鋼管混凝土柱，15層以上為純鋼結(jié)構(gòu)。1～46層平面為52.8m×52.8m，46層以上開始縮進(jìn)，外筒為角部設(shè)有支撐的鋼結(jié)構(gòu)，高寬比約為4.83，帶支撐的鋼桁架內(nèi)筒高寬比為8.76。

內(nèi)、外筒之間采用鋼梁連接，最大跨度為12.5m，結(jié)構(gòu)的樓蓋體系為由鋼梁和壓型鋼板組合而成的整體樓板，豎向荷載由壓型鋼板組合樓蓋傳到內(nèi)筒和外筒，然后由內(nèi)筒和外筒把豎向荷載傳到基礎(chǔ)。

圖10 結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系構(gòu)成

結(jié)構(gòu)外筒除了在角部設(shè)有支撐外，還在16，32，46層避難層設(shè)有環(huán)向的鋼支撐，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的空間整體剛度、改善外筒柱的剪力滯后效應(yīng)。結(jié)構(gòu)外筒立面如圖11所示。內(nèi)筒柱之間除了鋼梁外還設(shè)置了截面較小的圓鋼管支撐，這些柱間支撐既提高了內(nèi)筒的剛度，又在中震和大震中起到了屈服耗能的作用。內(nèi)筒南立面如圖12所示。

由于外筒中柱不落地，在底部1～4層設(shè)置了大支撐進(jìn)行轉(zhuǎn)換，底部大支撐同時增強(qiáng)了外筒的剛度和承載力。底部大支撐立面見圖13。

圖13 外筒底部大支撐立面圖

4.2 超限情況

根據(jù)現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010）（簡稱抗規(guī)）第8.1.1條規(guī)定，8度（0.30g）地區(qū)筒中筒鋼結(jié)構(gòu)最大適用高度為240m，本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)總高度為255m，超過抗規(guī)要求15m；1層樓板開大洞，有效樓板寬度比例小于50%，導(dǎo)致該位置出現(xiàn)躍層柱；在避難層的下一層（即15，31，45層），剛度比不滿足高規(guī)要求，為軟弱層。所以結(jié)構(gòu)存在高度超限以及樓板不連續(xù)和豎向剛度不連續(xù)兩項(xiàng)一般性規(guī)則超限。

超限審查的主要意見有：1）轉(zhuǎn)換支撐應(yīng)滿足大震抗彎不屈服、抗剪彈性的性能目標(biāo)；2）內(nèi)筒北側(cè)立面支撐未對稱布置，需增加支撐。針對超限審查意見采取的應(yīng)對措施分別為：1）設(shè)計(jì)中通過適當(dāng)增大轉(zhuǎn)換支撐截面并采用Q420高強(qiáng)度鋼，最終實(shí)現(xiàn)了該性能目標(biāo)；2）在內(nèi)筒北立面從下到上增加一跨支撐，使支撐對稱布置，布置位置和南立面（圖12）一致，從而使內(nèi)筒構(gòu)件受力更加均勻。

4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題包括：1）結(jié)構(gòu)內(nèi)、外筒剪力分配；2）整體穩(wěn)定分析；3）樓板舒適度。

4.4 抗震性能目標(biāo)

針對本工程高度超限及兩項(xiàng)一般性規(guī)則超限，基于性能化的抗震設(shè)計(jì)方法，對結(jié)構(gòu)整體變形和構(gòu)件設(shè)計(jì)設(shè)定了以下抗震性能目標(biāo)：

（1）小震：結(jié)構(gòu)完好，處于彈性狀態(tài)，不需要修理即可繼續(xù)使用。

（2）中震：關(guān)鍵構(gòu)件基本彈性，豎向普通構(gòu)件不屈服，耗能部分構(gòu)件輕度損壞，經(jīng)修理后可繼續(xù)使用。

（3）大震：關(guān)鍵構(gòu)件輕微損壞，豎向普通構(gòu)件部分輕度損壞，耗能構(gòu)件塑性耗能，承載力到達(dá)極限值后基本維持穩(wěn)定，降低少于5%，層間位移角滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）簡稱高規(guī)）要求，確?！按笳鸩坏埂鼻伊粲懈挥?。主要構(gòu)件的性能目標(biāo)見表1。

4.5 特殊節(jié)點(diǎn)做法

在A塔3層采用人字形支撐轉(zhuǎn)換的位置，在性能化設(shè)計(jì)過程中，轉(zhuǎn)換桁架節(jié)點(diǎn)按大震不屈服設(shè)計(jì)。節(jié)點(diǎn)位置見圖14，節(jié)點(diǎn)做法見圖15，考慮到轉(zhuǎn)換桁架的方鋼管混凝土支撐和柱承受了巨大的軸向拉壓力，因此節(jié)點(diǎn)蓋板采用Q420鋼材，且鋼板厚度為100mm。

圖14 節(jié)點(diǎn)位置圖

圖15 節(jié)點(diǎn)做法示意圖

施工現(xiàn)場照片：

更多內(nèi)容詳見2014年第16期雜志文章：《喀什國際免稅廣場A塔超高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《喀什國際免稅廣場A塔超高層鋼結(jié)構(gòu)性能化抗震設(shè)計(jì)》作者：劉瓊祥，王啟文，張建軍，周斌，駱日旺，楊旺華（深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司）