1 工程概況

深圳證券交易所大廈位于深圳福田區(qū)，南鄰深南大道，西鄰民田路，北鄰福中三路，東鄰鵬城二路。項目占地175000m²，地下3層，地上45層，塔樓結(jié)構(gòu)高228m，標(biāo)準(zhǔn)樓層平面尺寸約54m×54m。在地面以上36m高處（7~10層）設(shè)置一個24m高的抬升懸臂裙樓，裙樓最大懸臂與支撐的距離為37m，裙樓平面尺寸約為160m×100m。裙樓及其下部樓層為各項證券交易區(qū)域，其他樓層主要為辦公。

工程場地類別為Ⅱ類，第一組。塔樓12層及以上抗震設(shè)防烈度為7度，抗震設(shè)防類別為丙類，鋼筋混凝土核心筒抗震等級及組合外框架抗震等級均為一級；12層以下及裙樓主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)防烈度為8度，抗震設(shè)防類別為乙類，鋼筋混凝土核心筒及組合外框架抗震等級均為特一級。典型樓層鋼材強度等級為Q345，對于裙樓以下中庭角柱及周邊關(guān)鍵支撐提高至Q390。混凝土材料強度均不低于C30。

塔樓的結(jié)構(gòu)體系是由外圍剛性框架與鋼筋混凝土核心筒組成的筒中筒體系，主要結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。塔樓結(jié)構(gòu)高寬比約為4.2，除個別樓層局部樓板不連續(xù)外，無其他平面不規(guī)則項。由于大懸挑結(jié)構(gòu)的布置，引起結(jié)構(gòu)豎向尺寸突變；在塔樓4~5層?xùn)|西兩側(cè)，設(shè)置轉(zhuǎn)換桁架以減少外框柱來增加首層大堂使用空間，造成結(jié)構(gòu)局部豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)?；谝陨辖Y(jié)構(gòu)特點，本項目屬于超限結(jié)構(gòu)，需進行超限高層建筑抗震設(shè)防專項審查。

圖1 結(jié)構(gòu)組成

位于地面以上36m處的裙樓，結(jié)構(gòu)高度約24m，包含3層結(jié)構(gòu)樓層和1層夾層，頂部為可上人的屋頂花園。裙樓在結(jié)構(gòu)空間上采用多榀平面巨型鋼桁架和次鋼桁架傳遞懸挑結(jié)構(gòu)荷載，各桁架布置位置及裙樓荷載傳力路徑如圖2所示。

圖2 裙樓桁架布置及傳力路徑

為減小裙樓懸挑長度，在塔樓外框架以外，中庭角部布置4個巨型柱支承裙樓豎向荷載，并在兩側(cè)布置附加的鋼斜撐將巨柱與塔樓框架連接起來形成鋼桁架筒，鋼桁架筒并與塔樓核心筒組成雙重抗側(cè)體系，可提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度及抵抗水平作用。中庭角柱和外框架斜撐布置如圖3所示。

圖3 中庭角柱及支撐立面布置（南北向）

為增加首層大堂使用空間，在塔樓東西兩側(cè)4~5層設(shè)置轉(zhuǎn)換桁架，將外框柱由13根轉(zhuǎn)換為7根，東西向框架立面如圖4所示。

圖4 東西兩側(cè)轉(zhuǎn)換桁架布置

塔樓的樓面結(jié)構(gòu)采用鋼梁與混凝土樓板組合體系。裙樓內(nèi)樓面結(jié)構(gòu)采用桁架梁和支撐于主桁架上的大跨度樓面鋼梁來傳遞面內(nèi)拉、壓應(yīng)力，同時在屋頂及其最下層（7, 10層）樓面內(nèi)布置水平鋼支撐（圖5）以傳遞軸力、減緩裂縫開展。

圖5 裙樓桁架平面位置示意及樓面支撐布置

2 主要設(shè)計分析

由于結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則且高度超限，在結(jié)構(gòu)整體分析時依據(jù)國家、廣東省、深圳市的相關(guān)設(shè)計規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)，按不同的抗震性能水準(zhǔn)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足彈性、彈塑性性能目標(biāo)設(shè)計要求^[1]。同時計算了塔樓的加速度（包括裙樓的豎向加速度），由計算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下舒適度滿足要求。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，采用兩種不同的分析軟件（MIDAS，ETABS）建立彈性分析計算模型，從計算結(jié)果可知：1)結(jié)構(gòu)主要為風(fēng)荷載控制；2)結(jié)構(gòu)高228m，樓層位移角規(guī)范限值為1/566，結(jié)構(gòu)整體位移角滿足要求。在懸挑結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)同時存在的情況下，結(jié)構(gòu)仍然要滿足雙重抗側(cè)體系的設(shè)計要求。

為了驗證裙樓桁架及其下斜撐布置的合理性，結(jié)構(gòu)設(shè)計時對抗側(cè)體系進行了分析。從計算結(jié)果看，裙樓以上的塔樓外框架有足夠的抗側(cè)剛度，而裙樓及以下的桁架及鋼斜撐能有效地分擔(dān)塔樓樓層剪力，提高外框架側(cè)向剛度。由于塔樓核心筒與外框架以及外部桁架筒之間側(cè)向剪力的相互傳遞，且受懸挑結(jié)構(gòu)桁架間的拉、壓力的影響，裙樓區(qū)域各樓層樓面結(jié)構(gòu)承擔(dān)較顯著的面內(nèi)荷載。

本層樓面梁均為鋼梁，計算時不考慮組合樓板的有利作用，在樓板澆注完成后增設(shè)鋼斜撐，鋼斜撐僅承受施工階段和使用階段的活荷載，分析時考慮施工順序來模擬鋼斜撐的作用。圖6~8為裙樓頂層板內(nèi)斜撐受力及塔樓樓板應(yīng)力分布云圖。

圖6 裙樓頂層板內(nèi)斜撐利用率（最大值0.62）（重力組合工況）

圖7 塔樓樓板剪應(yīng)力（重力組合工況）

圖8 塔樓樓板正應(yīng)力（重力組合工況）

3 構(gòu)件設(shè)計及節(jié)點設(shè)計

對于塔樓主要構(gòu)件及裙樓次要構(gòu)件，考慮重力荷載、風(fēng)荷載、水平地震的各組合工況進行包絡(luò)設(shè)計。基于裙樓結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，懸臂桁架、支撐裙樓的柱及斜撐同時考慮豎向地震的組合，抗震性能目標(biāo)提高至中震彈性、大震不屈服，且不發(fā)生屈曲破壞。東西兩側(cè)4~5層轉(zhuǎn)換桁架，在中震及大震作用下均要保持彈性。圖9~12為部分重要構(gòu)件在各控制工況下的應(yīng)力比（構(gòu)件受力與承載力比值）及其最大利用率，以驗證構(gòu)件的傳力效果。

圖9 主桁架1應(yīng)力比云圖（最大值0.90）（重力組合工況）

圖10 主桁架4應(yīng)力比云圖（最大值0.87）（重力組合工況）

圖11 轉(zhuǎn)換桁架應(yīng)力比云圖（最大值0.78）（大震彈性組合工況）

(a)南、北立面柱群

(b)東、西立面柱群

圖12 外框柱應(yīng)力比云圖（最大值0.67）（小震組合工況）

工程裙樓與塔樓的節(jié)點連接構(gòu)件較多、內(nèi)力較大，節(jié)點連接至關(guān)重要?；趶姽?jié)點弱構(gòu)件的設(shè)計理念進行相關(guān)節(jié)點的連接設(shè)計，不同荷載工況下節(jié)點保持在彈性或接近彈性的工作狀態(tài)。節(jié)點受力同時考慮構(gòu)件的超強度，即考慮材料強度的超強因素，設(shè)計時對構(gòu)件內(nèi)力進行放大。節(jié)點焊縫附近避免過高的應(yīng)力集中以防止脆性斷裂破壞。支撐裙樓的中庭角柱上節(jié)點（節(jié)點5）的位置和等效應(yīng)力云圖見圖13，14。分析結(jié)果顯示，節(jié)點5具有一定的強度儲備，滿足設(shè)計要求。

圖13節(jié)點5位置及有限元模型

圖14 節(jié)點5等效應(yīng)力云圖

4 結(jié)論

深圳證券交易所建筑形式新穎，塔樓采用核心筒-型鋼混凝土組合框架結(jié)構(gòu)體系，低區(qū)結(jié)構(gòu)采用鋼桁架筒+核心筒雙重抗側(cè)力體系，懸挑裙樓通過設(shè)置不同方向的主、次鋼桁架，保證了荷載的有效傳遞，使結(jié)構(gòu)受力簡潔明確。

對結(jié)構(gòu)進行彈性及彈塑性分析后得出以下結(jié)論：塔樓在多遇地震下結(jié)構(gòu)性能滿足相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，外框架提供了足夠的抗側(cè)剛度，并與核心筒共同作用形成雙重抗側(cè)結(jié)構(gòu)體系；構(gòu)件設(shè)計主要由風(fēng)荷載與重力荷載組合控制，重要構(gòu)件按不同抗震性能目標(biāo)設(shè)計要求進行加強；為避免裙樓樓板應(yīng)力過大，需注意相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的施工順序；大震彈塑性分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)具備一定的塑性變形能力。