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(xiàng)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(gè)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(xiàng)證券交易區(qū)域，其他樓層主要為辦公,。

工程場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi),，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(lèi)別為丙類(lèi),，鋼筋混凝土核心筒抗震等級(jí)及組合外框架抗震等級(jí)均為一級(jí)；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(lèi)別為乙類(lèi),，鋼筋混凝土核心筒及組合外框架抗震等級(jí)均為特一級(jí)。典型樓層鋼材強(qiáng)度等級(jí)為Q345,，對(duì)于裙樓以下中庭角柱及周邊關(guān)鍵支撐提高至Q390,?；炷敛牧蠌?qiáng)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(gè)別樓層局部樓板不連續(xù)外,，無(wú)其他平面不規(guī)則項(xiàng),。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(lái)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(diǎn)，本項(xiàng)目屬于超限結(jié)構(gòu),，需進(jìn)行超限高層建筑抗震設(shè)防專(zhuān)項(xiàng)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(zhǎng)度，在塔樓外框架以外,，中庭角部布置4個(gè)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(lái)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(lái)傳遞面內(nèi)拉、壓應(yīng)力,，同時(shí)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(kāi)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(jì)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(shí)依據(jù)國(guó)家,、廣東省,、深圳市的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)，按不同的抗震性能水準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，以滿足彈性,、彈塑性性能目標(biāo)設(shè)計(jì)要求^[1]。同時(shí)計(jì)算了塔樓的加速度（包括裙樓的豎向加速度）,，由計(jì)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(jì)算模型,，從計(jì)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(shí)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(jì)要求,。

為了驗(yàn)證裙樓桁架及其下斜撐布置的合理性,，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)抗側(cè)體系進(jìn)行了分析。從計(jì)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(jì)算時(shí)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(shí)考慮施工順序來(lái)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(jì)及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

對(duì)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(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)?；谌箻墙Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,，懸臂桁架,、支撐裙樓的柱及斜撐同時(shí)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(yàn)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(diǎn)連接構(gòu)件較多,、內(nèi)力較大,，節(jié)點(diǎn)連接至關(guān)重要?；趶?qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行相關(guān)節(jié)點(diǎn)的連接設(shè)計(jì),，不同荷載工況下節(jié)點(diǎn)保持在彈性或接近彈性的工作狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)受力同時(shí)考慮構(gòu)件的超強(qiáng)度,，即考慮材料強(qiáng)度的超強(qiáng)因素,，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)構(gòu)件內(nèi)力進(jìn)行放大。節(jié)點(diǎn)焊縫附近避免過(guò)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(diǎn)（節(jié)點(diǎn)5）的位置和等效應(yīng)力云圖見(jiàn)圖13,，14。分析結(jié)果顯示,，節(jié)點(diǎn)5具有一定的強(qiáng)度儲(chǔ)備,，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖13節(jié)點(diǎn)5位置及有限元模型

圖14 節(jié)點(diǎn)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(guò)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(jiǎn)潔明確,。

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jì)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(jì)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(jì)要求進(jìn)行加強(qiáng)；為避免裙樓樓板應(yīng)力過(guò)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,。