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喀什國際免稅廣場位于新疆維吾爾自治區(qū)喀什市經濟開發(fā)區(qū)，南鄰深喀大道，東鄰城東大道，西北兩側均為城市規(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塔樓結構高度為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，連廊兩端設有防震縫，地面以上與塔樓及裙房完全脫開。A，B塔樓設2層地下室，底板頂面標高為-12.050m，埋深-15.700m；其余區(qū)域設1層地下室，底板頂面標高為-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塔樓標準層層高基本一致，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層為避難兼設備層，層高分別為5.5，6.0，5.5m。 2 方案階段 2.1 建筑特點 喀什國際免稅廣場塔樓建筑方案有以下幾個特點：1）建筑在44層樓面以上存在漸變收進；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 初步結構方案 針對建筑的上述特點，初步結構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構體系，且在避難層16，32，46層設有周邊環(huán)帶桁架，5層樓面以下設有落地轉換斜撐。 2.3 結構主要構件截面尺寸 核心筒外墻厚度為1400～600mm，底部加強區(qū)部位設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，材質為Q390GJ-C及Q345GJ-C）；標準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，材質為Q345C；標準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。 核心筒內普通鋼筋混凝土樓板厚度為150mm。A，B塔樓標準層結構平面布置分別如圖4，5所示。
圖4 A塔樓標準層結構平面布置圖
圖5 B塔樓標準層結構平面布置圖
2.4 第一次抗震設防專項咨詢會意見及應對措施 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)結構專家在北京市召開該工程結構設計抗震設防專項咨詢會，關于結構布置主要達成以下意見： （1）墻肢在拉、剪復合應力作用下，當墻肢的拉應力大于2ftk（ftk為混凝土抗拉強度標準值）時，墻內型鋼或鋼筋的抗剪承載力急劇降低，為了保證墻肢的安全，應該復核雙向水平地震作用下各墻肢中震不屈服時的拉應力的大小和范圍，且墻肢的拉應力不應大于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力； （2）外框柱距為4.5m，但平面四角凹進，相當于四片平面框架，承擔的傾覆彎矩在33層才達到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力不大于2ftk的要求，對結構布置做出以下調整，使得外筒更多地分擔地震作用，減小內筒的拉力：1）在平面四角凹口部位增設交叉鋼斜撐，以增強角部外框架的剛度；2）在四個結構面上設置鋼斜撐并加強底部加強部位的外框架梁。角部凹口處交叉鋼斜撐立面圖及結構四個面上的鋼斜撐布置分別如圖6，7所示。 3 第二次抗震設防專項咨詢會意見及應對措施 A塔樓結構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防專項咨詢會。專家就該項目結構抗震設計提出如下意見： （1）抗震設防標準正確. （2）鑒于設防烈度較高，建議內筒采用鋼結構框架-支撐體系，外筒為鋼密柱框架、角部斜撐體系；內外筒承擔的彎矩和剪力基本相當，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)有的混合結構體系，應改進，外框筒宜采用大斜撐，應與建筑和設備專業(yè)協(xié)商，采用合理的連接構造，使傳力清楚，并應進行施工模擬分析。 （4）應進一步提供綜合技術經濟指標，考慮結構主體用鋼量、基礎（包括樁基）費用、施工進度等各種因素。 經核算混合結構方案用鋼量在300kg/m2左右，且基礎費用高，因此決定在初步設計階段將方案設計階段的混合結構體系修改成純鋼結構體系，且對該體系做深入的分析論證。 4 A塔結構體系及特點 4.1 A塔結構體系 該項目地下結構連為一體，裙房和塔樓從地面以上設防震縫分開。塔樓部分采用框架角撐外筒 框架支撐內筒的鋼結構體系（圖10），底部1～15層采用鋼管混凝土柱，15層以上為純鋼結構。1～46層平面為52.8m×52.8m，46層以上開始縮進，外筒為角部設有支撐的鋼結構，高寬比約為4.83，帶支撐的鋼桁架內筒高寬比為8.76。 內、外筒之間采用鋼梁連接，最大跨度為12.5m，結構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筒和外筒，然后由內筒和外筒把豎向荷載傳到基礎。 圖10 結構抗側力體系構成
結構外筒除了在角部設有支撐外，還在16，32，46層避難層設有環(huán)向的鋼支撐，以加強結構的空間整體剛度、改善外筒柱的剪力滯后效應。結構外筒立面如圖11所示。內筒柱之間除了鋼梁外還設置了截面較小的圓鋼管支撐，這些柱間支撐既提高了內筒的剛度，又在中震和大震中起到了屈服耗能的作用。內筒南立面如圖12所示。
由于外筒中柱不落地，在底部1～4層設置了大支撐進行轉換，底部大支撐同時增強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《建筑抗震設計規(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)筒中筒鋼結構最大適用高度為240m，本項目結構總高度為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。所以結構存在高度超限以及樓板不連續(xù)和豎向剛度不連續(xù)兩項一般性規(guī)則超限。 超限審查的主要意見有：1）轉換支撐應滿足大震抗彎不屈服、抗剪彈性的性能目標；2）內筒北側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對措施分別為：1）設計中通過適當增大轉換支撐截面并采用Q420高強度鋼，最終實現(xiàn)了該性能目標；2）在內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，從而使內筒構件受力更加均勻。 4.3 結構設計中的關鍵問題 結構設計中的關鍵問題包括：1）結構內、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 針對本工程高度超限及兩項一般性規(guī)則超限，基于性能化的抗震設計方法，對結構整體變形和構件設計設定了以下抗震性能目標： （1）小震：結構完好，處于彈性狀態(tài)，不需要修理即可繼續(xù)使用。 （2）中震：關鍵構件基本彈性，豎向普通構件不屈服，耗能部分構件輕度損壞，經修理后可繼續(xù)使用。 （3）大震：關鍵構件輕微損壞，豎向普通構件部分輕度損壞，耗能構件塑性耗能，承載力到達極限值后基本維持穩(wěn)定，降低少于5%，層間位移角滿足《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ 3—2010）簡稱高規(guī)）要求，確保“大震不倒”且留有富余。主要構件的性能目標見表1。
4.5 特殊節(jié)點做法 在A塔3層采用人字形支撐轉換的位置，在性能化設計過程中，轉換桁架節(jié)點按大震不屈服設計。節(jié)點位置見圖14，節(jié)點做法見圖15，考慮到轉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)點蓋板采用Q420鋼材，且鋼板厚度為100mm。
圖15 節(jié)點做法示意圖 施工現(xiàn)場照片：
更多內容詳見2014年第16期雜志文章：《喀什國際免稅廣場A塔超高層鋼結構設計》、《喀什國際免稅廣場A塔超高層鋼結構性能化抗震設計》作者：劉瓊祥，王啟文，張建軍，周斌，駱日旺，楊旺華（深圳市建筑設計研究總院有限公司） |
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