1 工程概况

喀什国际免税广场位于新疆维吾尔自治区喀什市经济开发区，南邻深喀大道，东邻城东大道，西北两侧均为城市规划道路。工程由两栋58层的塔楼（A，B塔楼）和4层商业裙房组成，总建筑面积约48.8万m²，其中塔楼地上建筑面积29.4万m²，商业裙房地上建筑面积11.3万m²，地下室总建筑面积8.1万m²。

A，B塔楼结构高度为255m，塔尖高度为275m，高宽比为4.8。塔楼与裙房间为4层钢筋混凝土连廊，连廊两端设有防震缝，地面以上与塔楼及裙房完全脱开。A，B塔楼设2层地下室，底板顶面标高为-12.050m，埋深-15.700m；其余区域设1层地下室，底板顶面标高为-8.100～-6.100m。A塔楼建筑功能为办公、公寓、酒店、观光，B塔楼建筑功能为办公、公寓、VIP俱乐部（图1）。

图1 建筑效果图

A，B塔楼标准层层高基本一致，其中1层高6m，2～4层高5.6m，5～15层、17～31层高4m，33～45层高3.7m，47～51层高3.9m，52层高5.5m，53层高6.5m，54～57层高5.2m，58层高4.8m，16，32，46层为避难兼设备层，层高分别为5.5，6.0，5.5m。

2 方案阶段

2.1 建筑特点

喀什国际免税广场塔楼建筑方案有以下几个特点：1）建筑在44层楼面以上存在渐变收进；2）建筑平面四个角部存在圆弧形凹口；3）A-6轴、A-F轴（B-6轴、B-F轴）处外框柱在4层楼面以下不贯通落地；4）首层存在穿越两层的跃层柱。A，B塔楼剖面图如2，3图所示。

2.2 初步结构方案

针对建筑的上述特点，初步结构方案采用钢管混凝土密柱的外框架–钢梁–钢筋混凝土剪力墙核心筒的混合结构体系，且在避难层16，32，46层设有周边环带桁架，5层楼面以下设有落地转换斜撑。

2.3 结构主要构件截面尺寸

核心筒外墙厚度为1400～600mm，底部加强区部位设50mm厚Q345B级钢板，其他墙厚度为550，400，300mm，核心筒剪力墙混凝土强度等级为C60～C40；型钢混凝土柱截面形式有□1400×1400，φ1300（壁板厚度为60～40mm，材质为Q390GJ-C及Q345GJ-C）；标准层典型外框钢梁截面尺寸为H1100×600×50×50，楼层钢梁截面尺寸为H600×300×16×25，H600×300×18×30，材质为Q345C；标准层外框架与核心筒间的楼盖采用压型钢板组合楼板，厚度为120mm。

核心筒内普通钢筋混凝土楼板厚度为150mm。A，B塔楼标准层结构平面布置分别如图4，5所示。

图4 A塔楼标准层结构平面布置图

图5 B塔楼标准层结构平面布置图

2.4 第一次抗震设防专项咨询会意见及应对措施

2013年8月31日，新疆自治区住建厅主持组织国家和自治区结构专家在北京市召开该工程结构设计抗震设防专项咨询会，关于结构布置主要达成以下意见：

（1）墙肢在拉、剪复合应力作用下，当墙肢的拉应力大于2f_tk（f_tk为混凝土抗拉强度标准值）时，墙内型钢或钢筋的抗剪承载力急剧降低，为了保证墙肢的安全，应该复核双向水平地震作用下各墙肢中震不屈服时的拉应力的大小和范围，且墙肢的拉应力不应大于2ftk，可取各单个墙肢的截面尺寸，按单工况静载、活载及X向、Y向地震作用下的轴力组合，顺序列表给出最大拉应力；

（2）外框柱距为4.5m，但平面四角凹进，相当于四片平面框架，承担的倾覆弯矩在33层才达到50%，与框筒的受力特征有明显差距。

针对专家的意见，为了满足双向水平地震作用下各主要墙肢中震不屈服拉应力不大于2f_tk的要求，对结构布置做出以下调整，使得外筒更多地分担地震作用，减小内筒的拉力：1）在平面四角凹口部位增设交叉钢斜撑，以增强角部外框架的刚度；2）在四个结构面上设置钢斜撑并加强底部加强部位的外框架梁。角部凹口处交叉钢斜撑立面图及结构四个面上的钢斜撑布置分别如图6，7所示。

3 第二次抗震设防专项咨询会意见及应对措施

A塔楼结构三维模型图及钢斜撑三维示意图分别如图8，9所示。

2013年10月28日，在北京市召开工程第二次抗震设防专项咨询会。专家就该项目结构抗震设计提出如下意见：

（1）抗震设防标准正确.

（2）鉴于设防烈度较高，建议内筒采用钢结构框架-支撑体系，外筒为钢密柱框架、角部斜撑体系；内外筒承担的弯矩和剪力基本相当，可部分采用钢管混凝土柱，框架支撑体系中，支撑作为第一道防线，框架为第二道防线，可假定支撑全部退出工作，由支撑框架部分的框架承担25%的楼层剪力，如有可能，可采用防屈曲支撑。

（3）如采用现有的混合结构体系，应改进，外框筒宜采用大斜撑，应与建筑和设备专业协商，采用合理的连接构造，使传力清楚，并应进行施工模拟分析。

（4）应进一步提供综合技术经济指标，考虑结构主体用钢量、基础（包括桩基）费用、施工进度等各种因素。

经核算混合结构方案用钢量在300kg/m²左右，且基础费用高，因此决定在初步设计阶段将方案设计阶段的混合结构体系修改成纯钢结构体系，且对该体系做深入的分析论证。

4 A塔结构体系及特点

4.1 A塔结构体系

该项目地下结构连为一体，裙房和塔楼从地面以上设防震缝分开。塔楼部分采用框架角撑外筒+框架支撑内筒的钢结构体系（图10），底部1～15层采用钢管混凝土柱，15层以上为纯钢结构。1～46层平面为52.8m×52.8m，46层以上开始缩进，外筒为角部设有支撑的钢结构，高宽比约为4.83，带支撑的钢桁架内筒高宽比为8.76。

内、外筒之间采用钢梁连接，最大跨度为12.5m，结构的楼盖体系为由钢梁和压型钢板组合而成的整体楼板，竖向荷载由压型钢板组合楼盖传到内筒和外筒，然后由内筒和外筒把竖向荷载传到基础。

图10 结构抗侧力体系构成

结构外筒除了在角部设有支撑外，还在16，32，46层避难层设有环向的钢支撑，以加强结构的空间整体刚度、改善外筒柱的剪力滞后效应。结构外筒立面如图11所示。内筒柱之间除了钢梁外还设置了截面较小的圆钢管支撑，这些柱间支撑既提高了内筒的刚度，又在中震和大震中起到了屈服耗能的作用。内筒南立面如图12所示。

由于外筒中柱不落地，在底部1～4层设置了大支撑进行转换，底部大支撑同时增强了外筒的刚度和承载力。底部大支撑立面见图13。

图13 外筒底部大支撑立面图

4.2 超限情况

根据现行《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2010）（简称抗规）第8.1.1条规定，8度（0.30g）地区筒中筒钢结构最大适用高度为240m，本项目结构总高度为255m，超过抗规要求15m；1层楼板开大洞，有效楼板宽度比例小于50%，导致该位置出现跃层柱；在避难层的下一层（即15，31，45层），刚度比不满足高规要求，为软弱层。所以结构存在高度超限以及楼板不连续和竖向刚度不连续两项一般性规则超限。

超限审查的主要意见有：1）转换支撑应满足大震抗弯不屈服、抗剪弹性的性能目标；2）内筒北侧立面支撑未对称布置，需增加支撑。针对超限审查意见采取的应对措施分别为：1）设计中通过适当增大转换支撑截面并采用Q420高强度钢，最终实现了该性能目标；2）在内筒北立面从下到上增加一跨支撑，使支撑对称布置，布置位置和南立面（图12）一致，从而使内筒构件受力更加均匀。

4.3 结构设计中的关键问题

结构设计中的关键问题包括：1）结构内、外筒剪力分配；2）整体稳定分析；3）楼板舒适度。

4.4 抗震性能目标

针对本工程高度超限及两项一般性规则超限，基于性能化的抗震设计方法，对结构整体变形和构件设计设定了以下抗震性能目标：

（1）小震：结构完好，处于弹性状态，不需要修理即可继续使用。

（2）中震：关键构件基本弹性，竖向普通构件不屈服，耗能部分构件轻度损坏，经修理后可继续使用。

（3）大震：关键构件轻微损坏，竖向普通构件部分轻度损坏，耗能构件塑性耗能，承载力到达极限值后基本维持稳定，降低少于5%，层间位移角满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）简称高规）要求，确保“大震不倒”且留有富余。主要构件的性能目标见表1。

4.5 特殊节点做法

在A塔3层采用人字形支撑转换的位置，在性能化设计过程中，转换桁架节点按大震不屈服设计。节点位置见图14，节点做法见图15，考虑到转换桁架的方钢管混凝土支撑和柱承受了巨大的轴向拉压力，因此节点盖板采用Q420钢材，且钢板厚度为100mm。

图14 节点位置图

图15 节点做法示意图

施工现场照片：

更多内容详见2014年第16期杂志文章：《喀什国际免税广场A塔超高层钢结构设计》、《喀什国际免税广场A塔超高层钢结构性能化抗震设计》作者：刘琼祥，王启文，张建军，周斌，骆日旺，杨旺华（深圳市建筑设计研究总院有限公司）

2015年第7期《转自：建筑结构-公众号》杂志文章：《喀什国际免税广场塔楼结构体系设计与研究》，作者：骆日旺，王益山，谢能俏，李锋，刘聪明（深圳市建筑设计研究总院有限公司）。

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