1 工程概况

深圳证券交易所大厦位于深圳福田区，南邻深南大道，西邻民田路，北邻福中三路，东邻鹏城二路。项目占地175000m²，地下3层，地上45层，塔楼结构高228m，标准楼层平面尺寸约54m×54m。在地面以上36m高处（7~10层）设置一个24m高的抬升悬臂裙楼，裙楼最大悬臂与支撑的距离为37m，裙楼平面尺寸约为160m×100m。裙楼及其下部楼层为各项证券交易区域，其他楼层主要为办公。

工程场地类别为Ⅱ类，第一组。塔楼12层及以上抗震设防烈度为7度，抗震设防类别为丙类，钢筋混凝土核心筒抗震等级及组合外框架抗震等级均为一级；12层以下及裙楼主要结构构件抗震设防烈度为8度，抗震设防类别为乙类，钢筋混凝土核心筒及组合外框架抗震等级均为特一级。典型楼层钢材强度等级为Q345，对于裙楼以下中庭角柱及周边关键支撑提高至Q390。混凝土材料强度均不低于C30。

塔楼的结构体系是由外围刚性框架与钢筋混凝土核心筒组成的筒中筒体系，主要结构组成如图1所示。塔楼结构高宽比约为4.2，除个别楼层局部楼板不连续外，无其他平面不规则项。由于大悬挑结构的布置，引起结构竖向尺寸突变；在塔楼4~5层东西两侧，设置转换桁架以减少外框柱来增加首层大堂使用空间，造成结构局部竖向抗侧力构件不连续。基于以上结构特点，本项目属于超限结构，需进行超限高层建筑抗震设防专项审查。

图1 结构组成

位于地面以上36m处的裙楼，结构高度约24m，包含3层结构楼层和1层夹层，顶部为可上人的屋顶花园。裙楼在结构空间上采用多榀平面巨型钢桁架和次钢桁架传递悬挑结构荷载，各桁架布置位置及裙楼荷载传力路径如图2所示。

图2 裙楼桁架布置及传力路径

为减小裙楼悬挑长度，在塔楼外框架以外，中庭角部布置4个巨型柱支承裙楼竖向荷载，并在两侧布置附加的钢斜撑将巨柱与塔楼框架连接起来形成钢桁架筒，钢桁架筒并与塔楼核心筒组成双重抗侧体系，可提高结构抗侧刚度及抵抗水平作用。中庭角柱和外框架斜撑布置如图3所示。

图3 中庭角柱及支撑立面布置（南北向）

为增加首层大堂使用空间，在塔楼东西两侧4~5层设置转换桁架，将外框柱由13根转换为7根，东西向框架立面如图4所示。

图4 东西两侧转换桁架布置

塔楼的楼面结构采用钢梁与混凝土楼板组合体系。裙楼内楼面结构采用桁架梁和支撑于主桁架上的大跨度楼面钢梁来传递面内拉、压应力，同时在屋顶及其最下层（7, 10层）楼面内布置水平钢支撑（图5）以传递轴力、减缓裂缝开展。

图5 裙楼桁架平面位置示意及楼面支撑布置

2 主要设计分析

由于结构竖向不规则且高度超限，在结构整体分析时依据国家、广东省、深圳市的相关设计规程及标准，按不同的抗震性能水准进行结构设计，以满足弹性、弹塑性性能目标设计要求^[1]。同时计算了塔楼的加速度（包括裙楼的竖向加速度），由计算结果可知，结构在风荷载作用下舒适度满足要求。

根据相关规范的要求，采用两种不同的分析软件（MIDAS，ETABS）建立弹性分析计算模型，从计算结果可知：1)结构主要为风荷载控制；2)结构高228m，楼层位移角规范限值为1/566，结构整体位移角满足要求。在悬挑结构和转换结构同时存在的情况下，结构仍然要满足双重抗侧体系的设计要求。

为了验证裙楼桁架及其下斜撑布置的合理性，结构设计时对抗侧体系进行了分析。从计算结果看，裙楼以上的塔楼外框架有足够的抗侧刚度，而裙楼及以下的桁架及钢斜撑能有效地分担塔楼楼层剪力，提高外框架侧向刚度。由于塔楼核心筒与外框架以及外部桁架筒之间侧向剪力的相互传递，且受悬挑结构桁架间的拉、压力的影响，裙楼区域各楼层楼面结构承担较显著的面内荷载。

本层楼面梁均为钢梁，计算时不考虑组合楼板的有利作用，在楼板浇注完成后增设钢斜撑，钢斜撑仅承受施工阶段和使用阶段的活荷载，分析时考虑施工顺序来模拟钢斜撑的作用。图6~8为裙楼顶层板内斜撑受力及塔楼楼板应力分布云图。

图6 裙楼顶层板内斜撑利用率（最大值0.62）（重力组合工况）

图7 塔楼楼板剪应力（重力组合工况）

图8 塔楼楼板正应力（重力组合工况）

3 构件设计及节点设计

对于塔楼主要构件及裙楼次要构件，考虑重力荷载、风荷载、水平地震的各组合工况进行包络设计。基于裙楼结构的复杂性，悬臂桁架、支撑裙楼的柱及斜撑同时考虑竖向地震的组合，抗震性能目标提高至中震弹性、大震不屈服，且不发生屈曲破坏。东西两侧4~5层转换桁架，在中震及大震作用下均要保持弹性。图9~12为部分重要构件在各控制工况下的应力比（构件受力与承载力比值）及其最大利用率，以验证构件的传力效果。

图9 主桁架1应力比云图（最大值0.90）（重力组合工况）

图10 主桁架4应力比云图（最大值0.87）（重力组合工况）

图11 转换桁架应力比云图（最大值0.78）（大震弹性组合工况）

(a)南、北立面柱群

(b)东、西立面柱群

图12 外框柱应力比云图（最大值0.67）（小震组合工况）

工程裙楼与塔楼的节点连接构件较多、内力较大，节点连接至关重要。基于强节点弱构件的设计理念进行相关节点的连接设计，不同荷载工况下节点保持在弹性或接近弹性的工作状态。节点受力同时考虑构件的超强度，即考虑材料强度的超强因素，设计时对构件内力进行放大。节点焊缝附近避免过高的应力集中以防止脆性断裂破坏。支撑裙楼的中庭角柱上节点（节点5）的位置和等效应力云图见图13，14。分析结果显示，节点5具有一定的强度储备，满足设计要求。

图13节点5位置及有限元模型

图14 节点5等效应力云图

4 结论

深圳证券交易所建筑形式新颖，塔楼采用核心筒–型钢混凝土组合框架结构体系，低区结构采用钢桁架筒+核心筒双重抗侧力体系，悬挑裙楼通过设置不同方向的主、次钢桁架，保证了荷载的有效传递，使结构受力简洁明确。

对结构进行弹性及弹塑性分析后得出以下结论：塔楼在多遇地震下结构性能满足相关设计规范要求，外框架提供了足够的抗侧刚度，并与核心筒共同作用形成双重抗侧结构体系；构件设计主要由风荷载与重力荷载组合控制，重要构件按不同抗震性能目标设计要求进行加强；为避免裙楼楼板应力过大，需注意相关结构构件的施工顺序；大震弹塑性分析结果表明结构具备一定的塑性变形能力。

更多内容详见2014年第24期《转自：建筑结构-公众号》杂志文章：《深圳证券交易所结构设计》，作者：朴才思，Rory McGowan，何伟明，李秀英，张然（奥雅纳工程顾问）。

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《转自：建筑结构-公众号》杂志

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