資料來源：BIAD複雜結構研究院 | 北京建工 | 建築結構
11月29日，西北第一高樓國瑞•西安金融中心順利主體結構封頂！
國瑞·西安金融中心位於西安市高新區，由一棟高達350米的塔樓、3層的裙房及地下室組成，總建築面積約29萬平方米，共75層，總投資達30多億元。建成後將成為集金融辦公、文化科技、商務休閒等功能於一體的超高層摩天建築，代表著西北地區商業寫字樓業態的最高水準。
一、項目概況
國瑞•西安金融中心位於西安市高新區創業新大陸北側建築高度350m，為西安目前在建最高的建築。該項目總建築面積29萬m2。
塔樓為75層的超高層寫字樓，裙房為3層商業用房，兩者設縫分開。地下共4層。項目參建單位和建築立面效果如下：
業主單位
陝西華威世達實業有限公司
設計單位
北京市建築設計研究院有限公司
結構顧問單位
奧雅納工程諮詢（上海）有限公司
機電初設、顧問單位
柏誠工程技術（北京）有限公司
施工總包單位
北京建工集團有限責任公司
鋼結構供應單位
浙江精工鋼結構集團有限公司
圖1 建築效果圖
塔樓平面尺寸53.8m×53.8m，高寬比6.5，首層核心筒外輪廓尺寸30.6m×30.3m，核心筒高寬比11.5。建築標準層層高4.3m，首層大堂高度15.3m，合計共設置5個避難層。
二、 結構設計難點
本工程所在區域抗震設防烈度為8度，場地類別為III類，《地震安全性評價報告》給出的水平地震影響係數最大值0.18。主要存在以下幾個難點：
1. 結構總高度高、設防烈度高、地震作用大，對結構的承載能力及變形控制提出了更高的要求；
2. 71層以上的樓層採用懸挑桁架支承於核心筒上，結構頂部豎向鞭梢效應作用顯著；
3. 本工程地基持力層為黏性土層，承載力較差，基礎設計難度大。
三、 結構方案選型
1. 結構體系選型
方案設計階段，對比了以下四種結構佈置形式：
核心筒+密柱（柱距4.5m）+伸臂+腰桁架
核心筒+外框架（柱距9m）+伸臂+腰桁架
核心筒+巨柱+斜撐
核心筒+巨柱+伸臂桁架+腰桁架
圖2 結構方案示意圖
經綜合比較，最終選定方案1為結構方案。在方案深化設計階段，為提高通透性，將外框架的柱網間距調整為6.0m。
2. 底部大堂方案
建築首層層高15.3m，塔樓外框柱距6.0m，為保證建築首層大堂通透性效果，方案設計階段對比了下述4種轉換方案：
方案1
方案2
方案3
方案4
圖3 首層大堂結構佈置示意圖
方案1，結構造價最省，建築效果也較為通透，最終確定以方案1為實施方案。
圖4 首層V撐效果圖
四、地基基礎設計
本工程塔樓與裙房之間重量差異大，為控制沉降差、減小基礎筏板厚度、減少基礎筏板鋼筋用量，基礎採用變剛度調平設計方法設計，同時考慮地基和上部結構的相互作用。採用有限元軟件PLAXIS 3D進行變形分析（圖5）。
圖5 基礎計算模型及沉降結果
塔樓下采用鑽孔灌注樁，一般樁長70m、外圍樁長65m，直徑均為1m。塔樓基礎底板厚度4m。
五、主體結構設計
塔樓採用框架-核心筒結構體系，外框由型鋼混凝土柱與鋼樑組成，內筒為鋼筋混凝土剪力牆核心筒（圖6）。
圖6 標準層結構佈置
在建築第2、4避難層設置伸臂桁架及腰桁架，第5避難層設置腰桁架。結構平面及主要的抗側力體系如圖7所示：
圖7 結構抗側力體系示意圖
1. 外框架
塔樓外框架採用鋼骨混凝土柱和鋼樑，首層柱截面1600×1600mm，頂部柱截面1300×800mm。外框型鋼樑梁高1000mm。
2. 樓蓋
塔樓樓蓋採用鋼-混凝土組合梁形式，樓板採用鋼筋桁架組合樓板，標準層樓板厚度110mm。
標準層核心筒與外框之間的樓面梁跨度12m，鋼樑高度490mm，鋼樑撓度問題通過預起拱解決。
3. 頂部懸挑桁架
觀光層以上兩層均為懸挑結構，建築效果及屋頂結構佈置示意見圖8、9。
圖8屋頂層建築效果
圖9 頂部結構形式示意
屋頂結構抗震設計時，採用罕遇地震時程分析方法對豎向鞭梢效應進行模擬。懸挑鋼結構按大震不屈服設計，支承懸挑鋼結構的剪力牆按中震彈性、大震抗剪不屈服設計。
4. 核心筒
首層核心筒剪力牆最大厚度1.4m，二層及以上為1300~500mm。底部樓層剪力牆內設置鋼板，提高剪力牆承載力及延性，中部樓層核心筒邊緣構件內設置型鋼，過渡樓層、加強層及頂部支承懸挑的核心筒牆體內設置鋼支撐。
5. 伸臂桁架
本工程共佈置了兩道伸臂桁架和三道腰桁架。
圖10 結構伸臂桁架立面佈置圖
六、主要分析結果
1. 塔樓彈性分析結果
本工程塔樓X、Y兩個方向的平動週期分別為6.26s和6.27s，第一扭轉週期3.61s。按水平地震影響係數0.18得出的X和Y方向的最大層間位移角分別為1/509和1/503，首層剪重比分別為2.50%和2.52%。
2. 結構罕遇地震下的性能分析
採用有限元分析軟件ABAQUS進行彈塑性性能分析，同時考慮了材料非線性、幾何非線性及施工過程非線性。
罕遇地震下，結構X向層間位移角最大值為1/106；結構Y向層間位移角最大值為1/109；均滿足規範限值1/100的要求。
圖11 核心筒底部剪力牆內鋼板大震下應力結果
伸臂桁架與核心筒相連的節點在中震下的最大應力為266Mpa，滿足中震彈性的設計要求。
圖12 伸臂桁架節點中震應力結果
七、 用鋼量統計
本工程塔樓部分用鋼量計算值見圖13
圖13伸臂桁架節點中震應力結果
塔樓地上地下面積共計23萬m2，按塔樓計算的型鋼用量為125kg/m2（不含栓釘、節點板、連接螺栓、混凝土內的埋件）；鋼筋用量約85 kg/m2（不含基礎底板和樁）。
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