第 41 卷 第 4 期
2011 年 4 月
建 筑 结 构
Building Structure
Vol. 41 No. 4
Apr. 2011
无锡苏宁广场超限高层结构设计
贾 锋， 朱旭荣
(江苏省建筑设计研究院有限公司，南京 210029)
［摘要］ 无锡苏宁广场项目由南、北两座超高层塔楼，以及平面布置特别不规则的商业裙楼构成。着重介绍了工
程的体系特点，基于性能的抗震设计原则和方法，风洞试验结果分析和应用，整体计算结果，动力弹塑性分析结果，
以及针对工程中的薄弱环节所采取的相应对策和措施。
［关键词］ 超限高层;高宽比;加强层;计算分析
中图分类号:TU355 文献标识码:A 文章编号:1002-848X(2011)04-0079-04
Structure design of super high-rise building of Wuxi Suning Plaza
Jia Feng，Zhu Xurong
(Jiangsu Provincial Architectural Design and Research Institute，Nanjing 210029，China)
Abstract:Wuxi Suning Plaza is composed of two high-rise towers in south and north and a commercial podium which is
extremely irregularly arranged. The system characteristics of the structure， the principles and methods of aseismic
calculation based on performance，analysis and application of the wind tunnel test results，overall computing results，EPDA
analysis results as well as the response strategy and measures that should be adopted in the weak members were introduced.
Keywords:super high-rise building;ratio of height to width;strengthened story;calculating analysis
作者简介:贾锋，高级工程师，主任工程师，Email:51673182 @ 163.
com。
1 工程概况
无锡苏宁广场项目位于无锡城区繁华地段，中
山路和人民路交叉路口。工程由南、北两座塔楼、商
业裙房及 4 层地下室组成(图 1)。北塔楼主要用做
办公、酒店式公寓和五星级酒店，南塔楼为公寓，中
间为商业裙房;地下层 1 用做商业，地下层 2，3 为车
库，地下层 4 为设备用房，局部为六级人防。工程总
建筑面积约 31. 2 万 m2，其中地上建筑面积约 23 万
m2，地下建筑面积约 8. 2 万 m2。
图 1 建筑效果图
地面以上设置防震缝将北楼、南楼和商业裙房
分割为三个独立的结构单元。北塔楼长 53m，宽
36. 6m，结构高度 291. 9m，地上 68 层，核心筒尺寸
为 15. 9m × 24. 5m，外框架柱距为 10m，地上部分建
筑面积约 10. 2 万 m2;南塔楼长 61m，宽 18m，结构
高度 168m，地上 49 层，框架柱距 8. 2m，地上部分建
筑面积约 4. 5 万 m2;裙房长 145m，宽 95m，结构高
度 47. 1m，地上 8 层，局部
9 层，框架柱网为 8. 5m ×
11. 2m，地上部分建筑面积
约 8. 3 万 m2。4 层地下室
不设缝连为一体。
工程的建筑结构安全
等级为二级，地基基础设
计等级为甲级，设计使用
年限 50 年，抗震设防类别
南楼层 9 及以上为丙类，
其余为乙类。抗震设防烈度为 6 度，基本地震加速
度为 0. 084g(安评)，水平地震影响系数最大值为
0. 078(安评)。场地类别为Ⅲ类，场地特征周期为
0. 50s。
2 结构体系
2. 1 基础及地下室设计
拟建场地覆盖层厚度为 112 ～ 115m，下覆基岩
为砂岩，场地土类型为中软土，场地类别为Ⅲ类。场
地土不存在砂土液化及软土震陷影响。根据安评报
告，工程场地范围内未发现断裂构造，属相对稳定场
地，适宜工程建设。
塔楼与裙房基础均采用钢筋混凝土钻孔灌注桩
基础，以层瑏瑢细砂层为桩端持力层，桩端进入持力层
8m。桩径为1 000，有效桩长约 67m，桩身混凝土强
度等级为 C40，单桩竖向承载力特征值为9 000 kN，
塔楼桩距约为 3. 0m;局部抗浮不满足要求处采用钻
孔灌注桩作为抗拔桩，桩径为 700，有效桩长约
24m，桩身混凝土强度等级为 C40，单桩竖向抗拔承
载力特征值为 1 000 kN。北塔楼部分筏板厚度为
4. 2m，裙楼部分筏板厚度为 1. 5m，南塔楼部分承台
厚 3. 2m。
地下层 1 ～ 3 采用无梁楼盖，板厚约 500(空心
板);地下室顶板作为上部结构的嵌固部位采用梁
板式结构，梁截面尺寸约 600 × 750，板厚约 200。
建 筑 结 构 2011 年
地下室在塔楼与裙房之间不设沉降缝，通过控
制塔楼沉降量，在塔楼与裙房之间设置沉降后浇带，
并采取控制后浇带封闭时间等措施，来调整塔楼与
裙房之间的差异沉降。由于地下室面积较大且未设
置伸缩缝，为防止混凝土产生裂缝，在混凝土中掺入
适量微膨胀剂(或抗裂纤维)，提高地下室底板、楼
板和框架梁的钢筋配筋率，增加结构本身的抗收缩
能力。同时通过增设施工后浇带，加强施工养护，调
整粗骨料大小、水灰比等改善混凝土的收缩性能。
经沉降计算，最大沉降约 9cm，出现在北塔楼核心筒
中心区域。
2. 2 上部结构
北塔楼采用混合结构(SRC 柱、钢梁-钢筋混凝
土核心筒结构)，根据建筑功能的需要，核心筒尺寸
为 15. 9m × 24. 5m，核心筒的高宽比达到 18. 3;外框
架柱距为 10m，建筑高宽比为 8. 10。核心筒外框剪
力墙的厚度由底层的 1 100 mm 向上逐渐收为
600mm。
为了提高外框架的延性，减小框架柱的截面尺
寸，矩形框架柱采用型钢混凝土柱，型钢含钢率按照
轴压比和整体刚度的要求控制在 6% ～ 10%;底层
框架柱截面尺寸为1 800 × 1 200，逐步收减截面尺
寸至1 200 × 800;圆形框架柱采用钢管混凝土柱，柱
截面尺寸由底层的 1 800逐步收至 1 200;框架
梁采用型钢梁。楼面采用压型钢板混凝土组合楼
板，标准层板厚 110mm，加强层上下层板厚 150mm。
为了使混合结构体系更好地发挥作用，在核心
筒的四个角部设钢骨混凝土暗柱。为减少核心筒后
期收缩徐变的影响，在核心筒内的适当部位增设型
钢，以增强核心筒的竖向刚度。图 2 为北塔楼标准
层平面图。
为了增强结构的整体刚度、减小水平荷载作用
下的变形，外框架通过在层 25，41，63 设备避难层设
置了腰桁架在外围相连，使外框架竖向构件受力均
匀，同时在上述 3 层沿 X 向设置了外伸桁架，以此
共同承担风荷载和地震作用引起的结构倾覆力矩和
剪力。伸臂桁架由于建筑布置的需要，采用了 V 字
形支撑，而腰桁架采用常用的人字形支撑，支撑和上
下弦杆均采用 H 型钢［1］。伸臂桁架采用贯穿剪力
墙的形式。加强层布置见图 3。
南塔楼结构总高 168m，采用框架-剪力墙结构。
剪力墙布置为两个筒体，框架间距为 5 ～ 9m。因筒
体尺寸较小，加之建筑平面 Y 向尺寸较短，高宽比
很大，达到 9. 5，所以在两侧布置长墙以增强 Y 向刚
度。筒体墙厚为 600，两侧墙体 48m 以下为 800 厚，
图 2 北塔楼标准层平面图
48m 以上为 600 厚。框架柱也采用型钢混凝土柱，
到层 30 以上改为普通钢筋混凝土柱。图 4 为南塔
标准层结构布置示意图。
裙房 8 层，局部 9 层，高 47. 1m，采用框架-剪力
墙结构，主要利用楼梯电梯间做剪力墙，框架柱网一
般为 8. 5m × 11. 2m。北面入口门厅上部空间跨度
较大，约 30m，采用单跨型钢梁。层 6 以上电影厅形
成 25m 以上大跨梁，采用型钢混凝土梁。
图 3 北塔加强层模型 图 4 南塔标准层布置
3 结构计算分析
3. 1 主要计算参数
3. 1. 1 风荷载
根据《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)，
无锡地区重现期为 50 年的风压值为 0. 45kN /m2，重
现期为 100 年的风压值为 0. 50kN /m2，地面粗糙度
类别为 C 类，风荷载体型系数为 1. 4。北塔楼承载
力按 100 年重现期风压值计算，位移按 50 年重现期
风压值计算;南塔楼均按 100 年重现期风压值(另
外考虑狭风效应将风荷载放大 1. 1 倍)计算，裙房
按 50 年重现期风压值计算。同时根据风洞试验报
08
第 41 卷 第 4 期 贾 锋，等 .无锡苏宁广场超限高层结构设计
告提供的数据进行计算对比并取大值。北塔楼 X
向取最不利风向角 150°产生的风荷载，Y 向取最不
利风向角 90°产生的风荷载;南塔楼 X 向取最不利
风向角 0°产生的风荷载，Y 向取最不利风向角 90°
产生的风荷载。风向角定义见图 5。
图 5 风洞试验风向角定义
3. 1. 2 地震作用
根据《无锡苏宁广场结构超限设计咨询会意
见》，工程对多遇地震按抗震规范和“安评”结果的
大值设计。其中安评地震影响系数如下:
α =
［0. 45 + 10(η2 － 0. 45)T］αmax (0≤T≤0. 1s)
η2αmax (0. 1s < T≤Tg)
(Tg / T)
γη2αmax (T > Tg
{
)
式中:η2 为阻尼调整系数;γ 为曲线下降段的衰减
指数。
对于中震和大震仍按《建筑抗震设计规范》
(GB50011—2001)(2008 年版)中 6 度的有关地震
动参数进行计算。6 度中震 αmax = 0. 114，6 度大震
αmax = 0. 25。场地类别为Ⅲ类，T g = 0. 50s;结构阻尼
比除北塔楼采用 0. 04 外，其余为 0. 05。工程所用
到的地震影响系数反应谱曲线如图 6 所示。
图 6 反应谱对照图
3. 2 结构计算结果
弹性阶段分别采用 SATWE 和 ETABS 软件计算
分析。SATWE 采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等
杆件，用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙;
对于楼板程序给出四种简化假定，即楼板整体平面
内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带
和弹性楼板。ETABS 程序的计算模型采用空间杆
系模拟梁、柱单元，考虑杆单元的剪切变形、轴向变
形、弯曲变形和扭转变形。剪力墙采用壳元，楼板采
用膜单元。两种程序分析出的结构反应特征、变化
规律基本吻合，平动周期较长，说明结构较柔，扭转
周期较小，只有平动周期的一半，说明结构具有较强
的抗扭刚度。ETABS 的计算结果较 SATWE 略刚。
北塔楼和南塔楼在地震、风荷载作用下的主要
计算结果分别如表 1，2 所示。由表可见，整体作用
力和结构变形均为风荷载控制，各项指标均满足规
范要求。三个计算单元均以地下室顶板为计算嵌固
部位。
北塔楼地震、风荷载作用下的主要计算结果 表 1
计算程序 SATWE ETABS
自振
周期
/ s
T1(平动系数) 7. 615 0(0. 75 + 0. 25) 7. 14
T2(平动系数) 6. 338 6(0. 25 + 0. 75) 5. 83
T3(扭转系数) 3. 065 2(0. 00 + 0. 00) 2. 64
地震
方向 X Y X Y
基底剪力 / kN 16 822. 70 17 055. 87 18 060 19 190
剪重比 /% 1. 03 1. 04 1. 10 1. 10
最大层间位移
1 /864
(< 1 /500)
1 /1 134
(< 1 /500)
1 /862
(< 1 /500)
1 /1 230
(< 1 /500)
风荷
载
总风力 / kN 26 645 17 573 22 090 15 250
最大层间位移
1 /514
(< 1 /500)
1 /1 099
(< 1 /500)
1 /674
(< 1 /500)
1 /1 519
(< 1 /500)
总质量 / t 171 246 173 400
南塔楼地震、风荷载作用下的部分计算结果 表 2
计算程序 SATWE ETABS
自振周期 / s
T1(平动系数) 4. 372(0 + 1) 4. 796 6
T2(平动系数) 3. 83(0. 93 + 0) 3. 729 6
T3(扭转系数) 2. 90(0. 93) 2. 890 5
地震
方向 X Y X Y
基底剪力 / kN 14 048 15 375 15 580 15 680
剪重比 /% 1. 45 1. 59 1. 48 1. 49
最大层间位移
1 /1 293
(< 1 /722)
1 /959
(< 1 /722)
1 /1 524
(< 1 /722)
1 /899
(< 1 /722)
风荷载
总风力 / kN 4 639 17 228 4 865 16 700
最大层间位移
1 /4 005
(< 1 /722)
1 /761
(< 1 /722)
1 /4 808
(< 1 /688)
1 /840
(< 1 /688)
总质量 / t 104 837 105 000
3. 3 风荷载分析与抗风设计
工程为高度及高宽比均超限的高层建筑，风荷
载已成为最重要的水平荷载，其在北塔楼及南塔楼
的 Y 向所产生的层间位移角与底部剪力已大于地
震所引起的相应值。工程的风荷载分析采用了风洞
试验与规范相结合的方法。计算结果表明:风洞试
验体型系数均小于规范规定的体型系数，试验风荷
18
建 筑 结 构 2011 年
载小于规范计算值。工程南北塔楼均为长方形，X，
Y 向存在明显的刚度差，风荷载顺风向与横风向风
振相差不大，但其叠加效应明显不可忽略。以南塔
楼风洞试验为例:X 向风引起横风效应顶点位移响
应为 0. 060 5 m，而 Y 向顺风向顶点位移响应为
0. 131 6m。X 向风引起横风效应顶点最大加速度响
应为0. 085 9m / s2，而 Y 向顺风向顶点最大加速度响
应为0. 131 6m / s2。考虑横风与顺风叠加效应，X 向
风位移响应为 0. 08m，Y 向风位移响应为 0. 138m;X
向风顶点加速度响应为0. 105 8m / s2，Y 向风顶点加
速度响应为0. 150 2m / s2。风荷载作用下顺风向和
横风向顶点最大加速度见表 3。根据《高层建筑混
凝土结构技术规程》(征求意见稿)，结构顶点的顺
风向和横风向振动最大加速度分别满足，不进行叠
加。舒适度验算结果显示，规范计算顺风向加速度
偏小，横风向加速度偏大。
结构顶点最大加速度 /m / s2 表 3
最大加速度 规范结果 风洞试验结果
北楼
顺风向 0. 06 0. 070 1
横风向 0. 21 0. 128 8
南楼
顺风向 0. 046 0 0. 120 5
横风向 0. 131 4 0. 085 9
3. 4 罕遇地震作用下结构计算分析
采用 PERFORM-3D 软件对罕遇地震作用下结
构非线性地震反应进行计算分析，对结构在罕遇地
震作用下的抗震性能进行评价，以论证结构能够达
到“大震不倒”这一抗震性能目标。
材料本构模型钢材采用非屈曲钢材本构，因为
结构的延性设计主要建立在钢筋经历反复的大塑性
应变依然能够维持较高应力水平的基础上，并要求
钢筋不会发生拉断等脆性破坏。混凝土材料采用弹
塑性损伤模型，可考虑材料拉压强度差异，刚度的退
化和拉压循环的刚度恢复。
地震波输入采用 3 组两向地震波(1 组人工波、
2 组天然波)，地震波强度比按 X∶ Y = 1∶ 0. 85 确定。
计算结果最终显示:1)结构的最大弹塑性位移
角分别为 1 /219(X 向)和 1 /251(Y 向)，能满足规范
要求;2)结构整体和各类构件都还有较大的弹塑性
变形能力储备，抬柱梁在罕遇地震作用下保持弹性
工作状态;3)所有框架梁柱和桁架支撑在罕遇地震
下都保持弹性，极少部分剪力墙发生局部破坏，且破
坏轻微;4)筒体多数连梁屈服形成弯曲塑性铰，是
主要的耗能构件。
北塔楼在 6 度罕遇地震作用下的抗震性能明显
达到并优于“大震不倒”这一抗震性能目标。
4 设计中遇到的问题
(1)北塔楼体形细而高，塔楼总高度 291. 9m，
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—
2002)［2］第 11. 1. 2 条“在 6 度区混合结构高层建筑
中，型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体结构体系的最
大高度为 220m”，高度超限 34%，高宽比达 8. 1，超
出规范规定值，尤其是核心筒高宽比达 18. 3，远超
出规范建议值 12，使得整体刚度较弱，位移较大。
(2)由于建筑功能的需要，在层 1 大厅形成共
享空间，造成层 2，3 部分楼板缺失，使得轴○T4 的 4
根框架柱成为穿层柱。
(3)由于层 64 往上平面内收，形成梁抬柱，使
得竖向构件不连续。
(4)南塔楼为板式住宅楼，总高度为 168m，建
筑宽度为 18m，高宽比达 9. 3。Y 向刚度较弱，位移
较大。
(5)裙楼商场北面由于立面的需要，层 8 需向
外悬挑 4. 9m，西侧层 7 电影院回廊悬挑达 4. 8m，层
3 ～ 5 商业内廊悬挑 5. 5m，均超过规程建议的最大
悬挑尺寸。
(6)由于建筑平面功能的要求，在裙楼房屋的
中间设置中庭，造成平面楼板开洞面积较大，从层 3
往上楼板开洞面积均大于该层楼面面积的 30%，连
接板宽均小于本层楼板典型宽度的 50%，不满足规
范要求。
5 应对措施
(1)北塔楼利用层 25，41，63 设备避难层做加
强层，设置腰桁架在外围相连，同时在上述 3 层沿 X
向设置伸臂桁架，以增强 X 向刚度，满足位移和舒
适度要求。适当增加型钢混凝土框架柱的含钢率，
增加外框架刚度，加强整体结构空间刚度，减少楼层
水平位移。并对核心筒底部加强区和加强层钢桁架
按中震弹性设计。
(2)对穿层柱在计算和构造上做必要加强，计
算上穿层柱的底部剪力按非穿层柱取值。构造上加
大了穿层柱的截面和配筋，并采用通高箍筋加密。
(3)对层 64 的托柱梁提高其抗震性能，按大震
弹性设计。
(4)对于南塔楼高宽比超限，在楼层两侧设长
墙增加 Y 向刚度，设计中严格控制基础的零应力
区，在风荷载及 6 度中震下均不出现拉应力区。
(5)裙楼结构悬挑的解决方案:1)超过 4m 的悬
挑梁采用型钢混凝土梁;2)进行竖向地震验算:《建
筑抗震设计规范》(GB50011—2001)(2008 年版)并
(下转第 100 页)
28
建 筑 结 构 2011 年
载以节点荷载的形式施加在立柱与索梁的交点上。
(3)27m 跨:预应力钢绞线 2 束，每束 14 根，总
面积3 892mm2;产生的等效荷载为:梁端竖向压力
849kN，梁端水平压力3 997kN;由预应力钢索产生
的竖直往上等效均布线荷载为 93. 1kN /m，等效荷
载以节点荷载的形式施加在立柱与索梁的交点上。
3. 3 预应力混凝土刚架索梁计算结果
由于预应力混凝土刚架索梁的上下梁多为压弯
构件或小偏拉构件，因此在有限元计算中，考虑混凝
土的非线性分析时，不但需考虑抗弯刚度的折减，而
且需考虑杆件轴压刚度的折减。在预应力混凝土刚
架索梁计算时，所有混凝土杆件取截面抗弯刚度折
减系数和截面轴压刚度折减系数均为 0. 5。
荷载标准组合作用下 39m 跨预应力混凝土刚
架索梁弹塑性挠度为 38. 5mm，相对挠度为1 /1 013，
满足要求。
3. 4 结构形式对建筑功能的影响分析
虽然预应力混凝土刚架索梁的高度为 2. 4m，但
索梁中的洞口高度为 1. 45m，洞口宽度一般可超过
3m，因此设备管道等可轻松穿过，有利于保证建筑
的净空要求。由于不需要设置柱间托架梁作为支
座，因此楼盖周围联系框架柱的框架梁高度可仅为
600mm，极方便设备管道设置等。因此采用预应力
混凝土刚架索梁楼盖体系非常有利于保证建筑的净
空，节省层高。
3. 5 与传统结构的经济效益对比
表 1 为预应力混凝土刚架索梁楼盖结构的造价
与两种传统结构形式的对比。与钢结构楼盖相比，
预应力混凝土刚架索梁楼盖的造价仅为其 43%，大
跨度楼盖部分节省造价 552 万元;与预应力混凝土
实体梁楼盖相比，预应力混凝土刚架索梁楼盖的造
价仅为其 50%，大跨度楼盖部分节省造价 416 万
元，楼盖的混凝土用量降低 50%，则楼盖体系自重
降低达 33%，减轻了基础负担，则基础总造价可降
低 47 万元，节约总造价为 416 + 47 = 463 万元。
3 种不同结构形式楼面造价对比 表 1
楼盖结构
形式
钢结构
网架
预应力混凝土
实体梁
新型预应力
混凝土刚架索梁
造价 /元 /m2 1 000 860 430
4 结语
预应力混凝土刚架索梁结构具有承载力高、刚
度大、自重轻以及经济效果好的特点，可广泛应用于
大跨度钢筋混凝土楼盖体系中。
目前，项目组正在进行黑龙江省博物馆预应力
混凝土刚架索梁结构的 1 ∶ 2大比例模型试验，在试
验研究的基础上将建立有限元模型，分析各种参数
对预应力混凝土刚架索梁结构的影响，提出设计方
法和构造措施，为这种新型结构形式的广泛应用提
供理论支撑。
参 考 文 献
［1］白福波 .预应力混凝土刚架索梁［J］. 建筑结构，2009，
39(2):43-44.
［2］熊学玉，黄鼎业 .预应力工程设计施工手册［M］. 北京:
中国建筑工业出版社，2004.
(上接第 82 页)
没有要求对 6 度区长悬挑结构计算竖向地震，工程
对长悬臂结构进行了竖向地震计算，竖向地震作用
标准值取构件承受的重力荷载代表值的 10%。
(6)楼板开洞采取措施:对于因楼板有较大的
凹入和开洞而造成此处楼板连接薄弱，可能产生显
著的平面内变形的情况，在电算中设置开洞板和完
全弹性板，除考虑楼板变形影响外，更为准确地模拟
楼板实际状况;同时运用 ETABS 程序中分刚体模型
功能，计算连接梁板应力，计算按 6 度中震弹性复核
承载力。在设计时对结构楼板作加强处理，通过适
当加厚洞口附近的楼板，并采用双层双向配筋;适当
提高连接框架柱的楼面框架梁和楼面板的配筋率，
采用型钢混凝土梁、柱，并在连廊板下设置水平斜
撑，以增加连廊的水平抗剪能力。同时，为保证大震
时连廊破坏后结构各自的安全性，按多塔结构做了
计算分析，并对各塔块按中震弹性设计。
在满足建筑使用功能的前提下，调整钢筋混凝
土剪力墙的平面设置位置，尽量使结构刚心与质心
接近，提高结构抗扭刚度。适当增加剪力墙的数量
和刚度，减小楼层在水平荷载作用下的位移，以减小
连接梁板的应力。
6 结语
工程为主楼高度超限、裙楼平面特别不规则的
超限高层结构，通过合理的结构布置、详细的计算分
析、针对薄弱部位采取适当的加强措施，并采用基于
结构抗震性能的设计方法进行分析和论证，使主体
结构具有必要的抗震能力。工程已通过全国超限设
防专项审查，施工图设计采用修改后的结构方案。
参 考 文 献
［1］ CECS230:2008 高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程
［S］. 北京:中国计划出版社，2008.
［2］ JGJ3—2002 高层建筑混凝土结构技术规程［S］. 北京:
中国建筑工业出版社，2002.
001
