南京南站G84-E地块项目位于江苏省南京市江宁区，具体位置在南京南站以南，是由站中六路、站前一路、站中七路与站前二路所围合的区域。该地块由E1#楼及E2#楼组成，其中E2#楼为大跨度高位转换复杂高层建筑。该地块内E1#楼及E2#楼位置相对关系及建筑效果图见图1,2。

　　 E2#楼建筑总高度为79.55m，地上15层，地下2层，地上均为办公用途，地下为车库和设备用房。由于既有南京地铁1号线下穿本地块，按地铁保护要求，本项目地下室开挖线外边缘至地铁隧道边缘净距应不小于10m，考虑到围护结构及施工面的影响，地下室外边缘线与地铁隧道净距按12m控制。E2#楼的地下室及地上1～6层被分割为南北两部分，利用7～8层两层作为结构转换层，布置钢结构转换桁架，其转换桁架跨度达56m，承担上部9～15层LOFT(双层复式结构)楼面荷载(相当于14层普通楼面荷载)，形成大跨度高位转换复杂结构。E2#楼与地铁线路平面关系及剖面关系示意图见图3。该项目具有转换跨度大、结构荷载重、两翼刚度小及平面不规则等特点，给结构设计带来了众多亟待解决的重难点问题。

　　 本项目转换结构跨度达56m，而国内同类项目转换跨度一般在30m左右^[1]。同时，本项目转换结构上抬7层LOFT办公，相当于14层普通楼面荷载，而国内同类项目不仅跨度较小，承担荷载一般也不超过8层楼面荷载。如:南京徐矿国际商务中心，转换跨度33.6m，上承8层结构，采用4榀4.5m高钢桁架作为结构转换层(图4)^[2]。北京UHN国际村，转换跨度31.2m，上承4层结构，采用3榀5.7m高钢桁架作为转换层(图5)^[3]。南京新城大厦二期，转换跨度29.4m，上承4层结构，采用3榀钢桁架作为转换层(图6)^[4]。

　　 受地块分割及地铁下穿影响，南北两侧塔楼刚度不均匀，且呈不规则梯形布置，竖向构件宽度最小仅3.65m(图3(b))。而国内外同类型建筑，一般两侧塔楼均布置均匀、规整，且塔楼刚度较大，为转换结构提供了良好的支承刚度。

　　 大跨度高位转换结构，一般其扭转效应比较明显，而本项目受地块分割及地铁下穿影响，总体平面形状为L形，且两侧塔楼异形，刚度不均匀。

　　 综上所述，本项目复杂程度在国内同类型建筑中尚无案例可以参考，是名副其实的大跨度高位转换复杂结构项目。

　　 本工程抗震设防为丙类，设计使用年限为50年，结构安全等级为二级。基本风压0.4kPa(50年一遇)，承载力计算按照基本风压的1.1倍采用。基本雪压0.65kPa，地面粗造度类别为C类。抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.1g，设计地震分组第一组，场地类别Ⅱ类，场地特征周期0.35s。

　　 如何解决转换层以上竖向荷载及水平荷载传递问题，是本项目结构设计的关键。因此，转换构件的合理选型是本项目所面临的首要问题。常见的转换形式有厚板转换、梁式转换、桁架转换及与斜拉构件的灵活组合等^[1,5,6,7]。

　　 考虑到本项目的特殊性，具有转换位置高、转换跨度大且上部荷载重等特点，试算结果表明:厚板及梁式转换均不可行，斜拉构件也由于南北两侧塔楼局部尺寸过于狭小而无法采用。转换桁架作为高效率转换构件，应作为首选转换结构。对此，选取了三种转换桁架布置方式进行对比分析。

　　 (1)方案一

　　 利用8～9层，设置13.2m高钢桁架转换层，转换层内具有使用功能，见图7。

　　 (2)方案二

　　 利用7～8层，设置9.9m高钢桁架转换层，转换桁架下弦平面不设楼板，转换桁架内部无使用功能，此项措施在减轻结构重量的同时，转换桁架内部可不计入容积率测算，见图8。

　　 (3)方案三

　　 利用8层及屋面，分别设置两处6.6m高钢桁架转换层，采用下承上拉的方式进行转换。且转换层不设楼板，无建筑功能，此项措施在减轻结构重量的同时，转换层建筑面积可不计入容积率测算，见图9。

　　 计算分析结果表明，上述三种转换方案在结构技术层面均是可行的，但各方案在结构性能、建筑功能、施工难度及经济造价方面存在一定差异。计算分析结果见表1。

　　 三种转换方案中，桁架构件强度及稳定均由受压斜腹杆及支座处上下弦杆控制，最大应力比不超过0.75。由表1可见，方案三由于设置上下两道桁架，竖向位移最小，但受构件局部稳定(板件宽厚比)控制影响，其用钢量也最大，经济性能不佳，且其上部桁架将影响屋面设备布置;方案二由于桁架高度较方案一降低3.3m，虽然桁架内部无建筑使用功能，但其竖向位移及用钢量均较方案一高;方案一转换桁架高度达13.2m，刚度优势比较明显，竖向位移最小，但由于主桁架及稳定桁架将限制建筑布置，其内部使用功能受限，品质较差，不利于销售。若使转换层作为纯结构层，将导致地块实际容积率不足。

　　 施工难度方面，由于转换位置较高，三种方案均需采用单榀桁架整体吊装方式施工。方案一及方案二施工难度总体相当，而方案三需进行两道桁架吊装，且屋面桁架吊装需在80m高空完成，施工难度极大，同时，也对后期施工监控提供了近乎苛刻的要求。为量化三种方案在结构性能、建筑功能、施工难度及经济造价差异，对各指标按优(3分)、良(2分)、差(1分)进行量化评比，总分最高者为最优方案。转换方案量化评比结果列于表2中。

　　 由表2可见，9.9m高下承转换方案(即方案二)由于其利用7～8层(9.9m高)作为转换层，且转换桁架内无建筑功能，面积不计入容积率测算中，因而其在建筑功能方面最优，施工难度及结构性能与方案一相近，仅工程造价稍高于方案一。但考虑到可售面积增加，其最终综合造价将低于方案一，因此，本项目选取方案二作为最优转换方案。

　　 在满足建筑使用功能的同时，从而尽可能减轻转换层以上结构自重并适当加强转换层以下结构刚度的角度出发，应优先选用钢结构，以充分发挥其自重轻、强度高、延性好的材料优势。但由于南北两塔楼平面尺寸过小，钢框架结构无法提供足够的抗侧刚度，因此选取“钢框架-钢筋混凝土核心筒”及“钢框架-支撑”两种双重抗侧力体系，给出四种方案进行对比分析。

　　 (1)方案一:钢框架-钢筋混凝土核心筒体系

　　 由于下部结构尺度极小，为确保其能为转换桁架提供必要的刚度，采用钢框架-钢筋混凝土核心筒结构体系，核心筒布置示意图见图10～12，同时由于核心筒布置位置受限，为解决结构整体抗侧刚度及扭转问题，还需在建筑外围设置钢支撑，见图13。

　　 (2)方案二:钢框架-支撑结构体系一

　　 方案二采用钢支撑取代钢筋混凝土剪力墙作为第一道抗侧力构件，根据建筑方案，建筑外立面均采用跨层钢支撑形成斜交网格。南侧塔楼最薄弱处，采用单肢截面为1 200mm×1 200mm的双肢矩形钢管混凝土格构柱予以加强，并确保其抗震性能不低于中震弹性、大震不屈服。结构立面布置示意图见图14、图15。

　　 (3)方案三:钢框架-支撑结构体系二

　　 方案三仍采用钢支撑取代钢筋混凝土剪力墙作为第一道抗侧力构件，与方案二不同，其支撑仅布置在建筑物角部，南侧塔楼最薄弱处，同样采用单肢截面为1 200mm×1 200mm的双肢矩形钢管混凝土格构柱予以加强，结构立面布置见图16、图17。

　　 (4)方案四:钢框架-支撑与钢框架混合体系

　　 方案四转换层以下采用钢框架-支撑体系，转换层以上采用钢框架体系。该方案取消转换层以上的支撑布置，最大限度保证转换层以上的建筑使用功能，见图18、图19。

　　 计算分析结果表明，上述四种转换方案在结构技术层面均是可行的，但各方案在结构性能、建筑功能、施工难度及经济造价方面存在明显差异。

　　 各方案结构主要性能指标列于表3及表4中，方案一至方案四结构抗侧刚度依次降低，虽均满足规范要求，但方案一至方案三在多遇地震作用下，层间位移角均远高于规范限值。同时，方案一由于布置有钢筋混凝土核心筒，其刚度最大，底部剪力也随之增大，大部分地震力由钢筋混凝土核心筒承受，因此钢筋混凝土剪力墙内需插入厚度40～70mm钢板，才能满足结构在中、大震作用下的性能要求，因此，其用钢量较方案二、方案三分别增加7.4%及8.5%(表5)。可见对于本项目，集中布置的钢筋混凝土核心筒承担了过大的地震剪力，使其整体经济性能不佳，不应作为结构抗侧体系的首选方案。

　　 方案二及方案三的结构性能相对较好，尤其是在全楼角部柱间支撑的作用下，其周期比均在0.7左右，表明其具有良好的抗扭刚度，但其结构刚度偏大，以适当削弱，以减小地震力。而方案四，由于取消转换层以上柱间支撑，使其转换层以上抗侧刚度突变(图20)，为保证其在中震、大震作用下的结构性能，需加强10～12层的梁柱刚度，导致其用钢量显著增加。

　　 建筑使用功能方面，方案一采用的剪力墙对转换层以下的建筑使用空间影响极大(图10);另外，本项目外框柱为内收布置，方案二及方案三在转换层以上布置的柱间支撑将切割支撑所在房间，不仅减小了建筑使用面积，且对建筑功能品质影响较大，见图21。

　　 施工难度方面，方案二、方案三及方案四总体相当，而方案一需现浇内嵌钢板的钢筋混凝土剪力墙，对总工期将产生一定的不利影响。

　　 经济指标方面，方案一明显高于方案二及方案三，且其施工工序复杂，也将导致总造价的进一步增加。方案四虽然用钢量最高，但取消柱间支撑后，建筑品质的提升将有利于项目销售。

　　 为量化四种方案在结构性能、建筑功能、施工难度及经济造价差异，对各指标按优(3分)、良(2分)、差(1分)进行量化评比，总分最高者为最优方案。转换方案量化评比结果列于表6中。

　　 由表6可见，方案一由于钢筋混凝土核心筒布置受限，致使其承受过大的水平荷载，导致其在罕遇地震下，抗震性能明显低于其他三个方案，除此以外，在施工难度、工程造价及建筑功能方面也存在明显缺陷。而方案三、方案四评分均为10分，但考虑到钢支撑影响产品的品质感，不利于项目销售，故最终确定方案四为最优方案。

　　 前述抗侧力体系选型中方案四(钢框架-支撑与钢框架混合体系)在施工难度及建筑功能方面虽然极具优势，但其抗震性能却逊于方案二及方案三。主要原因在于:转换层以上取消支撑后，9,10层刚度突变。由罕遇地震作用下弹塑性层间位移折线图(图22)可见，9,10层形成明显的软弱层。经弹塑性动力时程分析发现，在罕遇地震作用下，9,10层框架柱部分进入屈服状态，个别塑性变形比最大值达到1.51(图23)，按FEMA356准则判断，个别柱已处于CP(临近倒塌)状态。结构性能水准虽已满足预定的性能要求，但从概念设计的角度分析，应采取措施尽量减小框架柱在罕遇地震作用下的塑性发展程度，至少应使其处于FEMA356标准所描述的LS(生命安全)状态。

　　 鉴于上述原因，采用消能减震技术之屈曲约束支撑(BRB)来解决上述缺陷。与普通钢支撑相比，屈曲约束支撑不仅为结构构件，也是耗能构件，能够实现小震、中震作用下保持弹性工作而罕遇地震作用下屈服耗能、吸收地震能量，从而保护主体结构构件，延缓和减轻框架柱塑性发展程度的目的，进而确保结构大震作用下的安全性能目标。

　　 考虑到抗剪承载力问题，建筑首层及6层的构件截面不宜削弱，故仅将2～5层的普通柱间支撑替换为屈曲约束支撑。屈曲约束支撑规格共有8种，接头类型均为十字形，详细参数见表7，布置位置见图24(图中方框处为BRB布置位置)。

　　 弹塑性动力时程分析结果表明:9,10层的框架柱屈服数量较原模型有所减少，且塑性铰变形比最大值由1.51降低为1.46(图25)，塑性发展程度得到一定控制，按FEMA356准则判断，进入屈服状态的框架柱全部处于LS(生命安全)状态以内，达到优化设计目标，改善了结构的整体抗震性能。

　　 伴随城市地铁的快速发展，地铁上盖项目将频现。新建于地铁隧道上的项目，其成本造价、建设难度的大幅增加和大跨度转换复杂结构方案对建筑功能品质及立面效果的影响，是项目开发过程中无法回避的难题。建设单位的结构技术管理应在可行性研究阶段进行必要的结构方案选型论证及经济性分析比较，在确保建筑功能品质的前提下，使项目在可控的成本范围内顺利实施。

　　 作为典型案例，南京南站G84-E地块为特殊高位连体转换结构，具有大跨度转换、高荷载水准、平面形态复杂及薄弱部位突出等特点。对本项目进行细致、深入的研究，在其结构选型过程中，综合考虑建筑功能的品质、成本造价、结构安全及施工难度等因素，管控项目的设计方向。不仅对本项目的顺利实施意义重大，而且对后续类似工程的项目立项、方案分析，具有高度的引导和借鉴意义。