南京蘇寧廣場超限高層抗震性能研究

烏 蘭 趙福令 顧 羽 陳 野 左 江 夏長春

(南京市建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司,江蘇 南京 210000)

1 建筑概況

本項目位于江蘇省南京市建鄴區(qū)會展中心東北角，該項目業(yè)態(tài)包括辦公、酒店、商業(yè)、公寓。由塔樓、裙樓和地下室組成，其中塔樓為88層，結(jié)構(gòu)高度為431 m；裙房為8層，結(jié)構(gòu)屋面高度為54.90 m，頂上罩有“菠蘿型”玻璃幕頂，整個場地內(nèi)設(shè)置5層地下室，地下室埋深為22.30 m。地面以上通過設(shè)置抗震縫，將塔樓和裙房分為獨立結(jié)構(gòu)單元。該項目具體情況可詳見文獻(xiàn)[1]。

2 塔樓結(jié)構(gòu)抗震性能評價方法

2.1 構(gòu)件性能目標(biāo)

JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[2]新增加了第3.11節(jié)——結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計，將結(jié)構(gòu)的抗震性能分為五個水準(zhǔn)，對應(yīng)的構(gòu)件損壞程度則分為“無損壞、輕微損壞、輕度損壞、中度損壞、比較嚴(yán)重?fù)p壞”五個級別。在SAUSAGE軟件中構(gòu)件損壞主要以混凝土的受壓損傷因子、受拉損傷因子及鋼材(鋼筋)的塑性應(yīng)變程度作為評定標(biāo)準(zhǔn)，其與上述“高規(guī)”中構(gòu)件的損壞程度對應(yīng)關(guān)系如表1所示。表中數(shù)值為單元各性能水平指標(biāo)上限值，各項指標(biāo)取不利。εp/εy為鋼筋(鋼材)塑性應(yīng)變,dc為混凝土受壓損傷系數(shù),dt為混凝土受拉損傷系數(shù)。梁柱構(gòu)件性能等級取單元性能等級最大值。墻板構(gòu)件性能等級取單元按面積加權(quán)平均后的性能等級。

表1 性能評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2 地震波的選擇

根據(jù)GB 50011—2016建筑抗震設(shè)計規(guī)范[3]和JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[2]的相關(guān)要求，地震波由中國建筑科學(xué)研究院抗震所提供，兩組天然波和一組人工波，分別為L256，L257，L781，L782，L750-7，L750-8，三組地震波均包括X，Y兩個方向的輸入分量，主次方向峰值加速度比值為1∶0.85。本項目抗震設(shè)防烈度為7度，彈塑性分析按7度罕遇考慮，時程分析所用地震加速度時程曲線有效峰值取為220 cm/s2，為了研究本項目選用的地震波與GB 50011—2016建筑抗震設(shè)計規(guī)范[3]中反應(yīng)譜的吻合情況，擬合出了三組地震波相應(yīng)的反應(yīng)譜曲線，限于篇幅所限，請詳見文獻(xiàn)[1]。地震波加速度譜在結(jié)構(gòu)主要周期點上與規(guī)范設(shè)計譜相差不大于20%。并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行三組地震波的彈性時程分析，結(jié)果滿足規(guī)范[3]對地震波的選擇要求。

2.3 結(jié)構(gòu)動力彈塑性時程分析結(jié)果分析

表2 彈性大震和小震之間的比值

結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的最大層間位移角為1/155，小于規(guī)范限值要求，能夠滿足“大震不倒”第三水準(zhǔn)要求。由表2可知，與彈性大震和小震之間的比值(220/35=6.286)相比，彈塑性大震與小震的比值有所減小，說明結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件已經(jīng)進(jìn)入屈服階段，結(jié)構(gòu)整體剛度相應(yīng)減小，延長了結(jié)構(gòu)周期，從而減小了地震作用。表中數(shù)值與6.286相比，X向地震基底剪力下降幅度較大，主要是X向連梁較多，損傷較大，所以導(dǎo)致剛度下降較多，但是Y向地震基底剪力下降幅度相對較小。但是總體下降不多，說明結(jié)構(gòu)本身仍然具有足夠的剛度，確保結(jié)構(gòu)實現(xiàn)“大震不倒”的性能目標(biāo)。以人工波L750-7/L750-8計算工況為例，分別以混凝土受壓損傷和鋼筋塑性應(yīng)變水平對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷情況進(jìn)行分析。Dc表示混凝土受壓損傷程度，變化范圍為0～1，0表示材料未發(fā)生損傷；1表示材料損傷程度很大，完全失去承載能力。表示構(gòu)件鋼筋塑性應(yīng)變水平，為鋼筋當(dāng)前應(yīng)變與屈服應(yīng)變比值，變化范圍為0～1，1表示構(gòu)件鋼筋已發(fā)生屈服，小于1對應(yīng)當(dāng)前鋼筋的塑性應(yīng)變水平。

2.3.1剪力墻及連梁損傷分析

計算結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)部分連梁混凝土發(fā)生受壓損傷，損傷程度較大，起主要耗能作用；剪力墻損傷程度較少，僅部分剪力墻在核心筒內(nèi)收部位存在條狀損傷，如圖1所示，但是面積比例較小，剪力墻仍然具有足夠的豎向承載能力，能夠滿足大震不倒的性能目標(biāo)。剪力墻鋼筋整體塑性應(yīng)變較低，總體上能夠滿足剪力墻正截面大震不屈服的性能目標(biāo)。

2.3.2框架柱、梁損傷分析

計算結(jié)果表明，僅底層部分框架柱發(fā)生損傷，最大損傷因子0.14，框架梁總體上塑性應(yīng)變較小。僅頂部由于高階振型的影響，塑性應(yīng)變相對較大。框架柱和框架梁組成的第二道防線可以很好的承受豎向荷載，同時能夠承受核心筒損傷剛度降低后轉(zhuǎn)移的水平荷載，確保結(jié)構(gòu)“大震不倒”性能目標(biāo)的實現(xiàn)。

2.3.3核心筒內(nèi)收部位樓板損傷分析

計算結(jié)果表明，核心筒內(nèi)收底部樓板損傷相對較大，但是損傷范圍較小，如圖2所示。其他樓板損傷較小，說明采取措施合理有效。鋼筋應(yīng)變水平較低，均未屈服，核心筒內(nèi)收區(qū)域樓板能夠滿足大震不屈服的性能目標(biāo)水平。為了確保核心筒內(nèi)收部位內(nèi)力有效傳遞，在施工圖階段進(jìn)一步增加64層雙墻之間樓板厚度，加厚至180 mm，同時增加此處配筋率至3%。

2.4 構(gòu)件性能分析統(tǒng)計

表3 構(gòu)件性能統(tǒng)計 %

表3的構(gòu)件性能統(tǒng)計以及《高規(guī)》第3.11節(jié)有關(guān)規(guī)定對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行性能分析，結(jié)果表明，墻柱構(gòu)件損傷程度較低，處于輕度損壞以下，框架柱損傷程度較低，處于輕微損壞以下；樓板處于輕度損壞以下；斜撐均處于無損壞，與框架柱及框架梁，組成第二道防線，確保了結(jié)構(gòu)在大震作用下的結(jié)構(gòu)安全；結(jié)構(gòu)部分墻梁和框架梁損傷程度較大，部分構(gòu)件達(dá)到中度及以上損壞程度，耗散地震能量，確保結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的性能統(tǒng)計，結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到抗震性能水準(zhǔn)4的要求。

3 結(jié)語

1)輸入各工況罕遇地震波進(jìn)行時程分析后，結(jié)構(gòu)豎立不倒，主要抗側(cè)力構(gòu)件沒有發(fā)生嚴(yán)重的破壞，大部分連梁屈服耗能，不至于引起局部倒塌和危及結(jié)構(gòu)整體安全，大震下結(jié)構(gòu)性能滿足“大震不倒”的要求；

2)剪力墻墻柱損傷程度較低，僅局部輕度損壞，結(jié)構(gòu)整體呈現(xiàn)了梁鉸破壞機(jī)制，達(dá)到了“強(qiáng)墻柱弱墻梁”的延性設(shè)計要求；整個外框架,基本保持彈性工作狀態(tài)，部分框架梁進(jìn)入塑性狀態(tài)，達(dá)到輕微破壞，極少數(shù)達(dá)到輕度損壞；框架柱基本處于彈性階段。結(jié)構(gòu)外框架作為第二道設(shè)防體系具有足夠的富裕度；支撐處于彈性狀態(tài)，更進(jìn)一步保證了第二道設(shè)防體系的可靠性；

3)罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)樓層位移角時程包絡(luò)滿足不大于1/100的抗震設(shè)防要求，抗震性能達(dá)到“大震不倒”的抗震性能目標(biāo)。