南京苏宁广场超限高层抗震性能研究

乌 兰 赵福令 顾 羽 陈 野 左 江 夏长春

(南京市建筑设计研究院有限责任公司,江苏 南京 210000)

1 建筑概况

本项目位于江苏省南京市建邺区会展中心东北角，该项目业态包括办公、酒店、商业、公寓。由塔楼、裙楼和地下室组成，其中塔楼为88层，结构高度为431 m；裙房为8层，结构屋面高度为54.90 m，顶上罩有“菠萝型”玻璃幕顶，整个场地内设置5层地下室，地下室埋深为22.30 m。地面以上通过设置抗震缝，将塔楼和裙房分为独立结构单元。该项目具体情况可详见文献[1]。

2 塔楼结构抗震性能评价方法

2.1 构件性能目标

JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[2]新增加了第3.11节——结构抗震性能设计，将结构的抗震性能分为五个水准，对应的构件损坏程度则分为“无损坏、轻微损坏、轻度损坏、中度损坏、比较严重损坏”五个级别。在SAUSAGE软件中构件损坏主要以混凝土的受压损伤因子、受拉损伤因子及钢材(钢筋)的塑性应变程度作为评定标准，其与上述“高规”中构件的损坏程度对应关系如表1所示。表中数值为单元各性能水平指标上限值，各项指标取不利。εp/εy为钢筋(钢材)塑性应变,dc为混凝土受压损伤系数,dt为混凝土受拉损伤系数。梁柱构件性能等级取单元性能等级最大值。墙板构件性能等级取单元按面积加权平均后的性能等级。

表1 性能评价标准

2.2 地震波的选择

根据GB 50011—2016建筑抗震设计规范[3]和JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[2]的相关要求，地震波由中国建筑科学研究院抗震所提供，两组天然波和一组人工波，分别为L256，L257，L781，L782，L750-7，L750-8，三组地震波均包括X，Y两个方向的输入分量，主次方向峰值加速度比值为1∶0.85。本项目抗震设防烈度为7度，弹塑性分析按7度罕遇考虑，时程分析所用地震加速度时程曲线有效峰值取为220 cm/s2，为了研究本项目选用的地震波与GB 50011—2016建筑抗震设计规范[3]中反应谱的吻合情况，拟合出了三组地震波相应的反应谱曲线，限于篇幅所限，请详见文献[1]。地震波加速度谱在结构主要周期点上与规范设计谱相差不大于20%。并对结构进行三组地震波的弹性时程分析，结果满足规范[3]对地震波的选择要求。

2.3 结构动力弹塑性时程分析结果分析

表2 弹性大震和小震之间的比值

结构在罕遇地震作用下的最大层间位移角为1/155，小于规范限值要求，能够满足“大震不倒”第三水准要求。由表2可知，与弹性大震和小震之间的比值(220/35=6.286)相比，弹塑性大震与小震的比值有所减小，说明结构部分构件已经进入屈服阶段，结构整体刚度相应减小，延长了结构周期，从而减小了地震作用。表中数值与6.286相比，X向地震基底剪力下降幅度较大，主要是X向连梁较多，损伤较大，所以导致刚度下降较多，但是Y向地震基底剪力下降幅度相对较小。但是总体下降不多，说明结构本身仍然具有足够的刚度，确保结构实现“大震不倒”的性能目标。以人工波L750-7/L750-8计算工况为例，分别以混凝土受压损伤和钢筋塑性应变水平对结构构件的损伤情况进行分析。Dc表示混凝土受压损伤程度，变化范围为0～1，0表示材料未发生损伤；1表示材料损伤程度很大，完全失去承载能力。表示构件钢筋塑性应变水平，为钢筋当前应变与屈服应变比值，变化范围为0～1，1表示构件钢筋已发生屈服，小于1对应当前钢筋的塑性应变水平。

2.3.1剪力墙及连梁损伤分析

计算结果表明:结构部分连梁混凝土发生受压损伤，损伤程度较大，起主要耗能作用；剪力墙损伤程度较少，仅部分剪力墙在核心筒内收部位存在条状损伤，如图1所示，但是面积比例较小，剪力墙仍然具有足够的竖向承载能力，能够满足大震不倒的性能目标。剪力墙钢筋整体塑性应变较低，总体上能够满足剪力墙正截面大震不屈服的性能目标。

2.3.2框架柱、梁损伤分析

计算结果表明，仅底层部分框架柱发生损伤，最大损伤因子0.14，框架梁总体上塑性应变较小。仅顶部由于高阶振型的影响，塑性应变相对较大。框架柱和框架梁组成的第二道防线可以很好的承受竖向荷载，同时能够承受核心筒损伤刚度降低后转移的水平荷载，确保结构“大震不倒”性能目标的实现。

2.3.3核心筒内收部位楼板损伤分析

计算结果表明，核心筒内收底部楼板损伤相对较大，但是损伤范围较小，如图2所示。其他楼板损伤较小，说明采取措施合理有效。钢筋应变水平较低，均未屈服，核心筒内收区域楼板能够满足大震不屈服的性能目标水平。为了确保核心筒内收部位内力有效传递，在施工图阶段进一步增加64层双墙之间楼板厚度，加厚至180 mm，同时增加此处配筋率至3%。

2.4 构件性能分析统计

表3 构件性能统计 %

表3的构件性能统计以及《高规》第3.11节有关规定对结构构件进行性能分析，结果表明，墙柱构件损伤程度较低，处于轻度损坏以下，框架柱损伤程度较低，处于轻微损坏以下；楼板处于轻度损坏以下；斜撑均处于无损坏，与框架柱及框架梁，组成第二道防线，确保了结构在大震作用下的结构安全；结构部分墙梁和框架梁损伤程度较大，部分构件达到中度及以上损坏程度，耗散地震能量，确保结构安全。根据结构在罕遇地震作用下的性能统计，结构能够达到抗震性能水准4的要求。

3 结语

1)输入各工况罕遇地震波进行时程分析后，结构竖立不倒，主要抗侧力构件没有发生严重的破坏，大部分连梁屈服耗能，不至于引起局部倒塌和危及结构整体安全，大震下结构性能满足“大震不倒”的要求；

2)剪力墙墙柱损伤程度较低，仅局部轻度损坏，结构整体呈现了梁铰破坏机制，达到了“强墙柱弱墙梁”的延性设计要求；整个外框架,基本保持弹性工作状态，部分框架梁进入塑性状态，达到轻微破坏，极少数达到轻度损坏；框架柱基本处于弹性阶段。结构外框架作为第二道设防体系具有足够的富裕度；支撑处于弹性状态，更进一步保证了第二道设防体系的可靠性；

3)罕遇地震作用下，结构楼层位移角时程包络满足不大于1/100的抗震设防要求，抗震性能达到“大震不倒”的抗震性能目标。