南京某大型商业项目是集商业、酒店、办公和公寓一体的超高层综合体。总建筑面积约58.7万m²,其地面以下17.8万m²,地面以上40.9万m²。办公/酒店塔楼地上64层,建筑高度约300m(含20m高塔冠);公寓塔楼地上66层,建筑高度约260m(含10m高塔冠),商业裙房地上8层,建筑高度约50m,地下均为4层,建筑效果图如图1所示。

　　 大型商业裙房平面呈L形,平面尺寸为197m×93m/110m×44.9m,地上建筑面积约为12.6万m²,平面尺寸及外立面造型存在多处的外挑和内收。建筑方案有多处亮点,如图2所示。裙房从7层开始局部收进,7层主屋面标高为35.25m,8层屋面为40.5m,局部9层顶盖为坡屋面,顶点标高为49.99m。典型建筑平面见图3。

　　 大型商业的设计使用年限为50年,结构安全等级为二级,建筑抗震设防类别为重点设防类(乙类),地基基础设计等级为甲级,地上混凝土框架结构抗震等级为一级。抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度0.10g,设计地震分组为第一组。场地类别为Ⅲ类,场地特征周期为0.45s。50年重现期的基本风压为0.40kN/m²。

　　 因本项目紧邻地铁,按照地铁公司要求,基坑挖深不超过22.5m。裙房基础采用柱下集中布桩的方式,地下室底板采用h=1 000mm厚钢筋混凝土板。整个裙房基础划分为邻基坑周边的平板区和中部的非平板区:非平板区柱下设置承台,平板区域柱下设置上翻小柱墩,以解决柱边的冲切问题;在板跨较大的区域内,于跨中设置抗拔桩,以有效降低柱下所受的水浮力。

　　 裙房柱下集中布桩时,采用0.8m直径的嵌岩桩,桩的抗压承载力标准值为6 500kN,抗拔承载力标准值为3 000,1 500,750kN三种,一般承台尺寸5m×5m,承台厚度1.4～2.6m,上翻小柱墩尺寸3.5m×3.5m,上翻柱墩高度0.2m;板跨较大区域采用直径0.7m、桩长39m的抗拔桩,抗拔承载力2 150kN。

　　 结合建筑的总高度、建筑功能、体型、平面布局等特点,大型商业裙房采用钢筋混凝土框架结构体系,主要抗侧力体系由钢筋混凝土框架柱及框架梁组成。

　　 商业裙房标准柱网尺寸为9m×11m,柱采用钢筋混凝土柱,局部亮点如东入口天窗处、钢结构和混凝土结构连接处设置型钢混凝土柱。部分柱依据建筑专业的需要做斜柱。柱截面尺寸见表1,表中KZ1为钢筋混凝土柱,KZ2为钢管混凝土柱,KZ3为型钢混凝土柱(括号内为型钢尺寸)。混凝土强度等级从下至上为C60～C50。

　　 商业裙房采用钢筋混凝土楼盖,标准跨的梁高为750mm,地上部分板厚均为110mm。依据受力及变形的要求,部分梁采用型钢混凝土梁,比如转换梁或扶梯悬挑梁。梁跨度超过26m时,采用钢梁设计。目前商场梁跨度最大为30m,悬挑跨度最大为8.8m。结构典型布置见图4。

　　 根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)^[1]、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)^[2]和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2015]67号)有关规定,本工程办公塔楼的结构超限情况见表2。

　　 商业裙房的结构抗震性能目标设定为C级,结构各部位的抗震性能目标见表3。

　　 根据商业裙房的超限情况,采取了多种计算分析手段,包括:整体结构的多遇地震弹性分析、多遇地震弹性时程分析、设防地震弹性分析和设防地震不屈服分析、罕遇地震下的动力弹塑性分析、外框柱稳定分析等,并根据性能目标要求及超限情况采取了一系列设计加强措施以保证结构的安全性。

　　 多遇地震弹性分析采用盈建科软件(YJK1.8.2.0版)和ETABS软件(ETABS 2013中国规范版)进行计算,考虑偶然偏心地震、双向地震、扭转耦联以及施工模拟加载的影响。结构整体计算包含竖向和水平荷载工况,其中竖向荷载工况包括结构自重、附加恒载及活载,水平荷载工况包括地震及风荷载。主要分析结果见表4及图5。从表4中可以看出,两种软件计算的主要结构特征和控制指标计算结果吻合较好,结构在竖向荷载、风荷载和地震作用下的承载力和刚度等各项指标均满足规范要求,计算结果可靠,可以作为工程设计的依据。

　　 根据本工程的性能设计要求,对主体结构进行了设防地震及罕遇地震的弹性、不屈服计算分析。经计算分析,转换桁架、悬臂桁架、托柱转换框架均能满足设防地震抗剪弹性抗弯不屈服、罕遇地震抗剪抗弯不屈服的性能目标,其截面、配筋基本均由多遇地震计算控制,个别构件由罕遇地震不屈服控制。关键框架柱能满足设防地震弹性、罕遇地震抗剪不屈服,其截面及配筋由多遇地震计算控制。一般框架梁可满足抗剪不屈服的性能目标,大部分框架梁可达到抗弯不屈服。

　　 大洞口边连接楼板、建筑收进处7,8层楼板采用等效弹性算法,将该部分楼板定义为“弹性板6”,大部分楼板拉应力0.2～1.5MPa,小于混凝土(C35)的抗拉强度标准值,结合楼板温度应力分析,楼板设双层双向■8@200配筋;个别应力集中处对配筋进行加强,满足设防地震不屈的目标。

　　 采用PKPM-SAUSAGE2017对商业裙房进行罕遇地震下的弹塑性动力时程分析。选用结构的总体变形评估和构件的性能评估相结合的分析方法,办公塔楼选用2组天然地震波和1组人工波加速度时程曲线进行动力时程分析时。3组地震波分别取X,Y向为主方向时的结构位移结果,最大层间位移角曲线如图6所示。由如图6可知,X向为主输入方向时,楼顶最大位移351mm,最大层间位移角1/53(人工波,11层);Y向为主输入方向时,楼顶最大位移434mm,最大层间位移角1/58(人工波,9层),结构在罕遇地震作用下最大层间位移角满足规范1/50的限值要求。

　　 为确保达到防倒塌的抗震设计目标,应确保以结构构件的弹塑性变形和以强度退化来衡量的构件损伤程度在可接受限值范围内,图7～11为大震下结构主要构件的损伤情况。计算结果表明,大部分框架柱未屈服,仅首层、顶层部分框架柱纵筋进入屈服状态;绝大部分柱混凝土均未出现受压损伤,仅首层、顶层局部框架柱受压损伤较大,但未丧失承载力;全楼混凝土梁基本处于轻度以上屈服状态,型钢梁处于弹性状态,框架梁两端出现了不同程度的轻度混凝土受压损伤,但可以实现罕遇地震下的性能目标要求;全楼楼板基本处于弹性状态,能够可靠地在竖向构件之间传递水平力,楼板可以满足规范要求的罕遇地震性能目标。

　　 整个计算过程中结构始终保持直立,能够满足规范“大震不倒”的要求。结构的弹塑性反应和破坏机制符合结构抗震工程的概念设计要求,抗震性能可达到预定的抗震性能目标。

　　 商场中庭楼板存在较多大开洞,楼板洞口处刚度削弱过多。根据专家提出的意见,对结构进行切分模型分析,切分模型分块见图12。切分模型多遇地震计算结果对比见表5。从分析结果可知,单体切分模型刚度指标均能够满足规范要求,且整体刚度、构件承载力富裕度较大。即使中庭大开洞周边薄弱处楼板在强烈地震作用下发生破坏,各切分单体同样能够抵抗相应水平力,承载力不丧失。

　　 在平面的角部,结合立面造型,出现结构斜柱,如图13所示。由于柱倾斜角度较大,在柱变斜率的楼层柱轴力将会产生水平拉(压)力,此部分水平力将由与斜柱相连的梁板共同承担。计算时不考虑楼板,分别验算1.1倍50年风组合、小震弹性组合及中震不屈服组合下的梁承载力及楼板应力。从分析结果可知,斜柱产生的水平拉(压)力能够有效地被水平梁平衡,保证斜柱轴向力的可靠传递,且该水平梁配筋均能够满足多遇地震弹性、设防地震不屈服的性能目标要求。斜柱变化层楼板的应力除个别部位略超混凝土抗拉强度标准值(楼板混凝土强度等级为C35)外,均未达到开裂阶段,楼板厚度为110mm,楼板配筋双层双向■10@200。

　　 停车库夹层位于商业裙房3～5层的东南角部,长约105m,宽约40m,分别约占3～5层建筑面积的15.1%,14.5%,14.9%。为考察夹层对结构整体的影响,有夹层模型及无夹层模型的整体计算结果见表6。计算结果表明,夹层对整体指标及计算配筋影响不大,最终配筋采用两者包络设计,且对夹层区域框架柱箍筋全高加密以提高抗震延性。

　　 西入口下沉式广场的露天柱,由地下1层到地上4层,中间均无楼面梁约束,形成穿层柱,柱高达24.35m,设计中考虑采用屈曲分析确定其计算长度,穿层柱的计算剪力采用相邻短柱的剪力,见图14。柱为截面1 200×1 200的型钢混凝土柱,内含十字型钢800×600×50×50。经计算,穿层柱的临界屈曲荷载为340 359kN,计算长度系数0.634,小于模型计算长度,原设计满足要求。

　　 (1)本工程属于超限高层建筑,存在多项不规则。结合建筑设计要求,采用了混凝土框架结构体系,结构体系具有良好的抗震性能及有效的耗能机制。

　　 (2)采用多种计算程序进行了弹性和弹塑性计算分析,计算结果可靠。结构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下都能达到设定的性能目标要求。设计时采取了一系列的加强措施,保证结构安全。

　　 (3)选用1组天然波和两组人工波,对结构作弹性时程分析,并将其结果的平均值与规范反应谱分析结果相比较,根据弹性时程分析结果对高区楼层地震力进行放大。

　　 (4)对薄弱楼板连接、斜柱、夹层、穿层柱进行专项分析,以保证结构计算的合理性和安全性。

　　 (5)考虑到商业裙房为超长结构,对温度作用有一定的敏感性,对楼板进行温度应力分析,并结合罕遇地震弹塑性分析在楼板中设置双层双向通长钢筋。