鄧聲祥 江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院，南昌 330046

1 工程概況

江西商聯(lián)中心位于南昌市紅谷灘新區(qū)鳳凰洲，場(chǎng)地東側(cè)為贛江北大道、北側(cè)為長(zhǎng)江路、西側(cè)為紅谷北大道、南側(cè)為錦江路，場(chǎng)地緊鄰贛江，總建筑面積為260184.11m2。本工程由2座塔式超高層建筑及裙樓組成，如下圖所示，B1塔為237.9m高辦公樓，建筑面積148585m2；B2塔241.7m高商務(wù)辦公樓，建筑面積111599.11m2。地下室3層。塔樓主要功能為超5A甲級(jí)寫(xiě)字樓、高端酒店式公寓、超五星酒店和頂級(jí)會(huì)所，裙樓為高端商業(yè)購(gòu)物中心，建成后將成為南昌城市的新地標(biāo)。

江西商聯(lián)中心鳥(niǎo)瞰圖

2 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

塔樓設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑安全等級(jí)底部加強(qiáng)區(qū)一級(jí)，地面粗糙度為B類(lèi)；地下三層部分區(qū)域按甲類(lèi)防空地下室設(shè)計(jì)，抗力等級(jí)為核6級(jí)，常6級(jí)，防化丙級(jí)，戰(zhàn)時(shí)功能為二等人員掩蔽及物資庫(kù)；高度類(lèi)別為超B級(jí)高度，基本風(fēng)壓值0.45kN/m2（10年一遇），地面粗糙類(lèi)別為B類(lèi)，基本雪壓值0.45kN/m2，風(fēng)載體型系數(shù)取1.4；本地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑物地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，場(chǎng)地特征周期為0.35S，結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.035。中震及罕遇地震的阻尼比取為0.05。

2.2 塔樓結(jié)構(gòu)體系

經(jīng)過(guò)方案計(jì)算比選，最終確定采用框架-核心筒體系作為塔超高層寫(xiě)字樓及酒店結(jié)構(gòu)體系，即采用鋼管混凝土柱+鋼筋混凝土梁（酒店框架梁采用鋼骨混凝土梁）+鋼筋混凝土核心筒（局部墻加構(gòu)造鋼骨）結(jié)構(gòu)體系。

2.3 結(jié)構(gòu)布置

結(jié)構(gòu)布置，應(yīng)采用概念清晰、傳力路徑明確的結(jié)構(gòu)布置，避免造成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)、平面和立面里出外進(jìn)、豎向傳力構(gòu)件不連續(xù)、剛度突變等不規(guī)則。注意把握抗震墻布置、結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作、上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)協(xié)調(diào)變形、各結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有合理的承載力和延性等問(wèn)題。

（1）豎向核心筒、框架柱單元布置

混凝土核心筒是整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中主要的抗側(cè)力構(gòu)件，承擔(dān)著整座大廈的水平荷載的大部分。所以，應(yīng)使核心筒各個(gè)方向具有較大的剛度和一定延性，讓核心筒在整座大廈在抵抗抗推、抗剪、抗扭效應(yīng)中真正起到“核心”作用。

1）塔樓層平面采用核心式建筑布置方案，將水平豎向交通系統(tǒng)、消防排煙送風(fēng)系統(tǒng)、供電供水系統(tǒng)全部集中設(shè)置在核心筒內(nèi)，在建筑周邊散落間距為9米的稀疏框架柱。為減小公攤增加得房率，框架柱和核心筒間距達(dá)到12～15米。為滿(mǎn)足立面造型沿高度變化，要求框架柱沿著建筑立面平面同樣進(jìn)行變化，部分框架柱為斜柱。

2）為縮小核心筒面積，達(dá)到最大的得房率指標(biāo)，主要抗側(cè)力墻體沿著核心筒筒體周邊布置，并根據(jù)受力要求沿高度方向減薄墻體，使得中高區(qū)樓層得房率提高，也使得中高區(qū)地震反應(yīng)效應(yīng)減小。同時(shí)，主要抗側(cè)力墻體沿著核心筒筒體周邊布置也增加了筒體抗推、抗扭剛度，達(dá)到節(jié)約材料目的。

3）同理可得，盡量控制核心筒筒體內(nèi)墻體厚度最小化，達(dá)到縮小核心筒面積。

（2）水平框架梁?jiǎn)卧贾?/p>

1）標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行樓面梁布置，恰當(dāng)安排各層梁板的走向，以便讓盡可能多的樓面重力直接傳遞到核心筒，加大其筒壁的豎向壓應(yīng)力，以提高核心筒的受剪承載力和抵抗傾覆力矩的能力。

2）地下室頂板作為結(jié)構(gòu)的嵌固部位，必須滿(mǎn)足受力和規(guī)范要求的強(qiáng)柱根原則，保證嵌固端梁承載力和剛度大于框架柱。為此，結(jié)合建筑圖，在首層設(shè)置截面較大的框架梁。

3）薄弱層進(jìn)行樓面梁布置時(shí)，B1塔樓門(mén)廳二層及46、47層酒店大堂通高，二層樓板開(kāi)洞超過(guò)50%且無(wú)拉梁，46、47層樓板也有開(kāi)大洞現(xiàn)象。二層為整棟建筑的底部加強(qiáng)區(qū)，保證該部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力性能穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)整體牢固性對(duì)整棟建筑的抗側(cè)體系尤為重要。為了增強(qiáng)對(duì)躍層柱的支撐作用，保證躍層柱整體穩(wěn)定性，本案采用型鋼混凝土梁約束鋼管混凝土柱并加大鋼骨梁截面，使其在大震下剛度不退化、保持彈性。

4）避難層進(jìn)行樓面梁布置，B1塔沿高度方向存在三個(gè)層高為4.5米的避難層，層高相對(duì)上下相鄰層層高有突變，也即剛度存在突變；該層也作為設(shè)備轉(zhuǎn)換層，樓面荷載相對(duì)上下相鄰層較大，也即存在質(zhì)量突變；鑒于此，適當(dāng)加大避難層框架梁截面尺寸，加強(qiáng)避難層水平構(gòu)件剛度，增強(qiáng)外框架柱和核心筒的連接，使結(jié)構(gòu)剛度沿高度方向更加平滑。

（3）剪力墻開(kāi)洞布置

框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)核心筒的整體牢固性，讓核心筒在承受各方向作用效應(yīng)下，其承載力和延性一枝獨(dú)秀，起到真正核心的作用。加強(qiáng)核心筒的整體牢固性也是區(qū)別框架剪力墻體系的關(guān)鍵。

本項(xiàng)目B1塔樓核心筒特點(diǎn)：核心筒平面大致呈等邊切角三角形，空間整體性較好。核心筒平面被低中區(qū)電梯前室、高區(qū)電梯前室剖分為三部分，電梯前室走向均為X方向，核心筒Y向剪力墻開(kāi)洞較多，Y向筒體剛度較差；核心筒X向剪力墻未被建筑打斷開(kāi)洞，X向剛度較好。

建筑專(zhuān)業(yè)公司和業(yè)主要求將建筑物各部位樓層使用凈高做到極致，對(duì)結(jié)構(gòu)梁高提了很多限制條件。由于核心筒Y向筒體削弱較為嚴(yán)重，需加強(qiáng)Y向筒體剛度和承載力，在滿(mǎn)足建筑要求的前提下盡可能加強(qiáng)Y向筒體。由于X向墻體建筑專(zhuān)業(yè)公司幾乎未開(kāi)洞，剪力墻呈整片設(shè)置，導(dǎo)致X向筒體剛度較大，導(dǎo)致X向墻體耗能能力和延性較差，為保證大震下核心筒墻體的安全性，需要在核心筒X向墻體設(shè)置性能優(yōu)良的耗能構(gòu)件，無(wú)疑采用在剪力墻開(kāi)結(jié)構(gòu)洞的方式是比較理想的選擇。連梁的剛度退化既耗散了地震能量，也增加了結(jié)構(gòu)阻尼，達(dá)到良好的力學(xué)效果和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

3 抗震性能設(shè)計(jì)

3.1 SATWE軟件多遇地震作用下及風(fēng)荷載作用下主要計(jì)算結(jié)果

工程為超限高層結(jié)構(gòu)，因此采用了SATWE和MIDAS軟件進(jìn)行整體計(jì)算分析，以保證分析的可靠性。表1給出了多遇地震作用下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果，兩種程序分析得出的結(jié)構(gòu)反應(yīng)特征、變化規(guī)律基本吻合，說(shuō)明選用的程序?qū)Y(jié)構(gòu)的空間分析能正確反映結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形情況。

3.2 主樓Midas building彈性時(shí)程分析

用MIDAS Building進(jìn)行結(jié)構(gòu)的彈性動(dòng)力時(shí)程分析，選用了一個(gè)人工波，即：5063-1波，兩條天然地震波，即：933BIGEAR.SBR_FN_波，2085NENANA.1734_FP_波；每條地震波均分別進(jìn)行X向與Y向的加載計(jì)算。

主樓MIDAS Building彈性時(shí)程分析結(jié)果如表2所示。

由以上表的結(jié)果可見(jiàn)，每條時(shí)程曲線(xiàn)計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，三條時(shí)程曲線(xiàn)計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%，均滿(mǎn)足規(guī)范的要求。根據(jù)《高規(guī)》取三條時(shí)程曲線(xiàn)計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)取時(shí)程法與振型分解反應(yīng)譜法的大值。

表1 塔樓結(jié)構(gòu)主要計(jì)算結(jié)果

表2 彈性時(shí)程分析結(jié)果

3.3 動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析

按抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)，工程進(jìn)行了第三水準(zhǔn)的大震彈塑性分析，以找出罕遇地震作用下的薄弱部位，對(duì)其采取加強(qiáng)措施，確定結(jié)構(gòu)大震不倒的安全性，保證預(yù)期抗震性能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析采用Midas building來(lái)完成，罕遇地震波由江西省地震局提供的兩組天然波和一組人工波，共三組地震波組成，即選用了一個(gè)人工波，即：502-2波，兩條天然地震波，即：737LOMAP.AGW_FP波，316WESTMORL.PTS_FP波；采用Midas building軟件進(jìn)行了罕遇地震作用下的彈塑性時(shí)程分析。

國(guó)家規(guī)范《高規(guī)》JGJ3-2010第4.3.5條規(guī)定多組時(shí)程曲線(xiàn)的平均地震影響系數(shù)曲線(xiàn)應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線(xiàn)在統(tǒng)計(jì)意義上相符。

按照《抗規(guī)》大震下性能4結(jié)構(gòu)層間位移參考指標(biāo)——結(jié)構(gòu)不嚴(yán)重破壞，變形不大于0.9倍塑性變形值，即層間位移角不大于（0.9×1/100=1/111）。3條地震波結(jié)果表明結(jié)構(gòu)抗震能力在大震下可以滿(mǎn)足性能目標(biāo)4的要求。

罕遇地震彈塑性時(shí)程分析結(jié)論：該結(jié)構(gòu)在大震下框架柱僅有輕微損傷，剪力墻墻身?yè)p壞輕微，連梁充分發(fā)揮了耗能作用，結(jié)構(gòu)耗能及抗震耗能機(jī)制合理。

1）在考慮重力二階效應(yīng)及大變形的條件下，結(jié)構(gòu)在地震作用下的最大頂點(diǎn)位移為0.54m，并最終仍能保持直立，滿(mǎn)足“大震不倒”的設(shè)防要求；

2）主體結(jié)構(gòu)在各組地震波作用下的最大彈塑性層間位移角為1/199，結(jié)構(gòu)的層間位移角曲線(xiàn)無(wú)明顯較大的突變，表明結(jié)構(gòu)無(wú)明顯的薄弱層，滿(mǎn)足規(guī)范要求；

3）剪力墻中的連梁充分發(fā)揮了耗能作用。剪力墻損傷基本上集中在連梁上。剪力墻邊緣構(gòu)件損傷輕微，充分地保護(hù)了剪力墻墻身安全；

4）在核心筒出現(xiàn)塑性剛度下降后，框架的承載力足夠，未出現(xiàn)明顯損傷，框架可以起到第二道防線(xiàn)的作用。