唐蘭云，黃淼

重慶新視野·濱河曉月大底盤多塔結(jié)構(gòu)計(jì)算模型分析

唐蘭云，黃淼

（重慶市設(shè)計(jì)院重慶400015）

重慶新視野·濱河曉月三面環(huán)水，常年水位較高，大底盤地下室不允許進(jìn)水，結(jié)構(gòu)不能設(shè)縫，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用大底盤多塔結(jié)構(gòu)。通過本工程多種結(jié)構(gòu)模型的選用及試算，探索出大底盤地下室多塔結(jié)構(gòu)較為安全、合理、高效的計(jì)算方法，供工程同行參考。

大底盤地下室多塔結(jié)構(gòu)；計(jì)算分析；建模

1 工程概況

濱河曉月項(xiàng)目位于重慶市石柱土家族自治縣南賓鎮(zhèn)城南路，整個(gè)地塊呈半島形，三面環(huán)水，一面臨城市干道；本工程由2號(hào)樓～9號(hào)樓等10棟高層住宅及底部二層商業(yè)裙房和地下車庫（1層）組成?？偨ㄖ娣e16萬平方米，其中地上137683.94㎡，地下21548.30㎡。地下室層高5.1m。地下室基本呈矩形，長268.8m，寬84m。地下室主要功能為:大型地下車庫、設(shè)備用房，人防為異地設(shè)置。建筑物塔樓范圍外地下室頂部覆土厚2.6m，頂部主要布置小區(qū)道路、綠化、景觀等。地下室平面如圖1所示。

圖1 地下室平面圖

2 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算模型分析

由于項(xiàng)目所處三面環(huán)水的半島，常年水位較高，大底盤地下室由于建筑功能要求，不允許進(jìn)水滲水，結(jié)構(gòu)不能設(shè)縫簡(jiǎn)單地將大底盤分為相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行設(shè)計(jì)，故采用將整個(gè)地下車庫地板及鋼筋混凝土擋墻圍和起來形成一巨大的箱體，其頂蓋托著10個(gè)高層住宅的大底盤多塔結(jié)構(gòu)。

然而這個(gè)龐然大物的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析卻是本工廠的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。通過多種結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的選用及試算，探索出大底盤地下室多塔結(jié)構(gòu)較為安全、合理、高效的計(jì)算方法。

2.1 上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的確定

由于本工程的地下室面積大約2萬平方米，地下室內(nèi)部梁、柱、墻等構(gòu)件特別多，軸網(wǎng)密集交錯(cuò)，且不同部分的功能甚至都不相同，同時(shí)要考慮到上部塔樓或裙房的位置等因素，所以地下室建模非常復(fù)雜繁瑣。鑒于目前PKPM軟件中計(jì)算的節(jié)點(diǎn)限制，如果采用將地下室和塔樓整體建模，其梁數(shù)及節(jié)點(diǎn)數(shù)已超過軟件的適用范圍。況且現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]的周期比計(jì)算是在單塔的前提下提出來的，對(duì)于大底盤多塔周期比計(jì)算應(yīng)該如何考慮規(guī)范并沒有說明，因此對(duì)于這種形式的周期比計(jì)算只能將多塔結(jié)構(gòu)拆分成單塔，然后分別進(jìn)行計(jì)算。

要將單塔進(jìn)行拆分計(jì)算的首要條件是將大底盤多塔結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閹У叵率业膯嗡Y(jié)構(gòu)，即將地下室頂板層作為結(jié)構(gòu)嵌固層，這樣無論上部有幾個(gè)獨(dú)立的塔樓，他們都將形成一個(gè)獨(dú)立嵌固于地下室頂板處的單體。給各塔樓進(jìn)行各自單獨(dú)計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，這一點(diǎn)在整個(gè)工程的后續(xù)工作中非常關(guān)鍵。

由于本工程地下室為全嵌入地下室，具備嵌固層的先天條件，再結(jié)合建筑功能在地下室內(nèi)設(shè)置剪力墻增加地下部份的結(jié)構(gòu)剛度，以滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3]5.3.7條:高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍的要求。

同時(shí)嵌固部位樓蓋采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，樓板厚度取180mm，混凝土等級(jí)為C30，采用雙層雙向配筋，且每層每個(gè)方向配筋率為0.3%；地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合計(jì)算要求外，都不少于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍。

由于達(dá)到了規(guī)范要求的嵌固條件，這樣地下室頂板能夠作為上部塔樓結(jié)構(gòu)嵌固層，具備各塔分開計(jì)算的條件，不再形成大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)，也形不成復(fù)雜高層。復(fù)雜的計(jì)算變得簡(jiǎn)捷。

2.2 上部塔樓建模分析

上部10棟高層建筑以地下室頂板作為塔樓基礎(chǔ)，計(jì)算便按常規(guī)的單塔結(jié)構(gòu)模型選用即可。應(yīng)用SATWE軟件進(jìn)行了計(jì)算分析，模型以地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，采用了扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的振型分解反應(yīng)譜法，考慮了單向地震作用下±5%偶然偏心及雙向地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。對(duì)于大底盤與多塔的分界部位為地上某層時(shí)，由于每一個(gè)塔都是獨(dú)立自由振動(dòng)的，所以結(jié)構(gòu)的剪重比、剛度比、位移比和周期比都按各塔分別進(jìn)行控制；本工程各單體的內(nèi)力計(jì)算模型取各塔分開的計(jì)算模型即可。

2.3 大底盤地下室合理建模分析

根據(jù)上海市《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》[4]，對(duì)地下室區(qū)域結(jié)合上部結(jié)構(gòu)采用分片建模。

根據(jù)上海市《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》[4]，在計(jì)算地下室結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度時(shí)，只能考慮塔樓及其周圍的抗側(cè)力構(gòu)件的貢獻(xiàn)，塔樓周圍的范圍可以在兩個(gè)水平方向分別取地下室層高的2倍左右。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]6.4.14，在計(jì)算地下室結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度時(shí)，地上一層的抗側(cè)剛度，不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍；其相關(guān)范圍在條文中解釋為:”相關(guān)范圍”一般可從地上結(jié)構(gòu)周邊外延不大于20m。

在建模開始時(shí)先確定分片的位置，按每棟樓為單塔劃分出建模區(qū)域。為了在完成上部塔樓結(jié)構(gòu)的同時(shí)完成地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，地下室在兩個(gè)水平方向分別取地下室層高的2倍或20m建模，通過調(diào)整剪力墻數(shù)量對(duì)于上部塔樓的側(cè)向剛度比計(jì)算完全可以滿足規(guī)范要求，但對(duì)于地下室部分(特別是兩塔樓相鄰部份)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算將存在偏差。

在本工程中，相鄰僅3跨及以下的塔樓，如9-1號(hào)樓與9-2號(hào)樓及8號(hào)樓，視為一整體建模，按局部大底盤多塔計(jì)算分析，其余相鄰在3跨以上的按單塔切分計(jì)算。

為了能夠使地下室結(jié)構(gòu)在分片后分析計(jì)算更加準(zhǔn)確，確定在分片分區(qū)域建模時(shí)對(duì)地下室結(jié)構(gòu)在區(qū)域與區(qū)域之間進(jìn)行跨度重疊建模。

現(xiàn)在最主要的問題是，在區(qū)域與區(qū)域之間到底重疊幾跨才能夠滿足地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

在本工程中，在地下室分區(qū)域中選取典型框架如圖2所示，分別按以下六種方法建模進(jìn)行對(duì)比分析。

圖2 典型框架平面布置圖

模型一:利用地下室平面中右邊帶3號(hào)，2號(hào)，7號(hào)，6-2號(hào)，6-1號(hào)塔樓范圍的地下室及其上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模。

模型二:在區(qū)域與區(qū)域之間重疊一跨進(jìn)行建模。

模型三:在區(qū)域與區(qū)域之間重疊二跨進(jìn)行建模。

模型四:在區(qū)域與區(qū)域之間重疊三跨進(jìn)行建模。

模型五:在區(qū)域與區(qū)域之間重疊四跨進(jìn)行建模。

模型六：在區(qū)域與區(qū)域之間重疊五跨進(jìn)行建模。

具體計(jì)算結(jié)果見表1～表4。

表1 框架柱軸力及軸壓比

表2 框架梁1內(nèi)力

表3 框架梁2內(nèi)力

表4 次梁1內(nèi)力

通過對(duì)表1～表4計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析可知，模型二與模型一計(jì)算結(jié)果相差比較大，僅框架柱軸力就相差9.7%；模型三與模型一框架梁1及次梁1計(jì)算結(jié)果比較接近，框架梁2計(jì)算結(jié)果偏小，框架柱軸力計(jì)算偏小，相差2.7%；模型四與模型一框架柱軸力相差0.39%，框架梁1內(nèi)力相差均在0.14%以內(nèi)，框架梁2內(nèi)力相差均在0.19%以內(nèi)，次梁1內(nèi)力相差均在0.11%以內(nèi)；模型五與模型六計(jì)算結(jié)果變化很小，其中模型六最接近整體建模計(jì)算結(jié)果。

很明顯，隨著重疊跨數(shù)增多，計(jì)算結(jié)果越來越接近整體建模計(jì)算結(jié)果。但是基于大底盤地下室內(nèi)部梁、柱、墻等構(gòu)件多，軸網(wǎng)密集交錯(cuò)等特性，為了建模時(shí)不至于其梁數(shù)以及節(jié)點(diǎn)數(shù)超過軟件的適用范圍，同時(shí)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率，采用模型四建模就可以滿足大底盤地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

在本工程實(shí)際設(shè)計(jì)中，采用了模型四(在區(qū)域與區(qū)域之間重疊三跨進(jìn)行建模)建模，在完成上部塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)也完成了下部大底盤地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全、經(jīng)濟(jì)等要求的前提下，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率。

[1]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ50011-201，[S].

[2]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB5001-02010，[S].

[3]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-2010，[S].

[4]上海市《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》DGJ08-9-2003，上海市《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》[S].

責(zé)任編輯：余詠梅

On Calculating Models of A Large Chassis and Multi-Tower Structure in a New Chongqing Community

This newly-built community project is surrounded by water on three sides and the water level stays high through the year.Due to that the structure could not be set with joints and no water is allowed for a large chassis basement,the design thus adopted a large chassis and multi-tower structure.The computing method for the structure of large chassis basement and multi-tower,is proved to be safe,reasonable and with highly effective,which has been developed via selecting and tentatively calculating in this project's various structural models.A conclusion is offered in the final part of the paper for designers in this field as a useful reference.

structure of large chassis basement and multi-tower;calculating analysis;modeling

TU311.4

A

1671-9107（2012）03-0042-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2012.3.042

2012-03-07

唐蘭云（1964-），女，漢，四川岳池人，高級(jí)工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。