何惟雄

(廣東博意建筑設計院有限公司，廣東佛山　528312)

大底盤多塔樓高層建筑結構的設計

何惟雄

(廣東博意建筑設計院有限公司，廣東佛山528312)

摘要:以某大底盤多塔樓高層建筑結構設計為例，在全面分析建筑結構的基礎上，制定了合理的設計方案與流程，設置了結構的主要設計參數，并分析了建筑結構設計中存在的問題，總結了具體的應對措施，提升了建筑物的整體性能。

關鍵詞:大底盤多塔樓，建筑結構，設計方案，應對措施

0　引言

隨著人們對建筑功能要求提升，高層建筑逐漸向多元化方向發(fā)展，大底盤多塔樓高層應運而生。大底盤多塔樓高層建筑通過將兩個或多個建筑相連，該設計方式可提升建筑物的使用空間，滿足人們對建筑物商業(yè)空間和共享空間的要求，獲得占地面積小、容積率高的經濟效益。但是當大底盤數量較多，多塔樓結構也更加復雜，建筑容易產生較大的扭轉振動力。因此，大底盤多塔樓高層建筑結構設計形式及其相關理論成為國內外專家和設計人員研究的重點。本文結合某大底盤多塔樓高層建筑結構設計，分析了大底盤多塔樓高層建筑的設計方法。

1　工程概況

該大底盤多塔樓高層建筑屬于某工程二期，建筑包括綜合樓( 11層，35 m)、住宅樓各1棟( 32層，94.5 m)，地下車庫1個(主體雙層，局部3層，層高3.5 m)。該建筑東西和南北方向長度分別為120 m，116 m，總面積約59 400 m2，車庫尺寸97 m×93 m，一期車庫已建成，并與二期車庫相同。住宅底部預建甲類核6級人防地下室。建筑位于低丘崗地形，地勢變化大，最大落差9 m，地勢沿西南—東北逐漸降低。建筑抗震防裂等級為6度，設計地震分組為第一組，基本地震加速度為0.05g，基本風壓0.35 kN/m2，抗浮水位絕對標高47 m。高層建筑總平面圖見圖1。

2　大底盤多塔樓高層建筑設計方案分析

2.1設計方案

該工程結構具有一定特殊性，一是該建筑屬于二期工程，建筑結構設計應符合一期工程設計，并且一期和二期工程分別先后設計施工，因而設計前應首先明確地下室與一期設縫斷開。二是已建車庫需要與二期車庫相通，但是已建車庫西側和北側分別高于和低于二期車庫3.6 m，并且已建車庫的一側屬于臨空面，二期車庫底層周邊形成可靠嵌固的難度大，因而二期車庫嵌固位置必須設置在最低標高區(qū)域。根據二期工程的特點及大底盤多塔樓高層建筑結構設計相關內容，高層建筑結構總體嵌固部位設置于絕對標高為44.8 m的底層。同時考慮地下室嵌固作用，對南北方向塔樓的結構進行包絡分析，并對嵌固部位進行多模型對比，計算不利值。由于塔樓的結構、受力計算復雜，塔樓及車庫底盤的間距遠遠低于底盤相應邊長，但是塔樓的層高、剛度和質量差異造成結構扭轉效應變大。車庫底盤結構超長，因而還需要考慮溫度效應產生的影響，并通過增加抗裂鋼筋以及完善構造削弱扭轉效應［1］。該設計的優(yōu)勢在于建筑物的三個平面不均勻土產生的壓力可由大底盤和塔樓承受，雖然地勢落差較大，但是底盤尺寸大，傾斜幅度小，傾斜角對底盤和塔樓的不利作用被削弱，地勢落差增加地震作用。大底盤存在土體壓力形成的摩擦力和被動土壓，樁基礎承擔側力減弱，還能保證車庫的完整性，滿足對車位數量的需求。通過對該大底盤多塔樓高層建筑結構分析可以看到，該設計方案雖然使建筑的結構和受力更加復雜，但是適當調整后，設計方案可使建筑設計符合各項標準，且建筑的穩(wěn)定性更好［2］。即使構造成本有所上升，但是無需設置室外擋土結構及其他結構，未導致建筑總體成本大幅度上升，總體造價仍處于合理范圍。

圖1　高層建筑總平面布置圖

2.2高層建筑結構及參數分析

根據結構設計方案，建筑結構總體高度為98.7 m，墻體采用剪力墻結構，車庫頂部絕對標高52 m以上采用兩個凸型設計的造型，以適應車庫超長及不規(guī)則平面。凸型電梯和樓梯連接位置采用拉結加厚板和拉梁，提高抗震性能;剪力墻抗震等級三級。綜合樓高度43.2 m，車庫以上采用框架結構，框架抗震、抗震墻抗震等級均為三級。豎向承重構件混凝土采用C45～C30，車庫范圍內柱體、剪力墻等結構均為C45，梁和板混凝土、塔樓加強層樓面混凝土采用標號C35設計，其余樓面混凝土使用C30。綜合樓車庫頂板位置，高層豎向構件混凝土等級應更高，才能滿足剛度和受剪承載力要求，因而使用C50混凝土。

2.3建筑結構設計應對措施

1)本高層建筑工程包含綜合樓和住宅樓各1棟，2棟樓的質量和剛度存在較大差距，計算結果顯示綜合和底盤的質心距超出標準范圍，且偏心距X軸和Y軸方向邊長均小于20%，因而該建筑車庫周邊設置剪力墻，提高車庫抗扭剛度，減少扭轉位移比，提升大底盤和塔樓的整體性，削弱扭轉力增大對建筑整體性產生的不利影響。

2)本高層建筑周邊存在土層側壓力不均勻問題，因而住宅塔樓相關范圍內增加適量剪力墻，形成高剛度的底盤，保證主體抗側結構傳遞和承受水平力性能。本建筑高度為98.7 m，基礎深3 m，根據住宅樓高度和基礎深度對建筑單側承受土壓力和單塔的受力分析顯示，基礎的整體穩(wěn)定性符合標準，基礎未出現受拉問題。而地質勘察顯示車庫底部存在殘積粉質粘土層，因而需要提高樁的直徑和承臺深度，并采用原槽澆灌方式澆筑承臺，使承臺可靠傳力。另外，在進行回填周邊土體操作前，需要完成塔樓主體和車庫整體結構，并根據從高到低方式回填土，控制回填土的質量［3］?；靥钔梁筮M行分層壓實，保證壓實系數高于0.94。

3)提高振型數，根據計算結果，振型數應為84可充分反映高振型下結構內力影響，減少扭轉效應增大帶來的影響。

4)為保證底盤和塔樓的性能符合要求，還需要采取以下五點措施:一是提高塔樓及塔樓范圍內豎向構件的抗震等級，如將塔樓底部加強區(qū)、綜合樓樓面0.1 m標高下范圍的抗震等級提升至二級;二是增加底盤車庫兩層、底部兩層樓面板的厚度，并適當增加配筋構造。剛性底盤范圍內車庫板厚度應高于其他位置厚度，本建筑剛性底盤范圍內車庫板厚度及其他位置厚度分別為200 mm 和180 mm;控制車庫兩層拉通配筋率，配筋率應不低于0.25%;三是提高車庫塔樓連體屋面梁截面，增強連體屋梁的鋼筋構造，重點做好范圍內相連梁的截面和構造設計［4］;四是提升塔樓與車庫相連范圍內各構造的截面和配筋，加大配筋率;五是提高車庫周邊剪力墻配筋率。

5)由于車庫以上11層框架結構存在剛度突變危險，因而提高框架結構彈塑性變形能力，彈塑性層間位移角符合規(guī)定要求，并提高一層柱混凝土等級配筋構造。調整塔樓外圍局部跨樓板標高、毗鄰梁截面，保證水平力有效傳遞，預防錯層［5］。

6)低東北側部分結構外露跨梯考慮結構溫差，并使用PMSAP計算溫度應力，增加鋼筋數量，其他部位縱向超長結構增加構造鋼筋。

7)該基礎設計為甲級。根據地質勘察數據，建筑物采用人工挖樁基礎，減少負荷差異引起的沉降變化。該處理方式作用還體現在增強孔樁的抗側能力。車庫部位基礎采用全風化泥質砂巖，可降低工程造價，還能縮短樁的長度。

3　結構計算分析

使用設計軟件結構受力情況進行分析和整體驗算，增加對綜合樓抗震彈塑性變形驗算，并對各塔樓車庫地板嵌固位置和車庫頂板標高位置的整體傾覆進行驗算，保證結構力學設計的科學性［6］。地震作用采用整塔模型和切分多塔模型分析計算，并按照雙向水平地震作用計算扭耦聯效應。模型計算結果用于優(yōu)化結構的鋼重比、受剪承載力、剪重比等。分塔模型結果用于控制塔結構周期、周期比和位移比。共進行兩次模型計算，取最不利值為設計依據。

除裙樓外豎向構件層最大水平位移和層間平均位移的平均值為1.2倍外，其余均小于1.2倍，符合設計要求。最大位移比位于西北角，并與一期地下車庫相連。綜合樓塔樓的地震彈塑性變形層間位移角為1/290，變形實驗顯示梁端為產生塑性鉸的主要位置。

4　結語

當建筑兩側水平高度差異較大情況下，可利用“斜地平線”理念設計，科學計算并做好加強工程的方法，或者設計獨立的支護結果作為支撐。雖然相關文件規(guī)定建筑應重點考慮地震的影響，但是本建筑自身還發(fā)揮支擋作用，受到土壓力和傳遞建筑兩側不同標高地震運動引起的作用，因而本研究取值的合理性還需深入分析。在具有一定坡度場地建設大底盤多塔結構，需要提升底盤抗側剛度和樓板水平剛度;對于塔樓質量和剛度分布不均大底盤多塔結構設計，還需要重點做好扭轉效應控制措施，特殊情況下可增加振型數計算，滿足抗震性要求。

參考文獻:

［1］胡廣良.大底盤雙塔樓超限高層結構設計及抗震分析［J］.建筑技術，2013( 5) :456-460.

［2］盧富永.大底盤多塔建筑的結構設計有關問題的探討［J］.建筑技術開發(fā)，2012( 9) :10-11，29.

［3］楊學林，祝文畏.復雜體型高層建筑結構穩(wěn)定性驗算［J］.土木工程學報，2015( 11) :16-26.

［4］趙楠，馬凱，李婷，等.大底盤多塔高層隔震結構的地震響應［J］.土木工程學報，2010( S1) :255-258.

［5］JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構設計規(guī)程［S］.

［6］楊柳.高層建筑結構大底盤多塔結構設計［J］.工程建設與設計，2014( 8) :31-34.

Design of high-rise building structure of multi-towers with large chassis

He Weixiong
( Guangdong Boyi Building Design Institute Co.，Ltd，Foshan 528312，China)

Abstract:Taking the high-rise building structure design of multi-towers with large chassis as an example，based on comprehensively analyzing building structure，the paper formulates rational design scheme and procedures，sets major structural design parameters，analyzes problems existing in building structure design，and summarizes specific countermeasures.As s result，it improves the integral building performance.

Key words:multi-towers with large chassis，building structure，design scheme，countermeasures

作者簡介:何惟雄(1981-)，男，工程師，一級注冊結構工程師

收稿日期:2015-11-28

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0025-03

中圖分類號:TU973

文獻標識碼:A