吳雨楊

(四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)三院, 四川成都 610000)

目前，建筑行業(yè)已不再沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，而是將高層建筑中的辦公區(qū)和住宅區(qū)區(qū)分開來，將辦公樓或者商場(chǎng)設(shè)置在住宅小區(qū)的外側(cè)，向外界展現(xiàn)出一種商用建筑和民用建筑共存發(fā)展的趨勢(shì)，讓大底盤建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入到社會(huì)各界的視野中。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要對(duì)建筑物的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面考慮，特別是結(jié)構(gòu)裂縫和地表沉降等問題，做好預(yù)防措施，避免造成不必要的風(fēng)險(xiǎn)和損失。通過本文的研究，對(duì)大底盤多塔建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中存在的問題進(jìn)行剖析，找出問題的關(guān)鍵，從而提出具有針對(duì)性的解決措施，更好地提高建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，為人們的居住安全作出保障。

1 大底盤多塔建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，大底盤多塔樓在形式上各式各樣，只是將其看作為地下室，而且將其嵌固端處在頂板位置，這時(shí)便無法稱之為大底盤多塔樓建筑結(jié)構(gòu)。如果需要進(jìn)行計(jì)算，那么要以單個(gè)建筑來完成計(jì)算。要是地下室頂板不作為嵌固位置，則可以將其稱為大底盤多塔樓建筑結(jié)構(gòu)，并遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)原則。要想實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)功能，要從多個(gè)角度著手分析。一般情況下，大底盤多塔建筑結(jié)構(gòu)具有三個(gè)特點(diǎn)：變形協(xié)調(diào)性、類型多樣性、不規(guī)則、復(fù)雜性。在設(shè)計(jì)過程中，大底盤多塔結(jié)構(gòu)共分為兩種類型：其一，大底盤結(jié)構(gòu)頂層樓板作為嵌固端，該結(jié)構(gòu)常用于帶有地下停車場(chǎng)的住宅小區(qū)；其二，大底盤結(jié)構(gòu)頂層樓板不作為嵌固端，該結(jié)構(gòu)類型經(jīng)常用于商住功能性建筑或者大型商場(chǎng)等。其上層結(jié)構(gòu)需要設(shè)置抗震縫，從而提高建筑物整體的抗震性能。

2 工程案例

本文以四川省某市的高層建筑作為研究對(duì)象，并對(duì)其大底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體情況開展全面分析。該項(xiàng)目工程包括1棟住宅樓和1棟綜合樓，并帶有地下停車場(chǎng)[1]。其中，綜合樓建筑層數(shù)為18層，整體高度為52 m；住宅樓建筑層數(shù)為32層，整體高度為95 m。共有兩層地下車庫，每一層高度為3.5 m左右。整體工程的建筑面積約為6.2×104m2。如圖1所示，為商業(yè)綜合樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。為滿足人們的多樣化需求，需要采取大底盤多塔樓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下面便對(duì)大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開展分析工作，具體分析情況如下。

3 高層建筑大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

3.1 計(jì)算模型

一般分為兩種計(jì)算模型：離散模型和整體模型。其中，整體模型就是在計(jì)算過程中，將塔樓和底盤看做一個(gè)整體，在完成計(jì)算工作。而離散模型則是將每個(gè)塔樓看做一個(gè)整體，分別計(jì)算[2]。在實(shí)際工作中，因?yàn)檎w模型計(jì)算比較簡單，具有更強(qiáng)的實(shí)用性，因此整體模型計(jì)算應(yīng)用更為廣泛?，F(xiàn)階段，常見的整體模型計(jì)算軟件中比較具有代表性的軟件為SATWE，可將多塔結(jié)構(gòu)中的大部分看做一個(gè)整體進(jìn)行計(jì)算，例如剪重比、層載比和剛度比等。但是有一部分設(shè)計(jì)不可以整體計(jì)算，只能夠利用離散模型來完成計(jì)算。另外，如果多塔結(jié)構(gòu)層數(shù)和建筑造型差異較大時(shí)，在使用整體模型計(jì)算時(shí)對(duì)工作人員的素質(zhì)要求較高，而且在對(duì)各個(gè)塔樓之間的特性參數(shù)進(jìn)行分析時(shí)也很難把握準(zhǔn)確數(shù)值，此時(shí)應(yīng)用離散模型計(jì)算更好一些。

3.2 動(dòng)力時(shí)程分析法

該方法主要是先對(duì)多塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震波檢測(cè)，并對(duì)其動(dòng)力進(jìn)行研究分析，從而制定出較為合理的抗震方式。該方式可以檢測(cè)出多塔結(jié)構(gòu)中比較薄弱的環(huán)節(jié)，從而對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整，使其防裂性能和抗震等級(jí)都可以得到很好的提高。一般情況下，該方式都是從空間桿系層模型、層模型和桿系層模型三個(gè)方面來對(duì)多塔結(jié)構(gòu)的動(dòng)力進(jìn)行分析，在分析過程中，通過SPA84軟件來對(duì)計(jì)算其靈活自由度，并利用SPA200軟件來對(duì)其抗震彈性進(jìn)行計(jì)算，最后使用TAT完成調(diào)整和修改。

圖1 綜合樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3 底部剪力法

該方式以地震反應(yīng)譜理論作為理論基礎(chǔ)，通過多塔結(jié)構(gòu)底部的等效質(zhì)點(diǎn)和總地震剪力的水平地震作用相等的原理，來完成計(jì)算工作。該方式的使用條件分為三種：①大底盤多塔結(jié)構(gòu)整體高度低于40 m；②整體結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量在豎直方向上均勻分布；③發(fā)生地震時(shí)，結(jié)構(gòu)主要以變形剪切為主等。到目前為止，受到多方面因素的影響制約，導(dǎo)致該方式應(yīng)用范圍較小。

4 大底盤多塔建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題及解決措施

4.1 大底盤多塔建筑的沉降差異

在設(shè)計(jì)過程中，上部多塔或者下部底盤發(fā)生沉降差異是比較常見的現(xiàn)象。其形成原因主要是因?yàn)樗歉叨容^高，而且平面面積較小，導(dǎo)致荷載集中。另外，底盤為多層，有著較大的跨度，其荷載相應(yīng)的減小，呈現(xiàn)分散的趨勢(shì)，這些問題導(dǎo)致塔樓部分沉降過大，而下部底盤位置沉降比較小，出現(xiàn)沉降差異。為確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，可適當(dāng)強(qiáng)化主樓基礎(chǔ)，并減少裙房結(jié)構(gòu)受到的壓力。分析底盤和塔樓的受力情況來對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作出相應(yīng)調(diào)整[3]。例如，底盤和塔樓都使用樁基，但是底盤使用短樁，而塔樓使用長樁，這樣一來便可以實(shí)現(xiàn)平衡沉降的目的。另外，還可以設(shè)置沉降后澆帶或者沉降縫，這兩種方式都比較成熟，有著較廣的應(yīng)用，其實(shí)際效果也比較理想。

4.2 大底盤多塔建筑結(jié)構(gòu)裂縫

結(jié)構(gòu)裂縫在大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也是較為常見的問題。形成結(jié)構(gòu)裂縫的因素比較多，從結(jié)構(gòu)本身出發(fā)，由于底盤和塔樓之間有著較大的剛度差異，這樣會(huì)造成多塔結(jié)構(gòu)整體的受力不均，一些位置的構(gòu)件無法承載相應(yīng)的壓力，從而出現(xiàn)裂縫或者發(fā)生變形。為避免結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)，需要對(duì)合理設(shè)置主體結(jié)構(gòu)的剛度，確保其滿足設(shè)計(jì)要求。之后在設(shè)計(jì)過程中，工作人員利用柔性連接的方式來完成塔樓和底盤的連接工作，盡可能減少剛性連接的使用次數(shù)。最后，嚴(yán)格把控施工流程和建筑材料的質(zhì)量，從工藝上降低施工裂縫的出現(xiàn)。

4.3 大底盤多塔建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足

一般情況下，大底盤多塔樓建筑結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求，其根本原因就在于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，不夠合理。因此，為很好地解決這一問題，設(shè)計(jì)人員可以遵循以下幾種原則：第一，確定塔樓結(jié)構(gòu)和底盤結(jié)構(gòu)的整體布局時(shí)，盡可能地采取對(duì)稱性原則，而且需要確保塔樓綜合質(zhì)心和下部底盤中心之間的距離合理。另一方面，可添加厚度較大的底盤樓板，從而提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，需要注意的是，所添加的樓板厚度不得低于150 mm。

5 結(jié)束語

總而言之，設(shè)計(jì)人員在對(duì)大底盤多塔樓建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，為提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，必須要從多方面角度出發(fā)，結(jié)合實(shí)際建設(shè)情況，制定出合理有效的預(yù)防措施，一旦發(fā)生上述問題，及時(shí)處理，將危害和損失降到最低。另外，挑選計(jì)算模型也是重中之重，可以對(duì)不同的樁長和基礎(chǔ)類型進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，有效的處理沉降差異等問題。通過本文的研究分析，希望可以為高層建筑行業(yè)提供一定的科學(xué)參考，促進(jìn)大底盤多塔樓建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。