大底盘高层建筑结构设计重点探讨

宋大哲

摘要：针对复杂高层建筑，尤其是大底盘复杂高层建筑的结构设计应持续加强研究，不断提高大底盘高层建筑的结构性能。本文主要就大底盘高层建筑结构设计中的一些重点作了简要分析探讨。

关键词：高层建筑；大底盘；结构设计

随着地下空间利用要求日益提高，将多幢高层建筑建在一个大底盘上的建筑结构体系得到了发展。本文主要就高层建筑大底盘设计中的重点作一些分析探讨。

1高层建筑大底盘设计中的一些基础问题研究

大底盘框架厚筏基础试验研究中的主要问题有：

（1）沉降变形特征与基底反力分布规律；

（2）裙房及其基础是否具有扩散主楼荷载的作用，其扩散的范围有多大；

（3）同一个大底盘框架厚筏基础上的塔楼之间相互影响的程度如何。

一些专家对这些问题作了详细研究，得出一些结论：

（1）沉降和反力明显是主楼下面大

二跨裙房时的沉降曲线见下图1所示。

二跨裙房时的反力曲线见图2所示。

（2）大型地下框架厚筏的变形与高层建筑的布置、荷载的大小有关。筏板变形具有以高层建筑为变形中心的不规则变形特征，高层建筑间的相互影响与加载历程有关。高层建筑本身的变形仍具有刚性结构的特征，框架结构筏板具有扩散高层建筑荷载的作用。

（3）高层建筑下的地基反力分布具线性分布特征，连同其扩散部分为一整体弯曲面，其挠度与筏板的厚度、裙房的荷载有关，其影响范围是有限的。

（4）任意组合的多组塔楼在同一大底盘框架厚筏基础上时，其地基变形特征为：各塔楼独立作用下产生的变形效应通过以各个塔楼下面一定范围内的区域为沉降中心，各自沿径向向外围衰减，并在其共同的影响范围内相互叠加。地基反力的分布规律与此相同。

（5）由于主楼荷载扩散范围的有限性和地基变形的连续性，在通常的楼层范围内，对于同一大底盘框架厚筏基础上的并列多塔楼，应用叠加原理计算基础的沉降变形和地基反力是可行的。

（6）随着塔楼彼此间位置的不同以及塔楼层数的差异，对于基础筏板表现出的不规则的变形特征，在筏板设计时需要采用整体分析的方法进行计算。

（7）当裙房荷载不大，且筏板的变形满足要求，需要减薄筏板的厚度以节省材料时，可自主楼边缘向外一跨的位置开始逐渐减薄筏板；当筏板的变形不能满足要求，需要设置后浇带时，后浇带的位置应设在自主楼边缘向外一跨处，确保地下室裙房有一跨与主楼整浇在一起，以减少高层下的附加应力，充分发挥“共同作用的有效范围”的合理受力形式。

2竖向不规则结构大底盘高层建筑结构设计重点

大底盘多塔楼高层建筑结构在大底盘上一层突然收进，使其侧向刚度和质量突然变化，故这种结构属竖向不规则结构。由于大底盘上有两个或多个塔楼，结构振型复杂，并会产生复杂的扭转振动，引起结构局部应力集中，对结构抗震不利。如果结构布置不当，则竖向刚度突变、扭转振动反应将会加剧。

因此，多塔楼结构的结构布置应满足下列要求。

（1）多塔楼建筑结构各塔楼的层数、平面和刚度宜接近。

计算结果表明，当各塔楼的质量和侧向刚度分布不均匀時，结构的扭转振动反应加剧。所以，为了减轻扭转振动反应对结构的不利影响，位于同一裙房上各塔楼的层数、平面形状和侧向刚度宜接近；如果各多塔楼的层数、刚度相差较大时，宜用防震缝将裙房分开。

（2）塔楼对底盘宜对称布置，塔楼结构的综合质心与底盘结构质心距离不宜大于底盘相应边长的 20%。

试验研究和计算分析结果表明，当塔楼结构与底盘结构质心偏心较大时，会加剧结构的扭转振动反应。所以，结构布置时应注意尽量减小塔楼与底盘的偏心。

（3）抗震设计时，转换层不宜设置在底盘屋面的上层塔楼内。

把转换层设置在大底盘屋面的上层塔楼内，则结构的侧向刚度沿竖向突变与结构内力传递途径改变同时出现，使结构受力更加复杂，不利于结构抗震，转换层与大底盘屋面之间的楼层更容易形成薄弱部位，加剧了结构破坏。

大底盘多塔楼结构是通过下部裙房将上部各塔楼连接在一起的，与无裙房的单塔楼结构相比，其受力最不利部位是各塔楼之间的裙房连接体。这些部位应采取下列加强措施：

（1）为保证多塔楼建筑结构底盘与塔楼的整体作用，底盘屋面楼板应予以加强。

（2）为保证多塔楼建筑中塔楼与底盘的整体工作，抗震设计时，对其底部薄弱部位应予以特别加强。多塔楼之间裙房连接体的屋面梁应加强；塔楼中与裙房连接体相连的外围柱、剪力墙，从固定端至裙房屋面上一层的高度范围内，宜适当提高。

3大底盘高层建筑结构设计应用实例

3.1工程概况

某高层办公楼高104m，地下3层，地上29层，平面为32×32m切角正方形。公寓、宾馆均为：高50.1m，地下3层（局部2 层），地上15层，平面为L形。拟扩建办公楼一座，高23层，88m，建筑面积约24000 m2 ，平立面形状、大小、风格与原办公楼一致。

3.2基础方案设计

根据建筑方案，拟建工程距原办公楼仅4m，距锅炉房仅2m，地基基础设计除保证新楼自身安全外，主要考虑它对原办公楼及锅炉房的影响。新楼基坑开挖造成原办公楼和锅炉房一侧卸荷，可能引起二者向另一侧倾斜。开挖过深则会造成原办公楼和锅炉房地基土滑移，二者向基坑倾斜。如果施工降水处理不当，也将造成原办公楼和锅炉房的不均匀沉降及倾斜。新楼沉降量过大更会直接导致原办公楼和锅炉房的不均匀沉降及倾斜。

设计考虑：

采用桩基础方案，保证新楼沉降最小。保证原有建筑物的安全。桩基沉降分析采用相互影响的计算方法；减小基坑开挖深度，采用一层地下室，以降低基坑开挖的难度，减少卸荷对原建筑物的影响。根据地下水状况，不采用人工降低地下水方法，少量进入基坑的水采用明沟排放。采用可靠的基坑支护方案，保证原有建筑物的安全。

设计方案：

采用一层地下室，地下室底标高为-4.0～4.5m。地下室底板须按规范进行验算。主楼采用灌注桩，以卵石层为持力层，桩长约20m，桩径800mm。经估算单桩容许承载力为2800KN，其中侧阻为2000KN，端阻800≮KN。采用后压浆技术，以提高单桩承载力。预期提高25%。须进行单桩静荷载试验，数量不少于3根。并应进行后压浆与否的对比试验。根据试桩确定的单桩承载力调整桩数，但减少的桩数不得多于原桩数的25%。根据基底平面为切角正方形及原有建筑物的限制，基坑支护采用钢筋混凝土拱圈方案。拱圈厚度≮400mm，压顶梁厚度≮500mm。拱圈底标高不得高于地下室底标高。

结论与总结：

现代高层建筑往往具有体型复杂、功能综合的特征。一方面为人们提供了良好的生活环境和工作条件，体现了建筑设计的人性化理念；另一方面也使建筑结构受力复杂、抗震性能变差、结构分析和设计方法复杂化。因此，针对复杂高层建筑，尤其是大底盘复杂高层建筑的结构设计应持续加强研究，不断提高大底盘高层建筑的结构性能。

参考文献：

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[3] 黄美玉.高层建筑结构大底盘多塔结构设计[J].建筑工程技术与设计，2014，（35）：134-134.DOI：10.3969/j.issn.2095-6630.2014.35.984.