大底盘多塔楼高层建筑结构的设计

何惟雄

(广东博意建筑设计院有限公司，广东佛山　528312)

大底盘多塔楼高层建筑结构的设计

何惟雄

(广东博意建筑设计院有限公司，广东佛山528312)

摘要:以某大底盘多塔楼高层建筑结构设计为例，在全面分析建筑结构的基础上，制定了合理的设计方案与流程，设置了结构的主要设计参数，并分析了建筑结构设计中存在的问题，总结了具体的应对措施，提升了建筑物的整体性能。

关键词:大底盘多塔楼，建筑结构，设计方案，应对措施

0　引言

随着人们对建筑功能要求提升，高层建筑逐渐向多元化方向发展，大底盘多塔楼高层应运而生。大底盘多塔楼高层建筑通过将两个或多个建筑相连，该设计方式可提升建筑物的使用空间，满足人们对建筑物商业空间和共享空间的要求，获得占地面积小、容积率高的经济效益。但是当大底盘数量较多，多塔楼结构也更加复杂，建筑容易产生较大的扭转振动力。因此，大底盘多塔楼高层建筑结构设计形式及其相关理论成为国内外专家和设计人员研究的重点。本文结合某大底盘多塔楼高层建筑结构设计，分析了大底盘多塔楼高层建筑的设计方法。

1　工程概况

该大底盘多塔楼高层建筑属于某工程二期，建筑包括综合楼( 11层，35 m)、住宅楼各1栋( 32层，94.5 m)，地下车库1个(主体双层，局部3层，层高3.5 m)。该建筑东西和南北方向长度分别为120 m，116 m，总面积约59 400 m2，车库尺寸97 m×93 m，一期车库已建成，并与二期车库相同。住宅底部预建甲类核6级人防地下室。建筑位于低丘岗地形，地势变化大，最大落差9 m，地势沿西南—东北逐渐降低。建筑抗震防裂等级为6度，设计地震分组为第一组，基本地震加速度为0.05g，基本风压0.35 kN/m2，抗浮水位绝对标高47 m。高层建筑总平面图见图1。

2　大底盘多塔楼高层建筑设计方案分析

2.1设计方案

该工程结构具有一定特殊性，一是该建筑属于二期工程，建筑结构设计应符合一期工程设计，并且一期和二期工程分别先后设计施工，因而设计前应首先明确地下室与一期设缝断开。二是已建车库需要与二期车库相通，但是已建车库西侧和北侧分别高于和低于二期车库3.6 m，并且已建车库的一侧属于临空面，二期车库底层周边形成可靠嵌固的难度大，因而二期车库嵌固位置必须设置在最低标高区域。根据二期工程的特点及大底盘多塔楼高层建筑结构设计相关内容，高层建筑结构总体嵌固部位设置于绝对标高为44.8 m的底层。同时考虑地下室嵌固作用，对南北方向塔楼的结构进行包络分析，并对嵌固部位进行多模型对比，计算不利值。由于塔楼的结构、受力计算复杂，塔楼及车库底盘的间距远远低于底盘相应边长，但是塔楼的层高、刚度和质量差异造成结构扭转效应变大。车库底盘结构超长，因而还需要考虑温度效应产生的影响，并通过增加抗裂钢筋以及完善构造削弱扭转效应［1］。该设计的优势在于建筑物的三个平面不均匀土产生的压力可由大底盘和塔楼承受，虽然地势落差较大，但是底盘尺寸大，倾斜幅度小，倾斜角对底盘和塔楼的不利作用被削弱，地势落差增加地震作用。大底盘存在土体压力形成的摩擦力和被动土压，桩基础承担侧力减弱，还能保证车库的完整性，满足对车位数量的需求。通过对该大底盘多塔楼高层建筑结构分析可以看到，该设计方案虽然使建筑的结构和受力更加复杂，但是适当调整后，设计方案可使建筑设计符合各项标准，且建筑的稳定性更好［2］。即使构造成本有所上升，但是无需设置室外挡土结构及其他结构，未导致建筑总体成本大幅度上升，总体造价仍处于合理范围。

图1　高层建筑总平面布置图

2.2高层建筑结构及参数分析

根据结构设计方案，建筑结构总体高度为98.7 m，墙体采用剪力墙结构，车库顶部绝对标高52 m以上采用两个凸型设计的造型，以适应车库超长及不规则平面。凸型电梯和楼梯连接位置采用拉结加厚板和拉梁，提高抗震性能;剪力墙抗震等级三级。综合楼高度43.2 m，车库以上采用框架结构，框架抗震、抗震墙抗震等级均为三级。竖向承重构件混凝土采用C45～C30，车库范围内柱体、剪力墙等结构均为C45，梁和板混凝土、塔楼加强层楼面混凝土采用标号C35设计，其余楼面混凝土使用C30。综合楼车库顶板位置，高层竖向构件混凝土等级应更高，才能满足刚度和受剪承载力要求，因而使用C50混凝土。

2.3建筑结构设计应对措施

1)本高层建筑工程包含综合楼和住宅楼各1栋，2栋楼的质量和刚度存在较大差距，计算结果显示综合和底盘的质心距超出标准范围，且偏心距X轴和Y轴方向边长均小于20%，因而该建筑车库周边设置剪力墙，提高车库抗扭刚度，减少扭转位移比，提升大底盘和塔楼的整体性，削弱扭转力增大对建筑整体性产生的不利影响。

2)本高层建筑周边存在土层侧压力不均匀问题，因而住宅塔楼相关范围内增加适量剪力墙，形成高刚度的底盘，保证主体抗侧结构传递和承受水平力性能。本建筑高度为98.7 m，基础深3 m，根据住宅楼高度和基础深度对建筑单侧承受土压力和单塔的受力分析显示，基础的整体稳定性符合标准，基础未出现受拉问题。而地质勘察显示车库底部存在残积粉质粘土层，因而需要提高桩的直径和承台深度，并采用原槽浇灌方式浇筑承台，使承台可靠传力。另外，在进行回填周边土体操作前，需要完成塔楼主体和车库整体结构，并根据从高到低方式回填土，控制回填土的质量［3］。回填土后进行分层压实，保证压实系数高于0.94。

3)提高振型数，根据计算结果，振型数应为84可充分反映高振型下结构内力影响，减少扭转效应增大带来的影响。

4)为保证底盘和塔楼的性能符合要求，还需要采取以下五点措施:一是提高塔楼及塔楼范围内竖向构件的抗震等级，如将塔楼底部加强区、综合楼楼面0.1 m标高下范围的抗震等级提升至二级;二是增加底盘车库两层、底部两层楼面板的厚度，并适当增加配筋构造。刚性底盘范围内车库板厚度应高于其他位置厚度，本建筑刚性底盘范围内车库板厚度及其他位置厚度分别为200 mm 和180 mm;控制车库两层拉通配筋率，配筋率应不低于0.25%;三是提高车库塔楼连体屋面梁截面，增强连体屋梁的钢筋构造，重点做好范围内相连梁的截面和构造设计［4］;四是提升塔楼与车库相连范围内各构造的截面和配筋，加大配筋率;五是提高车库周边剪力墙配筋率。

5)由于车库以上11层框架结构存在刚度突变危险，因而提高框架结构弹塑性变形能力，弹塑性层间位移角符合规定要求，并提高一层柱混凝土等级配筋构造。调整塔楼外围局部跨楼板标高、毗邻梁截面，保证水平力有效传递，预防错层［5］。

6)低东北侧部分结构外露跨梯考虑结构温差，并使用PMSAP计算温度应力，增加钢筋数量，其他部位纵向超长结构增加构造钢筋。

7)该基础设计为甲级。根据地质勘察数据，建筑物采用人工挖桩基础，减少负荷差异引起的沉降变化。该处理方式作用还体现在增强孔桩的抗侧能力。车库部位基础采用全风化泥质砂岩，可降低工程造价，还能缩短桩的长度。

3　结构计算分析

使用设计软件结构受力情况进行分析和整体验算，增加对综合楼抗震弹塑性变形验算，并对各塔楼车库地板嵌固位置和车库顶板标高位置的整体倾覆进行验算，保证结构力学设计的科学性［6］。地震作用采用整塔模型和切分多塔模型分析计算，并按照双向水平地震作用计算扭耦联效应。模型计算结果用于优化结构的钢重比、受剪承载力、剪重比等。分塔模型结果用于控制塔结构周期、周期比和位移比。共进行两次模型计算，取最不利值为设计依据。

除裙楼外竖向构件层最大水平位移和层间平均位移的平均值为1.2倍外，其余均小于1.2倍，符合设计要求。最大位移比位于西北角，并与一期地下车库相连。综合楼塔楼的地震弹塑性变形层间位移角为1/290，变形实验显示梁端为产生塑性铰的主要位置。

4　结语

当建筑两侧水平高度差异较大情况下，可利用“斜地平线”理念设计，科学计算并做好加强工程的方法，或者设计独立的支护结果作为支撑。虽然相关文件规定建筑应重点考虑地震的影响，但是本建筑自身还发挥支挡作用，受到土压力和传递建筑两侧不同标高地震运动引起的作用，因而本研究取值的合理性还需深入分析。在具有一定坡度场地建设大底盘多塔结构，需要提升底盘抗侧刚度和楼板水平刚度;对于塔楼质量和刚度分布不均大底盘多塔结构设计，还需要重点做好扭转效应控制措施，特殊情况下可增加振型数计算，满足抗震性要求。

参考文献:

［1］胡广良.大底盘双塔楼超限高层结构设计及抗震分析［J］.建筑技术，2013( 5) :456-460.

［2］卢富永.大底盘多塔建筑的结构设计有关问题的探讨［J］.建筑技术开发，2012( 9) :10-11，29.

［3］杨学林，祝文畏.复杂体型高层建筑结构稳定性验算［J］.土木工程学报，2015( 11) :16-26.

［4］赵楠，马凯，李婷，等.大底盘多塔高层隔震结构的地震响应［J］.土木工程学报，2010( S1) :255-258.

［5］JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构设计规程［S］.

［6］杨柳.高层建筑结构大底盘多塔结构设计［J］.工程建设与设计，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

作者简介:何惟雄(1981-)，男，工程师，一级注册结构工程师

收稿日期:2015-11-28

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0025-03

中图分类号:TU973

文献标识码:A