大底盤多塔連體復(fù)雜體型高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳 超（長(zhǎng)沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙410000）

大底盤多塔連體復(fù)雜體型高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳 超（長(zhǎng)沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙410000）

建筑功能以及建筑外觀多樣化需求的不斷涌現(xiàn)，建筑變得越來越復(fù)雜，其中最為典型的一種形式就是大底盤多塔樓連體高層建筑?；诖耍疚氖紫日撌隽舜蟮妆P多塔連體復(fù)雜體型高層建筑結(jié)構(gòu)，其后就建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以及建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，以期為相關(guān)人員提供參考。

大底盤；復(fù)雜體型；高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 引言

高層建筑的施工時(shí)，建筑的質(zhì)量很大程度上取決于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，特別是大底盤多塔連體復(fù)雜體型高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，涉及到的內(nèi)容有地下室設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等等，一旦有一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則會(huì)影響到建筑的質(zhì)量，所以，做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著十分重要的意義。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系概述

2.1 大底盤多塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1.1 大底盤與上部多塔變形的協(xié)調(diào)性

一般位于大底盤多塔結(jié)構(gòu)底部的大底盤會(huì)被用作商用，而上部則作為住宅或者其他用處，所以上部的多塔部分一般會(huì)在大底盤的頂部出現(xiàn)內(nèi)收的情況，平面剛度則會(huì)發(fā)生突變。此外，由于多塔部分一般為剪力墻，因此，大底盤部分要對(duì)墻體進(jìn)行加厚，或者增加墻的數(shù)量，防止出現(xiàn)豎向的剛度突變。為了確保大底盤跟各塔之間的變形相互協(xié)調(diào)，則需要將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在大底盤的頂層，并將大底盤的頂板當(dāng)作是多塔結(jié)構(gòu)的嵌固端。在布置大底盤頂層樓板鋼筋時(shí)，要進(jìn)行通長(zhǎng)布置，并同時(shí)考慮到溫度、收縮以及剛度的實(shí)際需求。

2.1.2 綜合體結(jié)構(gòu)類型多樣性

大底盤的多塔高層建筑的結(jié)構(gòu)類型多種多樣，常見的多塔結(jié)構(gòu)有帶縫多塔結(jié)構(gòu)、無裙房多塔結(jié)構(gòu)、復(fù)雜多塔結(jié)構(gòu)。雙塔連體結(jié)構(gòu)跟大底盤多塔半結(jié)構(gòu)之間存在著一定的區(qū)別，前者需要軸線對(duì)稱，或者基本對(duì)稱即可，而大底盤多塔高層建筑結(jié)構(gòu)對(duì)于對(duì)稱的要求則更高，比較的獨(dú)特，一般會(huì)體現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)的功能以及設(shè)計(jì)者的理念上，因此，進(jìn)行底盤多塔高層建筑結(jié)構(gòu)以及動(dòng)力性能設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格要求。

2.1.3 大底盤、多塔間豎向構(gòu)件不規(guī)則性

大底盤建筑結(jié)構(gòu)的多塔部分出現(xiàn)內(nèi)收時(shí)，結(jié)構(gòu)豎向剛度會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)有薄弱的部位出現(xiàn)，因而設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意加強(qiáng)此部的結(jié)構(gòu)。多塔結(jié)構(gòu)振型較為復(fù)雜，且質(zhì)量和剛度的分布都不夠均勻，因而各塔樓結(jié)構(gòu)的平面布置以及結(jié)構(gòu)的類型盡可能的保持一致，減小綜合體質(zhì)心和剛心之間的距離，以減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的效應(yīng)。進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，由于塔樓層高較低，易于發(fā)生結(jié)構(gòu)豎向剛度的突變，形成薄弱的部位，因而不宜在底盤屋面的塔樓內(nèi)設(shè)置帶轉(zhuǎn)換層。同時(shí)，還要注意多塔裙房鏈之間連接的屋面梁的加強(qiáng)，各塔樓跟裙房連接的部位的外圍柱以及剪力墻從固定端至裙房屋面上一層的高度范圍內(nèi)要特別的加強(qiáng)，即適當(dāng)?shù)奶岣咧v向鋼筋的最小配筋率，柱箍筋在裙樓屋面上、下層的范圍內(nèi)全高加密，剪力墻宜按規(guī)范設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

2.2 大底盤多塔高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分類

設(shè)計(jì)大底盤多塔高層建筑時(shí)，一般將建筑結(jié)構(gòu)分為兩種類型：①上部多塔樓的嵌固端以大底盤結(jié)構(gòu)頂層樓板為主，此結(jié)構(gòu)一般以帶有地下停車位的住宅小區(qū)為主。②不將大底盤作為上部多塔結(jié)構(gòu)的嵌固端。此結(jié)構(gòu)一般會(huì)當(dāng)作是商用樓，這也是較多的地下車庫(kù)或者商業(yè)建筑在設(shè)計(jì)好大底盤頂層后，會(huì)在上部開設(shè)抗震縫，并將其設(shè)計(jì)成多塔樓。

3 高層建筑大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 做好基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.1.1 確定好樁型和樁端持力層

設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)，要先確定好樁型以及樁端的持力層，一般使用的鉆孔灌注樁的直徑要大，并將中風(fēng)化巖當(dāng)作樁端的持力層，當(dāng)樁端的持力層超過鉆孔灌注樁的直徑時(shí)，則可以在樁端進(jìn)行壓密注漿，可以減少樁端持力層不同而出現(xiàn)的差異沉降。樁徑根據(jù)其荷載的大小，樁的受力類型以及沉降進(jìn)行計(jì)算分析，一般使用∮800、∮1000和∮1200大直徑的鉆孔灌注樁，樁身使用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，抗拔樁通長(zhǎng)配筋。

3.1.2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)底板

進(jìn)行基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)時(shí)，塔樓主要使用筏形平板式為2.3m，其余的部分均使用柱下獨(dú)立承臺(tái)作為基礎(chǔ)塔樓筏形平板式基礎(chǔ)與柱下獨(dú)立承臺(tái)基礎(chǔ)，以及獨(dú)立承臺(tái)相互之間設(shè)地梁縱橫連接，同時(shí)配以基礎(chǔ)底板。為了能夠減少混凝土收縮的應(yīng)力以及溫度應(yīng)力，地下室底板以及頂板則使用C35補(bǔ)償收縮性混凝土，可以適當(dāng)?shù)奶岣吲浣盥?，并?條通長(zhǎng)后澆帶設(shè)置荷載差異較大的部位，完成主體設(shè)計(jì)后要進(jìn)行封閉，減少不均勻沉降帶來的附加應(yīng)力。塔樓的筏形平板則采用“彈性支座板法”進(jìn)行計(jì)算和分析。

3.1.3 設(shè)計(jì)超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)地下室較長(zhǎng)且深度較深的高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，此類結(jié)構(gòu)豎向的荷載相對(duì)較小，因而要與工程的實(shí)際情況進(jìn)行結(jié)合，施工時(shí)可以使用“一樁三用”的施工方式進(jìn)行，而“一樁三用”一般是指利用基坑圍護(hù)樁，不同的極端使用不同的施工方法，即人防地下室外墻、受力工程樁、基坑圍護(hù)，經(jīng)濟(jì)效益極其顯著。設(shè)計(jì)地下室塔樓的核心筒時(shí)，要注意核心筒墻體會(huì)有大量的風(fēng)、水和電氣管道穿越，為了確保結(jié)構(gòu)的安全以及設(shè)計(jì)的合理性，則需要綜合布置各種管道，并專門的布置核心筒的削弱部位，做好增強(qiáng)設(shè)計(jì)。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.2.1 大底盤與上部多塔結(jié)構(gòu)沉降差異

一旦大底盤高層建筑的地基出現(xiàn)不均勻的沉降，則相關(guān)技術(shù)人員要立即進(jìn)行處理，具體可以采取以下幾點(diǎn)措施：

（1）對(duì)主樓基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)化，對(duì)裙房基礎(chǔ)進(jìn)行弱化

在不設(shè)置永久沉降縫的前提下，由于主樓和裙房之間的荷載差異較大，所以要對(duì)剛度進(jìn)行調(diào)平，使用不同的基礎(chǔ)形式，對(duì)主樓跟裙房之間的沉降差進(jìn)行調(diào)節(jié)，減小基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降的程度，以便實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

（2）設(shè)置沉降縫

可以在主樓以及裙房的交接部位設(shè)置一道永久的沉降縫，并分開主樓和裙樓，使其獨(dú)立，更好地消除主樓以及裙房發(fā)生不均勻沉降時(shí)產(chǎn)生的沉降差，但此做法必定會(huì)對(duì)建筑的里面效果產(chǎn)生影響，并影響到建筑的防水以及基礎(chǔ)施工，使得工程的成本有所增加。

（3）設(shè)置沉降后澆帶

按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求標(biāo)準(zhǔn)，可以每隔30～40m進(jìn)行沉降后澆帶的設(shè)置，一般后澆帶的寬度為0.8～1.0m，后澆帶會(huì)貫通頂板、底部以及墻板，通常在柱距三等分的中間部位設(shè)置后澆帶，同時(shí)增設(shè)附加的防水層。與此同時(shí)，要盡可能避開樓層樓梯、洞口，而在實(shí)際施工中由于設(shè)置沉降縫會(huì)影響到地下空間的使用功能，則不予使用設(shè)置沉降縫。后澆帶施工耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，耗費(fèi)多，施工難度高，卻不會(huì)影響到地下空間的使用功能，所以此方法的應(yīng)用范圍還比較廣泛。

3.2.2 大底盤多塔結(jié)構(gòu)計(jì)算方法分析

設(shè)計(jì)大底盤多塔結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，分析的難點(diǎn)在于大底盤多塔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，受力特點(diǎn)跟一般的高層結(jié)構(gòu)相比要復(fù)雜的多，所以要對(duì)多塔之間的變形影響進(jìn)行充分考慮，一般應(yīng)先對(duì)單塔的剛度指標(biāo)進(jìn)行單獨(dú)的分析，而對(duì)于剛度較為相近的單塔可以組合建模分析，剛度差異較大的單塔則需要分開進(jìn)行計(jì)算，防止計(jì)算軟件失真而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全隱患。

（1）大底盤結(jié)構(gòu)的分類

建筑的使用功能不同，布置大底盤結(jié)構(gòu)也不同，常見的集中大底盤結(jié)構(gòu)如下所述：

①帶裙房的大底盤多塔結(jié)構(gòu)，其主要包含有大底盤、上部多塔以及附屬裙房部分。

②不帶裙房的大底盤多塔結(jié)構(gòu)其主要包含有大底盤、上部多塔。

③帶縫大底盤多塔結(jié)構(gòu)其主要包含大底盤、上部多塔，同時(shí)附屬多塔間設(shè)縫，各結(jié)構(gòu)單元要保持相互獨(dú)立。

④復(fù)雜大底盤多塔結(jié)構(gòu)其主要包含有大底盤、上部多塔，帶轉(zhuǎn)換層或與其他結(jié)構(gòu)類型相互結(jié)合。

（2）大底盤多塔結(jié)構(gòu)體型分類

①緊湊型

所謂的緊湊型主要是指多塔跟多塔結(jié)構(gòu)之間間隔的距離較小，向下分隔時(shí)按照45°進(jìn)行劃分，并且各自塔的45°線之間會(huì)相互交叉，具體見圖1。

圖2 分散型

（3）大底盤多塔結(jié)構(gòu)建模分類

①離散模型

可以將帶縫的大底盤多塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行多塔分列，并對(duì)各塔進(jìn)行分割，分割時(shí)要從大底盤的頂面沿45°線方向進(jìn)行斜切，并與結(jié)構(gòu)底板處進(jìn)行相交，45°線范圍內(nèi)為獨(dú)立模型，并切除其余部分。

②整體模型

對(duì)于緊湊型的大底盤多塔結(jié)構(gòu)而言，其頂面的結(jié)構(gòu)會(huì)內(nèi)收，并且45°線相互交叉，特別是受到地震作用后，在地震作用下，各塔與各塔之間會(huì)產(chǎn)生相互作用，因此利用分散型大底盤多塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模時(shí)則不跟實(shí)際的受力情況相符，此時(shí)要按照相關(guān)的規(guī)范要求，補(bǔ)充其他的計(jì)算方法，比如靜力彈塑性分析、動(dòng)力時(shí)程分析。

4 結(jié)語

總而言之，大底盤多塔高層建筑結(jié)構(gòu)的功能多且復(fù)雜，對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的要求較高，因此，設(shè)計(jì)此類建筑結(jié)構(gòu)前要全面的進(jìn)行考量，不但要嚴(yán)把質(zhì)量管，還要加強(qiáng)管理設(shè)計(jì)過程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)性的問題，確保大底盤多塔高層建筑設(shè)計(jì)更具有合理性、規(guī)范性和經(jīng)濟(jì)性。

[1]唐 芳.大底盤多塔連體復(fù)雜體型高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究，2014（15）：36.

[2]韓曉飛，駱 偉.大底盤多塔連體復(fù)雜體型高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].城市建筑，2015（6）：62.

[3]吳俊良.關(guān)于多塔復(fù)雜體型建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].河南建材，2016（3）：96.

圖1 緊湊型

②分散型

分散型主要指多塔跟多塔之間間隔的距離較大，向下分隔時(shí)按照45°進(jìn)行劃分，并且各自塔的45°線之間不會(huì)出現(xiàn)交叉，具體見圖2。

TU973.1

A

2095-2066（2016）24-0143-02

2016-8-10

陳 超（1980-），男，工程師，本科，主要從事房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。