高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

趙林星

摘要：為了節(jié)省城市用地，只能修筑更多的高層建筑來(lái)滿足在人們對(duì)于居住的需求。同時(shí)，業(yè)主對(duì)于高層建筑功能性要求也在發(fā)生改變，商住兩用的高層建筑越來(lái)越多，功能性的變化增加了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。為了保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。文章首先簡(jiǎn)要分析大底盤多塔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其表現(xiàn)的多樣性、不規(guī)則性、變形協(xié)調(diào)性特點(diǎn)，然后提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。希望本文的研究能夠?yàn)樽x者提供有益參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑;大底盤多塔結(jié)構(gòu);建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著建筑技術(shù)的研究和發(fā)展，高層建筑呈現(xiàn)多功能的趨勢(shì)，為了滿足業(yè)主對(duì)于建筑的多樣化功能需求，通過(guò)采用大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成為主要設(shè)計(jì)方式。但這一種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)比較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)過(guò)程需要考慮協(xié)同變形、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的問(wèn)題，協(xié)調(diào)好大底盤、多塔之間關(guān)系，從而確保受力平衡，符合安全施工和功能性要求。

一、高層建筑大底盤多塔結(jié)構(gòu)概述

這種結(jié)構(gòu)大致可分為兩大類型，第一種是底盤頂層樓板作為塔樓的嵌固端，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適用于小區(qū)地下停車場(chǎng)的功能，高層建筑處于住宅小區(qū)。第二種是不設(shè)置嵌固端，在塔樓與底盤頂層之間設(shè)置抗震縫，形成多塔樓結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)適用于商住兩用建筑，或是建筑偏向商業(yè)功能的建筑[1]。

（一）不規(guī)則性特點(diǎn)

由于高層建筑設(shè)計(jì)為商住兩用，將底盤及其地下部分作為商業(yè)場(chǎng)所，因此要求較大的面積，以及足夠高的樓層。建筑的上部多塔部分，主要作為居住、辦公場(chǎng)所。同時(shí)多塔部分的內(nèi)收作用，造成建筑結(jié)構(gòu)豎向剛度變化，形成的結(jié)構(gòu)薄弱部分很容易因?yàn)槠渌蛟斐山ㄖp壞，呈現(xiàn)質(zhì)量、剛度分布不均勻的問(wèn)題。通過(guò)在兩者之間設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，有效消除多塔與底盤的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響，通常將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在塔樓內(nèi)。裙房連接的屋面梁也需要加強(qiáng)，在塔樓與裙房連接位置，通過(guò)在剪力墻、固定端范圍內(nèi)加強(qiáng)，適當(dāng)提高最小配筋率，按照相關(guān)規(guī)范設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

（二）結(jié)構(gòu)多樣性

由于高層建筑的功能性需求增大，使得建筑結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，常見(jiàn)的大底盤多塔建筑，可以細(xì)分為帶縫、無(wú)裙房、復(fù)雜多塔結(jié)構(gòu)等。同時(shí)多塔半結(jié)構(gòu)、雙塔連體結(jié)構(gòu)，后者對(duì)于軸線有對(duì)稱的要求，技術(shù)性沒(méi)有太高要求，只要符合基本對(duì)稱特征即可。根據(jù)多塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念和功能需求，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要考慮動(dòng)力、受力性能等因素，對(duì)于設(shè)計(jì)者提出更高的要求。

（三）變形協(xié)調(diào)性特點(diǎn)

采用大底盤多塔結(jié)構(gòu)的高層建筑，通常以大底盤作為商用，上部主要為居住用途，呈現(xiàn)上部多塔與底盤頂部的內(nèi)收。高層建筑中，以多塔作為其剪力墻，在大底盤的設(shè)置則通過(guò)增厚墻體，形成豎向剛度突變。為了確保兩者變形協(xié)調(diào)，在底盤頂部設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，同時(shí)將底盤嵌固在多塔結(jié)構(gòu)[2]。

二、大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）沉降差異

高層建筑的層數(shù)增多，對(duì)地面的壓力也隨之增大，因此越高的建筑底盤承載負(fù)荷有所差異，當(dāng)多塔樓個(gè)建筑地基小于其他部位體積，那么帶來(lái)的直接影響是地基不穩(wěn)定，在使用過(guò)程中有很大的安全隱患。因此發(fā)現(xiàn)建筑大底盤呈現(xiàn)不均勻沉降的情況，應(yīng)及時(shí)采取修護(hù)措施進(jìn)行處理，以此保證施工安全和建筑使用安全。

對(duì)于建筑的沉降差異，需要對(duì)主樓、沉降縫、后澆帶進(jìn)行處理。首先在主流方面，要遵循主樓基礎(chǔ)強(qiáng)化、裙房基礎(chǔ)弱化的處理方式，對(duì)于兩者較大的荷載差異，通過(guò)剛度調(diào)平的方式，根據(jù)施工需要調(diào)節(jié)裙房和主樓的沉降差以及不均勻沉降程度，確保建筑設(shè)計(jì)更安全、經(jīng)濟(jì)。需要特別注意的是，此項(xiàng)處理僅適用不設(shè)永久沉降縫的情況。若是在主樓、裙房之間設(shè)置永久沉降縫，有效將兩者分開(kāi)，這樣的操作方式會(huì)影響建筑立面效果，以及建筑的防水性能，為此需要調(diào)整基礎(chǔ)施工計(jì)劃，和成本投入方案。沉降縫的設(shè)置，有效消除裙房與主樓之間產(chǎn)生的沉降差。

沉降后澆帶設(shè)置在，根據(jù)JGJ3-2010的規(guī)程，按照結(jié)構(gòu)面間距30～40m設(shè)置沉降后澆帶，通常一道后澆帶的寬度范圍在0.8～1m之間，通過(guò)這項(xiàng)操作貫通頂板、底部、墻板等部位，安裝位置在柱距三等分的位置，由此形成防水層。需要特別注意的是，后澆帶要避免在樓梯、洞口處設(shè)置。

綜合沉降縫和后澆帶的處理沉降效果分析，前者對(duì)具有地下空間的高層建筑產(chǎn)生影響;后者盡管投入成本高、施工耗時(shí)長(zhǎng)，但是不對(duì)地下空間使用性能產(chǎn)生影響，在實(shí)際工程實(shí)踐后澆帶被廣泛應(yīng)用。

（二）大底盤多塔結(jié)構(gòu)計(jì)算方法

由于這一結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，受力情況容易受到多塔之間的變形影響，通過(guò)使用計(jì)算軟件，對(duì)大底盤多塔進(jìn)行建模，滿足設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑的受力情況分析，獲取可靠的數(shù)據(jù)支持。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程，通常以整體建模、單塔分析的手段，針對(duì)3塔建模的效能限制問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算，針對(duì)單個(gè)塔樓的剛度指標(biāo)進(jìn)行分析，然后將剛度相近的單塔組合建模，避免計(jì)算結(jié)果失真的情況。

大底盤結(jié)構(gòu)根據(jù)使用功能的不同，可以細(xì)分為：1、帶裙房大底盤多塔結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)主要包括上部多塔、大底盤、附屬裙房的部分;2、不帶裙房的大底盤多塔結(jié)構(gòu)，與上個(gè)結(jié)構(gòu)基本一樣，少了附屬裙房的部分;3、復(fù)雜大底盤多塔結(jié)構(gòu)，與第一個(gè)結(jié)構(gòu)一樣，但是多了帶轉(zhuǎn)換層、其他結(jié)構(gòu)類型的部分。

按照體型差異，大底盤多塔結(jié)構(gòu)可分為緊湊型、分散型。前者表現(xiàn)為較小的多塔間距，根據(jù)45°線進(jìn)行向下分割和相交。后者的多塔間距較大，同樣基于45°線向下分割，但是沒(méi)有相交部分。

根據(jù)以上要求，構(gòu)成離散和整體模型分類。離散模型，主要帶縫的大底盤多塔結(jié)構(gòu)，即沿著45°線向下斜切，在此范圍內(nèi)構(gòu)成獨(dú)立模型，其他部分切除。對(duì)于整體模型，表現(xiàn)為緊湊型大底盤多塔結(jié)構(gòu)，由于底盤的頂面會(huì)產(chǎn)生內(nèi)收作用，從而45°線相互交叉。這樣的模型設(shè)置，很容易因?yàn)榈卣鹱饔?，產(chǎn)生建筑結(jié)構(gòu)整體影響，因此分散型模型大底盤多塔結(jié)構(gòu)建模，不符合實(shí)際受力狀況，依據(jù)JGJ2-2013的相關(guān)要求，需要再補(bǔ)充靜力彈塑性分析、動(dòng)力時(shí)程分析等計(jì)算方法[3]。

（三）解決大底盤裂縫

大底盤多塔結(jié)構(gòu)的高層建筑剛度較大，上部與基地受力處于不均勻狀態(tài)，若不把握好兩者的平衡，有很大可能造成地基開(kāi)裂，繼而影響建筑質(zhì)量安全。因此將大底盤、多塔有效連接，成為了需要解決設(shè)計(jì)關(guān)鍵。采用剛性、柔性防水連接的方式，有很好的防開(kāi)裂效果。但是剛性連接技術(shù)目前應(yīng)用還不夠成熟，柔性防水連接的投入成本過(guò)高，同時(shí)后期維修困難，也不利于推廣和應(yīng)用。因此，只能從控制混凝土等級(jí)以及澆筑后澆帶入手，保持建筑良好的承載力、耐久性。

關(guān)于混凝土種類，采用C25～35級(jí)低水化熱水泥，要嚴(yán)格控制砂石骨料、顆粒級(jí)配，這樣的設(shè)置能夠最大程度對(duì)混凝土進(jìn)行降溫養(yǎng)護(hù)，縮小混凝土硬化過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力。關(guān)于后澆帶澆筑，需對(duì)梁、板鋼筋等部位貫通處理，在澆筑部位的兩側(cè)結(jié)構(gòu)處進(jìn)行澆筑。需要注意的是，梁、板部位澆筑的混凝土等級(jí)大于地板混凝土等級(jí)一級(jí)，完成澆筑后還需要養(yǎng)護(hù)處理。大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需根據(jù)設(shè)計(jì)建筑的層高、抗震性能、所處地區(qū)氣候等條件納入設(shè)計(jì)考慮，以此分析結(jié)構(gòu)薄弱的部分，進(jìn)一步加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)性能。

三、結(jié)語(yǔ)：

綜合上述，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤多塔結(jié)構(gòu)，其滿足了人們對(duì)于建筑的更多用途的需求。但這種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，需要考慮的因素較多，天氣、溫度、地基處理、混凝土澆筑都可能影響建筑結(jié)構(gòu)，只有加強(qiáng)細(xì)節(jié)管理，才能保證建筑設(shè)計(jì)的規(guī)范性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李建亮.淺析坡地高層大底盤多塔復(fù)雜體型建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].福建建材，2016（10）：34-35.

[2]鮑曉平.某大底盤多塔建筑工程的超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和抗震分析[J].上海建設(shè)科技，2015（03）：15-18.

[3]周世忠.基于高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤不規(guī)則多塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究[J].河南科技，2014（12）：170.