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      高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析

      2019-10-31 08:10:17肖根平
      建筑建材裝飾 2019年9期

      肖根平

      摘要:以高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計為研究對象,在總結(jié)大底盤多塔結(jié)果設(shè)計重點的基礎(chǔ)上,結(jié)合某實際案例,對大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點進行了分析??傮w而言,本文所介紹的大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計具有科學(xué)性,可以滿足高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求,因此應(yīng)該在更多地區(qū)做進一步推廣。

      關(guān)鍵詞:高層建筑結(jié)構(gòu);大底盤;多塔結(jié)構(gòu)

      大底盤多塔高層建筑在結(jié)構(gòu)上屬于一種上下聯(lián)合式的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的主要特征就是下部裙房幾層公共空間聯(lián)合一起作為大底盤承載著上部多個獨立的建筑塔樓主體結(jié)構(gòu),若上部塔樓某些樓層之間通過連體連接,則成為大底盤連體結(jié)構(gòu)。對應(yīng)大底盤多塔結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜,從整體上來看,大底盤多塔結(jié)構(gòu)屬于一種豎向結(jié)構(gòu),且結(jié)構(gòu)中的“塔”具有不規(guī)則的特征,并會產(chǎn)生復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),在設(shè)計階段中需要在大底盤的第一層開始就“收緊”,尤其是在底盤上的塔樓數(shù)量較多時,其結(jié)構(gòu)振型更加復(fù)雜,如結(jié)構(gòu)體系布置不妥,豎向剛度極易突變,扭轉(zhuǎn)振型反應(yīng)及高振型影響加劇,就算勉強通過安全計算,也是增加較多的建造成本,因此應(yīng)該得到設(shè)計人員的更多關(guān)注。

      1大底盤多塔結(jié)構(gòu)體系:

      1.1大底盤多塔結(jié)構(gòu)

      顧名思義,就是在多棟(大于等于2)獨立的高層建筑底部裙房聯(lián)合為一個整體的大裙房,形成一個大底盤且上部仍為分開的獨立塔樓,這種結(jié)構(gòu)在大底盤上一層突然收進,剛度突變,屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu),容易質(zhì)心不均衡,偏心率較大,產(chǎn)生不利的扭轉(zhuǎn)效應(yīng);當(dāng)有多個時,結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜,抗震極為不利,因此如果結(jié)構(gòu)體系布置不當(dāng),豎向剛度突變,扭轉(zhuǎn)振型反應(yīng)及高振型影響加劇。在實際的工程設(shè)計中總的來說,大底盤多塔結(jié)構(gòu)可分以下兩種類型進行設(shè)計:

      1.1.1大底盤結(jié)構(gòu)頂板作為上部多塔主體的嵌固端,此時需要大底盤有足夠的剛度才能保證穩(wěn)定性。通常的高樓住宅小區(qū)因需解決大量的停車問題,基本都滿鋪地下室,所有都屬于這種類型。

      1.1.2大底盤結(jié)構(gòu)頂板不能作為上部塔樓的嵌固端,主要是因為剛度不足,通常出現(xiàn)在下部裙房為商場或服務(wù)用房,上部塔樓為公寓酒店或辦公樓等綜合性建筑。

      在實際工程項目設(shè)計中,受建筑立面效果、實際功能需求等方面的影響,可能都會有不同的差異,比如上部塔樓連體、嵌固剛度不足等,屬于復(fù)雜高層建筑,設(shè)計員須仔細(xì)分析比較,確定適合的結(jié)構(gòu)體系。

      1.2高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點分析

      1.2.1沉降差異

      從建筑物的結(jié)構(gòu)上來看,高層建筑大底盤多塔結(jié)構(gòu)普遍面臨著層數(shù)高、底盤面積大的問題,這將會導(dǎo)致地面所承受的壓力很大,而在這種情況下,若不能有效處理地基的沉降問題,那么就有可能引發(fā)沉降,對建筑物的安全性造成影響。根據(jù)經(jīng)驗,在設(shè)計階段為了能夠有效處理沉降差異問題,設(shè)計人員需要重點考慮以下幾方面問題:

      (1)假設(shè)高層建筑物結(jié)構(gòu)大底盤多塔建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生了沉降問題,那么在沉降的情況下,建筑物的大底盤多塔結(jié)構(gòu)主樓與裙樓之間將會出現(xiàn)明顯的荷載差異,而這種差異將會對建筑物的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。所以在設(shè)計階段,設(shè)計人員應(yīng)該遵照剛度調(diào)平的原則,采用多樣化設(shè)計的方法來改善建筑物主樓與裙房之間的沉降差異問題。例如,在軟土地區(qū)地區(qū),高層建筑物在沉降預(yù)防中主要采用樁基的方法,其沉降計算值約為10-15cm;若是單層地下室,不僅要考慮覆土問題,還需要結(jié)合抗浮設(shè)計的內(nèi)容,確保所對應(yīng)的荷載能力對地面的附加壓力將降到最低,達到避免沉降發(fā)生的目的。

      (2)為了能夠有效避免沉降風(fēng)險問題,除了要繼續(xù)強化主樓基礎(chǔ)外,還需要在主樓與裙房的交接位置設(shè)置永久沉降縫,通過這個沉降縫來避免主樓與裙房之間的沉降問題。從功能上來看,沉降縫可以分開高層建筑與裙樓,讓二者成為兩個相互獨立的建筑體,這樣就可以有效避免沉降的發(fā)生。所以在設(shè)計階段,設(shè)計人員可以嘗試在裙房與主樓的交接位置設(shè)置一道永久沉降縫,就可以有效避免沉降差異發(fā)生。設(shè)置后澆帶也是避免沉降的方法,可以彌補沉降縫中的不足,一般在設(shè)計過程中,需要嚴(yán)格按照高層建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容,在結(jié)構(gòu)面30-40m,柱距三等分的位置設(shè)置0.8-1.0m寬的后澆帶,并且后澆帶要注意避開洞口、樓梯等位置。

      1.2.2確定結(jié)構(gòu)的計算方法

      由于大底盤多塔結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性的特征,并且其受力狀況的復(fù)雜性要明顯高于常規(guī)建筑物,所以在結(jié)構(gòu)受力計算時,設(shè)計人員必須要充分考慮塔間的變性問題,并依靠計算機軟件,將BIM等現(xiàn)代化技術(shù)手段應(yīng)用在分析中,這樣才能獲得更理想的應(yīng)用效果。例如一般在剛度指標(biāo)的計算中,通常根據(jù)高層建筑的使用功能來對大底盤結(jié)構(gòu)進行分類,包括有裙房的大底盤多塔結(jié)構(gòu)、沒有裙房的大底盤多塔結(jié)構(gòu)、有縫的大底盤多塔結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu),其設(shè)計方法存在著較為明顯的差異。

      同時對設(shè)計人員而言,為了能夠提高設(shè)計質(zhì)量,在大底盤建模分類過程中,其建模主要可以分為整體模型與離散模型兩種,其中整體模型主要面臨著大底盤多塔結(jié)構(gòu)中的存在的“緊湊性”問題,避免風(fēng)險因素導(dǎo)致塔間的相互影響。而離散型主要是指大底盤多塔結(jié)構(gòu)中所分離出的多個獨立模型,包括分割各塔、從大底盤頂面斜切等,且這種離散型多個獨立塔樓模型計算完后,還應(yīng)整體建模計算復(fù)核,采取包絡(luò)方式進行設(shè)計。

      2工程實例分析

      某小區(qū)由5棟17-29層的商住樓組成,由于建筑現(xiàn)場勘察結(jié)果發(fā)現(xiàn)場地為山丘狀,因此在設(shè)計階段,設(shè)計人員設(shè)置了1-3層的地下室,并且在上部塔樓設(shè)計過程中,采用“框架+剪力墻”的結(jié)構(gòu),其抗震設(shè)防烈度為6度。

      2.1確定嵌固部位

      在本次工程項目中,設(shè)計人員針對施工現(xiàn)場的坡地大底盤高層結(jié)構(gòu)設(shè)計特征,認(rèn)為設(shè)計的重點就是要確定結(jié)構(gòu)的嵌固部位,其中地下室頂板作為上部連接嵌固部位的關(guān)鍵,因此必須要滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容,確保地下室頂板結(jié)構(gòu)層的側(cè)向剛度要大于地上一層側(cè)向剛度的2倍。

      在該項目中,由于項目屬于坡地建筑,因此在施工過程中不可避免的要面臨山體開挖的問題,所以為了能夠節(jié)省投資,設(shè)計人員根據(jù)地形設(shè)置了1-3層的地下室,基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

      在圖1的結(jié)構(gòu)中,地下室四周的添堵標(biāo)高存在明顯差異,其中對于塔樓1而言,其地下室只有三面環(huán)土;而對于塔樓2,其地下一層三面敞開,不屬于完整的地下室結(jié)構(gòu)。針對這種特殊的建筑類型結(jié)構(gòu),設(shè)計人員根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容,認(rèn)為本次工程中的地下室頂板不能成為圖1中兩個塔樓的嵌固部位,所以決定采用大底盤多塔結(jié)構(gòu),其中塔樓1的嵌固部位為基礎(chǔ)頂,塔樓2的嵌固部位為地下3層的頂板位置。

      2.2結(jié)構(gòu)計算

      在該項目中,為了保證結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的科學(xué)性,工作人員采用GSSAP有限元軟件建模的相關(guān)內(nèi)容,根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范,按照整體模型與各塔樓分開的獨立模型來分別計算,其中當(dāng)塔樓周邊的裙樓超過兩跨時,分塔樓模型采用至少附帶兩跨的裙樓結(jié)果。在這種結(jié)構(gòu)模式下,地下室頂板依然具有一定的嵌固作用,所以有助于增強建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

      在設(shè)計過程中,設(shè)計人員根據(jù)單塔模型的計算結(jié)果,以周期比、偏心率、剪切剛度、抗傾覆力矩、剪重比、層間位移比、層間位移角、扭轉(zhuǎn)位移比等多個維度參數(shù)進行計算分析,再將每個塔模型整合在一起,使其成為大底盤多塔模型,進行整體計算分析,采用包絡(luò)取值進行設(shè)計。在施工圖階段,其地下室頂板以下的構(gòu)建配筋僅采用大底盤模型計算結(jié)果,而塔樓配筋應(yīng)采用單塔計算和大底盤多塔計算的較大值進行包絡(luò)設(shè)計。同時從該建筑物的外形特征來看,由于所有建筑物均為17-29層的建筑物,因此塔樓將會出現(xiàn)較為明顯的層數(shù)差異,再加之在塔樓1的位置上,地下室三面有土,這種情況會進一步改善扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動效應(yīng),提供了建筑物的穩(wěn)定性,所以在設(shè)計階段,設(shè)計人員適當(dāng)放寬了塔樓的層數(shù)要求。

      2.3設(shè)計問題及其處理措施

      根據(jù)圖1的相關(guān)資料可以發(fā)現(xiàn),該項目中的地下室規(guī)格存在明顯的沉降差異,其中地下一層的平面尺寸長度超過230m,而寬度為75m,在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫不滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容。針對這種超長的設(shè)計方法,設(shè)計人員決定采用膨脹收縮混凝土的方法來解決這個問題,在平面上按規(guī)范30-40米距離要求適當(dāng)布置膨脹加強帶,在混凝土適當(dāng)加入外加劑并按相關(guān)外加劑規(guī)范及特性控制好比例,通過膨脹帶的混凝土微膨脹來達到補償兩側(cè)混凝土收縮的目的,有效避免了裂縫發(fā)生。

      3結(jié)束語

      本文所介紹的高層建筑結(jié)構(gòu)多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計具有合理性,并且案例的最終結(jié)果也證明,在建筑物自建成之后,尚未出現(xiàn)沉降等質(zhì)量問題,證明其采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法具有可行性,因此應(yīng)該在更多地區(qū)做進一步推廣。

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