大底盤多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計

何惟雄

(廣東博意建筑設(shè)計院有限公司，廣東佛山　528312)

大底盤多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計

何惟雄

(廣東博意建筑設(shè)計院有限公司，廣東佛山528312)

摘要:以某大底盤多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，在全面分析建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，制定了合理的設(shè)計方案與流程，設(shè)置了結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計參數(shù)，并分析了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，總結(jié)了具體的應(yīng)對措施，提升了建筑物的整體性能。

關(guān)鍵詞:大底盤多塔樓，建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計方案，應(yīng)對措施

0　引言

隨著人們對建筑功能要求提升，高層建筑逐漸向多元化方向發(fā)展，大底盤多塔樓高層應(yīng)運(yùn)而生。大底盤多塔樓高層建筑通過將兩個或多個建筑相連，該設(shè)計方式可提升建筑物的使用空間，滿足人們對建筑物商業(yè)空間和共享空間的要求，獲得占地面積小、容積率高的經(jīng)濟(jì)效益。但是當(dāng)大底盤數(shù)量較多，多塔樓結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，建筑容易產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)振動力。因此，大底盤多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計形式及其相關(guān)理論成為國內(nèi)外專家和設(shè)計人員研究的重點。本文結(jié)合某大底盤多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析了大底盤多塔樓高層建筑的設(shè)計方法。

1　工程概況

該大底盤多塔樓高層建筑屬于某工程二期，建筑包括綜合樓( 11層，35 m)、住宅樓各1棟( 32層，94.5 m)，地下車庫1個(主體雙層，局部3層，層高3.5 m)。該建筑東西和南北方向長度分別為120 m，116 m，總面積約59 400 m2，車庫尺寸97 m×93 m，一期車庫已建成，并與二期車庫相同。住宅底部預(yù)建甲類核6級人防地下室。建筑位于低丘崗地形，地勢變化大，最大落差9 m，地勢沿西南—東北逐漸降低。建筑抗震防裂等級為6度，設(shè)計地震分組為第一組，基本地震加速度為0.05g，基本風(fēng)壓0.35 kN/m2，抗浮水位絕對標(biāo)高47 m。高層建筑總平面圖見圖1。

2　大底盤多塔樓高層建筑設(shè)計方案分析

2.1設(shè)計方案

該工程結(jié)構(gòu)具有一定特殊性，一是該建筑屬于二期工程，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合一期工程設(shè)計，并且一期和二期工程分別先后設(shè)計施工，因而設(shè)計前應(yīng)首先明確地下室與一期設(shè)縫斷開。二是已建車庫需要與二期車庫相通，但是已建車庫西側(cè)和北側(cè)分別高于和低于二期車庫3.6 m，并且已建車庫的一側(cè)屬于臨空面，二期車庫底層周邊形成可靠嵌固的難度大，因而二期車庫嵌固位置必須設(shè)置在最低標(biāo)高區(qū)域。根據(jù)二期工程的特點及大底盤多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)內(nèi)容，高層建筑結(jié)構(gòu)總體嵌固部位設(shè)置于絕對標(biāo)高為44.8 m的底層。同時考慮地下室嵌固作用，對南北方向塔樓的結(jié)構(gòu)進(jìn)行包絡(luò)分析，并對嵌固部位進(jìn)行多模型對比，計算不利值。由于塔樓的結(jié)構(gòu)、受力計算復(fù)雜，塔樓及車庫底盤的間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于底盤相應(yīng)邊長，但是塔樓的層高、剛度和質(zhì)量差異造成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)變大。車庫底盤結(jié)構(gòu)超長，因而還需要考慮溫度效應(yīng)產(chǎn)生的影響，并通過增加抗裂鋼筋以及完善構(gòu)造削弱扭轉(zhuǎn)效應(yīng)［1］。該設(shè)計的優(yōu)勢在于建筑物的三個平面不均勻土產(chǎn)生的壓力可由大底盤和塔樓承受，雖然地勢落差較大，但是底盤尺寸大，傾斜幅度小，傾斜角對底盤和塔樓的不利作用被削弱，地勢落差增加地震作用。大底盤存在土體壓力形成的摩擦力和被動土壓，樁基礎(chǔ)承擔(dān)側(cè)力減弱，還能保證車庫的完整性，滿足對車位數(shù)量的需求。通過對該大底盤多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)分析可以看到，該設(shè)計方案雖然使建筑的結(jié)構(gòu)和受力更加復(fù)雜，但是適當(dāng)調(diào)整后，設(shè)計方案可使建筑設(shè)計符合各項標(biāo)準(zhǔn)，且建筑的穩(wěn)定性更好［2］。即使構(gòu)造成本有所上升，但是無需設(shè)置室外擋土結(jié)構(gòu)及其他結(jié)構(gòu)，未導(dǎo)致建筑總體成本大幅度上升，總體造價仍處于合理范圍。

圖1　高層建筑總平面布置圖

2.2高層建筑結(jié)構(gòu)及參數(shù)分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，建筑結(jié)構(gòu)總體高度為98.7 m，墻體采用剪力墻結(jié)構(gòu)，車庫頂部絕對標(biāo)高52 m以上采用兩個凸型設(shè)計的造型，以適應(yīng)車庫超長及不規(guī)則平面。凸型電梯和樓梯連接位置采用拉結(jié)加厚板和拉梁，提高抗震性能;剪力墻抗震等級三級。綜合樓高度43.2 m，車庫以上采用框架結(jié)構(gòu)，框架抗震、抗震墻抗震等級均為三級。豎向承重構(gòu)件混凝土采用C45～C30，車庫范圍內(nèi)柱體、剪力墻等結(jié)構(gòu)均為C45，梁和板混凝土、塔樓加強(qiáng)層樓面混凝土采用標(biāo)號C35設(shè)計，其余樓面混凝土使用C30。綜合樓車庫頂板位置，高層豎向構(gòu)件混凝土等級應(yīng)更高，才能滿足剛度和受剪承載力要求，因而使用C50混凝土。

2.3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)對措施

1)本高層建筑工程包含綜合樓和住宅樓各1棟，2棟樓的質(zhì)量和剛度存在較大差距，計算結(jié)果顯示綜合和底盤的質(zhì)心距超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，且偏心距X軸和Y軸方向邊長均小于20%，因而該建筑車庫周邊設(shè)置剪力墻，提高車庫抗扭剛度，減少扭轉(zhuǎn)位移比，提升大底盤和塔樓的整體性，削弱扭轉(zhuǎn)力增大對建筑整體性產(chǎn)生的不利影響。

2)本高層建筑周邊存在土層側(cè)壓力不均勻問題，因而住宅塔樓相關(guān)范圍內(nèi)增加適量剪力墻，形成高剛度的底盤，保證主體抗側(cè)結(jié)構(gòu)傳遞和承受水平力性能。本建筑高度為98.7 m，基礎(chǔ)深3 m，根據(jù)住宅樓高度和基礎(chǔ)深度對建筑單側(cè)承受土壓力和單塔的受力分析顯示，基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性符合標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)未出現(xiàn)受拉問題。而地質(zhì)勘察顯示車庫底部存在殘積粉質(zhì)粘土層，因而需要提高樁的直徑和承臺深度，并采用原槽澆灌方式澆筑承臺，使承臺可靠傳力。另外，在進(jìn)行回填周邊土體操作前，需要完成塔樓主體和車庫整體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)從高到低方式回填土，控制回填土的質(zhì)量［3］?；靥钔梁筮M(jìn)行分層壓實，保證壓實系數(shù)高于0.94。

3)提高振型數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果，振型數(shù)應(yīng)為84可充分反映高振型下結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響，減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增大帶來的影響。

4)為保證底盤和塔樓的性能符合要求，還需要采取以下五點措施:一是提高塔樓及塔樓范圍內(nèi)豎向構(gòu)件的抗震等級，如將塔樓底部加強(qiáng)區(qū)、綜合樓樓面0.1 m標(biāo)高下范圍的抗震等級提升至二級;二是增加底盤車庫兩層、底部兩層樓面板的厚度，并適當(dāng)增加配筋構(gòu)造。剛性底盤范圍內(nèi)車庫板厚度應(yīng)高于其他位置厚度，本建筑剛性底盤范圍內(nèi)車庫板厚度及其他位置厚度分別為200 mm 和180 mm;控制車庫兩層拉通配筋率，配筋率應(yīng)不低于0.25%;三是提高車庫塔樓連體屋面梁截面，增強(qiáng)連體屋梁的鋼筋構(gòu)造，重點做好范圍內(nèi)相連梁的截面和構(gòu)造設(shè)計［4］;四是提升塔樓與車庫相連范圍內(nèi)各構(gòu)造的截面和配筋，加大配筋率;五是提高車庫周邊剪力墻配筋率。

5)由于車庫以上11層框架結(jié)構(gòu)存在剛度突變危險，因而提高框架結(jié)構(gòu)彈塑性變形能力，彈塑性層間位移角符合規(guī)定要求，并提高一層柱混凝土等級配筋構(gòu)造。調(diào)整塔樓外圍局部跨樓板標(biāo)高、毗鄰梁截面，保證水平力有效傳遞，預(yù)防錯層［5］。

6)低東北側(cè)部分結(jié)構(gòu)外露跨梯考慮結(jié)構(gòu)溫差，并使用PMSAP計算溫度應(yīng)力，增加鋼筋數(shù)量，其他部位縱向超長結(jié)構(gòu)增加構(gòu)造鋼筋。

7)該基礎(chǔ)設(shè)計為甲級。根據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，建筑物采用人工挖樁基礎(chǔ)，減少負(fù)荷差異引起的沉降變化。該處理方式作用還體現(xiàn)在增強(qiáng)孔樁的抗側(cè)能力。車庫部位基礎(chǔ)采用全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，可降低工程造價，還能縮短樁的長度。

3　結(jié)構(gòu)計算分析

使用設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行分析和整體驗算，增加對綜合樓抗震彈塑性變形驗算，并對各塔樓車庫地板嵌固位置和車庫頂板標(biāo)高位置的整體傾覆進(jìn)行驗算，保證結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計的科學(xué)性［6］。地震作用采用整塔模型和切分多塔模型分析計算，并按照雙向水平地震作用計算扭耦聯(lián)效應(yīng)。模型計算結(jié)果用于優(yōu)化結(jié)構(gòu)的鋼重比、受剪承載力、剪重比等。分塔模型結(jié)果用于控制塔結(jié)構(gòu)周期、周期比和位移比。共進(jìn)行兩次模型計算，取最不利值為設(shè)計依據(jù)。

除裙樓外豎向構(gòu)件層最大水平位移和層間平均位移的平均值為1.2倍外，其余均小于1.2倍，符合設(shè)計要求。最大位移比位于西北角，并與一期地下車庫相連。綜合樓塔樓的地震彈塑性變形層間位移角為1/290，變形實驗顯示梁端為產(chǎn)生塑性鉸的主要位置。

4　結(jié)語

當(dāng)建筑兩側(cè)水平高度差異較大情況下，可利用“斜地平線”理念設(shè)計，科學(xué)計算并做好加強(qiáng)工程的方法，或者設(shè)計獨立的支護(hù)結(jié)果作為支撐。雖然相關(guān)文件規(guī)定建筑應(yīng)重點考慮地震的影響，但是本建筑自身還發(fā)揮支擋作用，受到土壓力和傳遞建筑兩側(cè)不同標(biāo)高地震運(yùn)動引起的作用，因而本研究取值的合理性還需深入分析。在具有一定坡度場地建設(shè)大底盤多塔結(jié)構(gòu)，需要提升底盤抗側(cè)剛度和樓板水平剛度;對于塔樓質(zhì)量和剛度分布不均大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計，還需要重點做好扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制措施，特殊情況下可增加振型數(shù)計算，滿足抗震性要求。

參考文獻(xiàn):

［1］胡廣良.大底盤雙塔樓超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計及抗震分析［J］.建筑技術(shù)，2013( 5) :456-460.

［2］盧富永.大底盤多塔建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)問題的探討［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，2012( 9) :10-11，29.

［3］楊學(xué)林，祝文畏.復(fù)雜體型高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算［J］.土木工程學(xué)報，2015( 11) :16-26.

［4］趙楠，馬凱，李婷，等.大底盤多塔高層隔震結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)［J］.土木工程學(xué)報，2010( S1) :255-258.

［5］JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程［S］.

［6］楊柳.高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.工程建設(shè)與設(shè)計，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，F(xiàn)oshan 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

作者簡介:何惟雄(1981-)，男，工程師，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師

收稿日期:2015-11-28

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0025-03

中圖分類號:TU973

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A