某住宅項目大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計要點淺析

文/劉雄、雷朝華 湖南省建筑設(shè)計院有限公司 湖南長沙 410000

1、引言

近幾年來，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城市化進(jìn)程的不斷加快，我國建筑行業(yè)得到了迅猛發(fā)展，高層建筑也逐漸向多元化、多功能的方向趨近，大底盤多塔樓高層建筑應(yīng)運而生。相對傳統(tǒng)建筑而言，大底盤多塔結(jié)構(gòu)高層建筑能夠?qū)蓚€或多個高層建筑在底部進(jìn)行連接，規(guī)避設(shè)置永久變形縫帶來的防水處理問題，在滿足開發(fā)商和業(yè)主對建筑功能的要求的同時，實現(xiàn)經(jīng)濟利益最大化。當(dāng)然，大底盤多塔結(jié)構(gòu)由于其自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮的技術(shù)問題亦較多。本文以某大底盤多塔結(jié)構(gòu)住宅項目為例，淺析了大底盤多塔結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該注意的問題，以及大底盤多塔結(jié)構(gòu)涉及的規(guī)范條文在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實現(xiàn)問題。

2、工程概況

本工程位于湖南省長沙市，包括七棟高層住宅、一棟高層公寓、兩棟多層沿街商業(yè)和地下室。住宅33層，高度99m；公寓27層，高度98m；地下室兩層，局部一層，主要為地下車庫，局部為人防地下室。工程總建筑面積16.8萬m2左右，建筑總平圖見圖1。本工程抗震設(shè)防烈度為6度,水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.04，場地特征周期Tg=0.35秒；場地為抗震一般地段,非液化區(qū)。建筑結(jié)構(gòu)的安全性等級為二級；設(shè)計使用年限為50年。

圖1 建筑總平圖

3、基礎(chǔ)設(shè)計及地下室超長設(shè)計構(gòu)造

3.1 基礎(chǔ)選型

根據(jù)勘資料，地下室分區(qū)考慮抗浮，范圍為（3.6～5.6）m水頭,頂板覆土1.5m，經(jīng)過核算，地下室需要局部設(shè)置抗浮錨桿以滿足整體抗浮要求。根據(jù)地勘報告建議，1.2.3.4.5#棟采用筏板基礎(chǔ)，6.7.8#棟采用樁基礎(chǔ)，均以中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑥作為基礎(chǔ)持力層，成樁方式采用旋挖灌注樁；S-1、S-2沿街商業(yè)和地下車庫采用獨立基礎(chǔ)，以強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑤或中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖⑥作為基礎(chǔ)持力層?？紤]不同形式基礎(chǔ)沉降差異，設(shè)計時通過調(diào)整樁基數(shù)量、獨基的尺寸來實現(xiàn)不同形式基礎(chǔ)沉降差的調(diào)整。

3.2 地下室超長設(shè)計構(gòu)造

本工程地下室部分，負(fù)一層局部開敞，3#樓及獨立商業(yè)在地下室范圍外，與地下室脫開，其他單體與地下室沒有設(shè)縫脫開，建筑物長度超出《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）中的規(guī)定，設(shè)計時采取以下措施：

1）地下室結(jié)構(gòu)超長,設(shè)計時計算溫度應(yīng)力。

2）采用補償收縮砼，混凝土中摻外加膨脹劑。

3）每隔30-40m左右設(shè)一道后澆帶，并根據(jù)設(shè)計要求合理確定后澆帶的封閉時間，以減少混凝土前期收縮的影響。

4）對材料及施工采取以下措施

材料：混凝土原材料應(yīng)采用低收縮、低水化熱水泥，頂板施加部分預(yù)應(yīng)力抵抗溫度應(yīng)力，采用碎石骨料，控制好砂、石的含泥量和級配，地下室混凝土內(nèi)加入適量防水劑，同時應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土外加劑的品種、質(zhì)量和劑量。

施工：控制混凝土的澆筑時間和澆筑溫度，以部分抵消混凝土收縮和溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的不利影響。在混凝土澆筑施工中，采取二次振搗措施，并應(yīng)加強混凝土養(yǎng)護，特別是前期養(yǎng)護。

4、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 計算模型

現(xiàn)階段大底盤多塔結(jié)構(gòu)計算模型通常有如下兩種：一種是將各塔樓離散開，取各單塔及地下室相關(guān)范圍進(jìn)行單獨計算，可稱之為“分塔模型”；另一種是把各塔樓連同大底盤結(jié)合在一起，作為一個整體參加計算，此時結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算是最真實的，可稱之為“整體模型”。本項目由于各塔樓較分散，相隔較遠(yuǎn)，各單塔的控制指標(biāo)及位移等計算采用分塔模型，單塔及地下室內(nèi)力及配筋的計算采用整體模型。

4.2 計算參數(shù)控制

本項目住宅和公寓采用剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻抗震等級為三級；地下室采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，框架抗震等級為四級，剪力墻抗震等級為三級；多層商業(yè)采用框架結(jié)構(gòu)，框架抗震等級為四級。本工程采用北京盈建科股份有限公司開發(fā)的設(shè)計軟件YJK1.8.2版進(jìn)行整體計算，恒活荷載計算信息采用施工模擬三，整體指標(biāo)計算時采用強制剛性樓板假定，內(nèi)力配筋計算時采用非強制剛性樓板假定，結(jié)構(gòu)阻尼比為5%，周期折減系數(shù)取0.85。大底盤多塔結(jié)構(gòu)整體模型計算時因塔樓個數(shù)較多，自由度較高，為滿足規(guī)范規(guī)定的質(zhì)量參與系數(shù)不小于90%的要求，結(jié)構(gòu)計算時振型個數(shù)選擇不宜選擇自動，取值不應(yīng)少于塔樓數(shù)的9倍，本工程不同振型個數(shù)計算出來的質(zhì)量參與系數(shù)見表1。另在現(xiàn)有階段，因多塔結(jié)構(gòu)振型數(shù)目較多，受計算軟件功能的影響，通常計算所需時間較長，在結(jié)構(gòu)計算時，墻元細(xì)分最大控制長度可改為2m，板元細(xì)分最大控制長度可改為1.5m，這樣可節(jié)省計算時間約1.0h。

表1 不同振型數(shù)目對應(yīng)的質(zhì)量參與系數(shù)

4.3 計算結(jié)果分析

（1）各單塔按分塔模型計算的指標(biāo)及位移結(jié)果見表2（因篇幅有限，僅列出典型樓棟計算結(jié)果）。

表2 2#樓計算結(jié)果

由以上結(jié)果看出：單塔在兩個方向最大層間位移角均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.7.3條的要求；地震作用下最小樓層地震剪力系數(shù)值均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》4.3.12條的要求；結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)基本周期Tt與平動主周期T1之比小于0.9，滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.4.5條的要求。計算結(jié)果未發(fā)現(xiàn)較大的扭轉(zhuǎn)作用，說明抗側(cè)力構(gòu)件布置和重要構(gòu)件截面取值合理，剛度適中，層間位移和頂點位移控制較好。

（2）配筋計算結(jié)果分析：

通過多塔整體模型計算的地下室梁柱配筋結(jié)果與純地下室模型（不組裝上部多塔）計算的梁柱配筋結(jié)果進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，各塔樓周邊兩跨范圍內(nèi)多塔整體模型計算的地下室梁配筋結(jié)果（以某支座梁配筋為例AS=2300mm2）約為純地下室模型計算的梁配筋結(jié)果（AS=1900mm2）的1.21倍，一般增加15%～30%，兩跨范圍外塔樓對地下室梁配筋結(jié)果的影響減小。地下室柱配筋及板配筋結(jié)果無顯著差別。

5、規(guī)范條文在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的實現(xiàn)

1）《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第10.6.2條，豎向體型突變部位樓板厚度不宜小于150mm，宜雙層雙向配筋，每層每方向鋼筋網(wǎng)的配筋率不小于0.25%。體型突變部位其上、下層結(jié)構(gòu)的樓板也應(yīng)加強構(gòu)造措施。本工程中對主樓周圈一跨范圍樓板配筋做加強處理。

2）《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第10.6.3-1條，上部塔樓結(jié)構(gòu)的綜合質(zhì)心與底盤結(jié)構(gòu)質(zhì)心的距離不宜大于底盤相應(yīng)邊長的20%。此條通常在前期方案階段予以協(xié)調(diào)控制，盡量使各單塔的層數(shù)、平面和剛度接近，單塔的布置對底盤宜對稱布置，避免偏置。本工程通過軟件計算得出的上部塔樓結(jié)構(gòu)的綜合質(zhì)心與底盤結(jié)構(gòu)質(zhì)心的距離為底盤相應(yīng)邊長的15%，滿足規(guī)范要求。

3）《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第10.6.3-3條，塔樓中與裙房相連的外圍柱、剪力墻相應(yīng)加強。剪力墻設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，柱子箍筋在裙樓上下層范圍內(nèi)加密。本工程中各單棟剪力墻已是約束邊緣構(gòu)件，柱箍筋做全長加密處理。

4）《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第10.6.3-4條，按整體模型和分塔模型分別計算的整體結(jié)構(gòu)和各塔樓結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期與平動為主的第一周期的比值均不大于0.9，滿足規(guī)程3.4.5條的要求。

結(jié)語：

大底盤多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的復(fù)雜性，設(shè)計時要把握設(shè)計要點，抓住設(shè)計重點，采用合理的計算模型進(jìn)行計算參數(shù)控制，并在后續(xù)施工圖設(shè)計過程中將相應(yīng)的規(guī)范條文要點予以體現(xiàn)，確保大底盤多塔結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性。