多塔大底盤高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

周亮

【摘 要】當(dāng)今高層建筑正日益向多功能方向發(fā)展，為滿足建筑體型多樣化和建筑多功能要求，近年來涌現(xiàn)出大量體型復(fù)雜的高層建筑，其中多塔大底盤就是很典型的一類。所謂多塔大底盤高層建筑結(jié)構(gòu)形式，就是指將兩棟或以上的不同高層建筑建立在一個共同的大底盤結(jié)構(gòu)上的建筑結(jié)構(gòu)形式，這種形式的整體結(jié)構(gòu)布局較為復(fù)雜，尤其是在考慮到建筑整體抗震性能的問題時，更是具有很大的設(shè)計(jì)難度。如何使這種振型相當(dāng)復(fù)雜的建筑保證其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，就成為了多塔大底盤高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的最大難點(diǎn)。鑒于此，本文對這種新型、復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討分析，從其特點(diǎn)與分類開始論述，詳細(xì)探討了其設(shè)計(jì)中的技術(shù)要點(diǎn)，旨在提高建筑工程的質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】多塔大底盤；建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)分析

隨著城市化建設(shè)的快速推進(jìn)，城市建筑結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)多樣化發(fā)展趨勢，各種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式被不斷采用并建設(shè)實(shí)施，極大的豐富了我國城市建筑內(nèi)容，促進(jìn)了城市現(xiàn)代化發(fā)展。在這諸多的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式中，多塔大底盤的高層建筑結(jié)構(gòu)是近年來頗受業(yè)界關(guān)注的一種設(shè)計(jì)方式。以下筆者結(jié)合自己的建筑工作經(jīng)驗(yàn)，就多塔大底盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

一、結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)與種類

論及多塔大底盤高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最明顯的就是多個獨(dú)立高層塔樓共用同一個整體裙房的這一特點(diǎn)，這在歷來的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都是從未嘗試過的新型建筑結(jié)構(gòu)，這種大膽的設(shè)計(jì)完全顛覆了傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，為現(xiàn)代建筑的發(fā)展提出了更多的技術(shù)途徑。需要注意的是，多塔大底盤高層建筑結(jié)構(gòu)雖然能夠提升整個建筑的應(yīng)用價值，但其結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)出的縱向不規(guī)則性仍是一個抗震設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，振型較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，這是當(dāng)前設(shè)計(jì)中最需要改進(jìn)與完善的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

目前已經(jīng)有多座多塔大底盤結(jié)構(gòu)的建筑被建設(shè)應(yīng)用，成為城市建筑中一道獨(dú)特的風(fēng)景。通常來講，在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)時，一般有兩種設(shè)計(jì)方案可以選擇。第一種設(shè)計(jì)方案是大底盤結(jié)構(gòu)頂層樓板作為上部多塔樓的嵌固端。通常帶地下停車位的住宅小區(qū)基本屬于該種類型；第二種設(shè)計(jì)方案是大底盤結(jié)構(gòu)頂層樓板不能作為上部多塔樓的嵌固端。該種結(jié)構(gòu)形式通常出現(xiàn)在下部裙樓作為商場或服務(wù)用房、上部塔樓為辦公或居住功能的綜合性建筑。通常設(shè)計(jì)中都是采用第二種設(shè)計(jì)方案，并且因?yàn)檫@種建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)格外注意其受力分析和計(jì)算。

二、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于多塔大底盤高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，必須要全面考慮結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，基礎(chǔ)的荷載能力，建筑材料的質(zhì)量要求以及具體的施工方案研究，最重要的是要優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑的抗震性能設(shè)計(jì)，以此來提高多塔大底盤高層建筑的整體性能。在此，筆者提出了幾點(diǎn)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意的技術(shù)要點(diǎn)，以供參考。

1、限制建筑材料，加強(qiáng)檢質(zhì)量檢測。鑒于多塔大底盤的上部結(jié)構(gòu)傳遞給底部的荷載較大，因此對其基礎(chǔ)和地下室的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)尤其注意建筑材料的選用，以確保結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。一般來講，地下室工程施工中所選用的混凝土，其等級強(qiáng)度要保證在C30上下，且水泥的用量要進(jìn)行有效控制，并且最好不要使用礦渣水泥作為地下室施工的水泥品種。根據(jù)實(shí)際工程的需要，還可以在混凝土配制中加入適當(dāng)?shù)姆勖夯?，以降低混凝土的水化熱反?yīng)帶來的不良影響，防止混凝土出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，影響建筑的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

2、解決地基基礎(chǔ)不均勻沉降問題。對于多塔大底盤高層建筑來說，各塔樓由于層數(shù)較多、總高度較高，其傳遞至地基基礎(chǔ)的荷載較大。而在大底盤的其他部位往往層數(shù)較少，其傳遞至地基基礎(chǔ)的荷載較小，因此塔樓部位基礎(chǔ)的地基應(yīng)力要比大底盤的其他部位大許多，其地基沉降也將有較大的差別。在 設(shè)計(jì)中首先宜采用兩種以上的計(jì)算方法計(jì)算這兩者間的沉降量和沉降差。然后設(shè)計(jì)者將根據(jù)計(jì)算得的沉降差來決定是“放”還是“抗”。

“放”即是在各塔樓與大底盤分界處設(shè)置沉降后澆帶，加強(qiáng)這兩部位的沉降觀測，待這兩部位的沉降達(dá)到基本穩(wěn)定時或其差值與計(jì) 算相符時封閉沉降后澆帶，此類方法在塔樓與大底盤分界部分的構(gòu)件中增加的配筋有限，而其較大的缺點(diǎn)是由于達(dá)到沉降相對穩(wěn)定的時間較長。施工周期延長，結(jié)構(gòu)的構(gòu)造復(fù)雜，給現(xiàn)場施工的管理帶來了相當(dāng)?shù)睦щy，施工單位往往不愿接受此類方案。“抗” 即是不設(shè)置沉降后澆帶，而是根據(jù)計(jì)算所得的沉降差在設(shè)計(jì)塔樓與大底盤相鄰構(gòu)件時除必須滿足由于強(qiáng)度計(jì)算所需的配筋外，還需加入由于沉降差引起的構(gòu)件內(nèi)的附加彎矩與剪力所需的鋼筋，當(dāng)然還必須考慮其對相鄰構(gòu)件以外構(gòu)件的不利影響，此類方法施工周期快，大底盤部分可以完整施工，但其帶來的結(jié)果往往是結(jié)構(gòu)的造價相對較高。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工方面。構(gòu)件受力計(jì)算、裂縫控制、構(gòu)造鋼筋的設(shè)計(jì)和特殊部分附加鋼筋設(shè)置，均應(yīng)符合有關(guān)技術(shù)規(guī)定；底板宜一次澆注完成，基坑范圍內(nèi)持續(xù)降水至底板下500mm，施工階段設(shè)后澆帶，頂板和側(cè)墻可不連續(xù)設(shè)置，側(cè)墻后澆帶間距30米左右，頂板后澆帶間距50-60米。墻體與柱子連接部位宜插入長度1500- 2000mm，直徑為8-10的加強(qiáng)鋼筋，該加強(qiáng)鋼筋插入柱子200-300mm，插入邊墻1200- 1600 mm，樓板宜配置細(xì)而密的構(gòu)造鋼筋網(wǎng)，鋼筋間距宜小于150mm，配筋率宜為0.6%左右；現(xiàn)澆補(bǔ)償收縮鋼筋混凝土防水頂板應(yīng)配置雙層鋼筋網(wǎng)，構(gòu)造鋼筋間距小于150 mm，配筋率宜大于0.5%。

4、抗震設(shè)計(jì)方法。（1）振型分解反應(yīng)譜法。對于傳統(tǒng)的單串聯(lián)剛片體系，在剛度和質(zhì)量分布較為均勻時，其振型參與系數(shù)隨振型階數(shù)的增加而迅速減小，即高階振型比低階振型對結(jié)構(gòu)的地震作用要小得多，一般取前幾階振型即能滿足地震作用的計(jì)算精度的要求。但對于多塔結(jié)構(gòu)，此規(guī)律不復(fù)存在，甚至某些較多的低階振型的參與系數(shù)很小甚至為零，而某些高階振型的參與系數(shù)卻很大，這對計(jì)算多塔結(jié)構(gòu)地震作用時的振型選擇有很大的關(guān)系。（2）動力時程分析法。由于構(gòu)件及樓層的屈服模型和退化規(guī)律非常復(fù)雜，高層結(jié)構(gòu)的彈塑性時程分析還處于研究階段。目前工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的是結(jié)構(gòu)的彈性時程分析，對于多塔樓這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，由于自由度較多，加之在進(jìn)行逐步積分時積分次數(shù)較多，按空間模型進(jìn)行動力積分計(jì)算量比較大，目前只有一些結(jié)構(gòu)的通用分析軟件可用，而結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)軟件則采用的是基于“平面分塊元限剛假定的層模型，層模型剛度矩陣的階數(shù)很低，相應(yīng)的計(jì)算量也很小，每步的積分計(jì)算速度很快”。在彈性階段，可采用基于振型分解的時程分析方法。對于多塔結(jié)構(gòu)，由于存在大量參與系數(shù)很小的低階振型，在采用這種分析方法時，應(yīng)選擇足夠多的振型進(jìn)行積分。

結(jié)束語

綜上所述，在經(jīng)過多次的應(yīng)用實(shí)踐后可以得知，采用多塔大底盤的建筑結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)施工是完全可行的，這種建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在一定程度上解決了城市土地資源緊張的問題，最大限度的利用了土地資源，并且也進(jìn)一步的促進(jìn)了建筑業(yè)的發(fā)展。但是在未來的設(shè)計(jì)施工中，仍然需要不斷的改進(jìn)與完善設(shè)計(jì)技術(shù)，提高施工技術(shù)水平，加強(qiáng)施工中的質(zhì)量控制管理，以確保多塔大底盤建筑的整體施工質(zhì)量，提高該設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性。

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