某帶裙房雙塔連體結(jié)構(gòu)設(shè)計

劉永璨

(同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司，上海200092)

1 工程概況

本工程包括帶連廊的雙塔主樓、多層裙房、單層純地下室(圖1)。建筑抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計基本地震加速度值0．10 g，第三組，Ⅲ類場地。場地中央雙塔主樓地下1層，地上20層，結(jié)構(gòu)高度85．4 m，地上部分設(shè)縫斷開為獨立的單體，采用鋼筋混凝土框架－核心筒結(jié)構(gòu);連廊標(biāo)高位于73～81 m之間，通過弱連接支座擱置于塔樓上，采用鋼桁架形成剛度較大的空間結(jié)構(gòu)。場地北側(cè)多層裙房地下1層，地上4層，結(jié)構(gòu)高度22．8 m，地上部分設(shè)縫斷開為獨立的單體，采用鋼筋混凝土框架－剪力墻結(jié)構(gòu)。場地南側(cè)單層純地下室采用框架結(jié)構(gòu)，考慮頂板覆土和底板配重進行抗浮設(shè)計。

圖1 效果圖Fig．1 Rendering

2 基礎(chǔ)設(shè)計

構(gòu)成擬建場地的主要地層屬于第四系黃河三角洲沉積土層，以粉土、黏性土及粉砂為主。本工程根據(jù)各單體不同荷載選取不同的基礎(chǔ)形式，并采取有效措施調(diào)節(jié)沉降差。

2．1 塔樓基礎(chǔ)

高層塔樓采用樁端后注漿鉆孔灌注樁，樁徑800 mm、有效樁長45 m，單樁豎向承載力特征值3 500 kN，柱下4～7樁承臺，計算最大沉降量約為65 mm，如表1所示。此方案樁身強度與單樁承載力較為匹配，單位體積混凝土承載力效率更高;同時可有效消除沉渣引起的刺入沉降，提高樁端阻力，減小樁的沉降量;后注漿工法在當(dāng)?shù)匾延休^為成熟的應(yīng)用，經(jīng)濟合理。

表1 塔樓樁基方案的比選Table 1 Pile scheme of tower

2．2 裙房基礎(chǔ)

場地局部為粉砂，同時考慮在壓樁過程中產(chǎn)生的地基土擠密效應(yīng)和超孔隙水壓力的升高，預(yù)應(yīng)力管樁沉樁較困難。與塔樓樁基形式匹配，多層裙房采用樁徑800 mm、有效樁長36 m的普通鉆孔灌注樁，單樁豎向承載力特征值2 000 kN，柱下4～6樁承臺，計算最大沉降量約為50 mm。采取設(shè)置施工過程沉降后澆帶［1］的方式(圖2)，可以有效消除裙房與塔樓沉降差對結(jié)構(gòu)的影響。

2．3 純地下室基礎(chǔ)

基礎(chǔ)埋深約為6 m，場地歷年地下水最高靜止水位埋深約為0．50 m，在純地下室基礎(chǔ)底板上補充配置厚1．2 m、容重22 kN/m3的素混凝土(圖3)，可以滿足規(guī)范對結(jié)構(gòu)抗浮的驗算要求，同時節(jié)約了工期和造價。純地下室區(qū)域基礎(chǔ)底板厚500 mm，在框架柱底部的配重層內(nèi)設(shè)置反向柱帽，確?？蚣苤鶎Φ装宓臎_切滿足要求。

圖2 沉降后澆帶布置平面圖Fig．2 Framing plan

純地下室緊鄰塔樓且采用不同的基礎(chǔ)形式，如按照基礎(chǔ)底板共同作用分析沉降差，計算理論相對復(fù)雜，底板配筋率也相對較高。綜合經(jīng)濟與安全，本工程分別針對施工過程和使用過程采取措施解決塔樓與純地下室沉降差的影響:設(shè)置沉降后澆帶，釋放施工過程中的沉降差;翻松純地下室底板以下500 mm厚地基土，整平后再進行基礎(chǔ)底板施工，塔樓在使用過程中帶動純地下室一起發(fā)生長期沉降時，翻松的地基土在被壓縮過程中對基礎(chǔ)底板的受力影響很小，有效地消除長期沉降差對結(jié)構(gòu)的影響。

圖3 純地下室剖面圖(單位:mm)Fig．3 Section plan of the pure basement(Uint:mm)

3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程根據(jù)上部結(jié)構(gòu)各單體不同結(jié)構(gòu)高度和建筑功能選擇合適的結(jié)構(gòu)體系，保證塔樓規(guī)整性并提高關(guān)鍵構(gòu)件的性能化目標(biāo)，增大高空連廊結(jié)構(gòu)剛度，加強連廊支座構(gòu)造措施，形成多層裙房多道抗震防線，實現(xiàn)安全與經(jīng)濟的有效結(jié)合。

3．1 塔樓設(shè)計

塔樓地下1層，地上20層，采用鋼筋混凝土框架－核心筒結(jié)構(gòu)，框架和核心筒的抗震等級均為二級，連廊支座處的框架柱以及與之相連的框架梁抗震等級提高為一級。塔樓結(jié)構(gòu)高度、長寬比、高寬比均在A級高度高層建筑的規(guī)范限值內(nèi)，地下室頂板滿足作為結(jié)構(gòu)底部嵌固端的條件，無軟弱層和薄弱層，單塔計算指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》(建質(zhì)［2010］109號)，結(jié)構(gòu)不超限。

塔樓與高空連廊相關(guān)的混凝土梁柱及牛腿內(nèi)均設(shè)置型鋼，形成內(nèi)置鋼框架，考慮連廊支座水平反力、豎向反力以及由此引起的最不利偏心矩對塔樓結(jié)構(gòu)的影響，相關(guān)構(gòu)件抗震等級提高一級，牛腿柱按照中震彈性進行設(shè)計，保證塔樓具有良好的抗震性能，為高空連廊提供可靠的支座條件。

表2 塔樓主要計算結(jié)果Table 2 Primary results of tower

3．2 連廊設(shè)計

在塔樓18～19層(73～81 m標(biāo)高區(qū)間)設(shè)置連廊將雙塔連通，連廊采用鋼結(jié)構(gòu)桁架作為主要豎向受力構(gòu)件，樓屋面采用鋼梁和壓型鋼板鋼筋混凝土板，且在連廊樓屋面內(nèi)設(shè)置水平支撐(圖4、圖5)，增強連廊本身的結(jié)構(gòu)剛度，舒適度滿足規(guī)范要求，豎向地震下支座不存在上拔力工況。

連廊支座形式的選取較為關(guān)鍵，若連廊與主樓的連接采用強連接方式，連廊在協(xié)調(diào)兩側(cè)結(jié)構(gòu)變形的同時，會造成塔樓同連廊的連接處受力過大，且會引起塔樓超限。弱連接方式的優(yōu)點是連廊結(jié)構(gòu)水平方向受力較小，在溫度、風(fēng)以及地震作用下，連廊和兩側(cè)主樓之間的相互影響很小，經(jīng)濟性好。

參考本院已有的類似工程設(shè)計經(jīng)驗［2－3］，本工程連廊與主樓采用弱連接方式。選用雙向活動摩擦擺式支座(圖6)，成品由專業(yè)廠家提供，并經(jīng)試驗測定關(guān)鍵參數(shù)。支座豎向承載力5 000 kN，摩擦系數(shù)0．05，允許滑動位移±400 mm，支座達到水平位移限值后水平抗剪承載力1 000 kN。嚴(yán)格控制起滑力在200～300 kN之間，保證在正常使用過程中連廊支座不發(fā)生相對位移，同時確保罕遇地震下連廊自由滑動過程中不對塔樓結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超出設(shè)計值的反力。

連廊支座滑動位移限值滿足塔樓罕遇地震下的最大側(cè)移，同時采取多道構(gòu)造措施，確保高空連廊的安全。設(shè)置限位鋼框，自由距離等于支座位移限值，內(nèi)貼防撞橡膠墊，緩沖極端情況連廊對塔樓的撞擊;在連廊支座對應(yīng)位置設(shè)置防墜落阻尼拉索，自由長度為1．5倍的支座位移限值，進一步加強高空連廊的防跌落安全儲備。

圖4 連廊平面圖(單位:mm)Fig．4 Framing plan of the corridor(Uint:mm)

圖5 連廊剖面圖Fig．5 Section plan of the corridor

圖6 連廊支座詳圖(單位:mm)Fig．6 Support of the corridor(Uint:mm)

3．3 裙房設(shè)計

裙房地下1層，地上4層，嵌固端選在地下室頂板，地上部分層高分別為 6．0 m、5．4 m、6．0 m、5．4 m?？紤]到裙房層高較高，結(jié)合建筑功能布置，在樓電梯間及固定墻體位置加設(shè)剪力墻，采用鋼筋混凝土框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻抗震等級為三級，框架抗震等級為四級，有效提高結(jié)構(gòu)抗震性能的同時降低框架部分的抗震等級。

裙房和地下室底板為超長結(jié)構(gòu)，考慮混凝土收縮和溫度場對結(jié)構(gòu)的影響［4－5］，每隔40 m左右設(shè)置收縮后澆帶，對樓板配置通長溫度筋，輔以合理的施工措施，可以控制裂縫寬度在設(shè)計允許范圍以內(nèi)。

表3 裙房主要計算結(jié)果Table 3 Primary results of podium

4 結(jié)論

通過以上分析，可以得到以下結(jié)論:

(1)結(jié)合建筑功能，合理選取結(jié)構(gòu)體系，盡量規(guī)整結(jié)構(gòu)布置，簡化傳力路徑，化繁為簡，是一種經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路。

(2)本工程包括高層雙塔主樓、多層裙房、單層純地下室，高層塔樓采用長45 m的后注漿鉆孔灌注樁、多層裙房采用長36 m的普通鉆孔灌注樁、單層純地下室采用天然地基片筏基礎(chǔ)，控制絕對沉降量，并設(shè)置沉降后澆帶以消除施工過程中的沉降影響，翻松純地下室地基土以調(diào)節(jié)使用過程中的長期沉降差，有效地解決了高低層連成一體建筑的沉降差問題。

(3)盡量簡單規(guī)則布置塔樓結(jié)構(gòu)，加強單塔的抗側(cè)和抗扭剛度，提高關(guān)鍵構(gòu)件的性能化目標(biāo)，保證塔樓具有良好的抗震性能，為高空連廊提供可靠的支座條件。

(4)增強高空連廊本身的結(jié)構(gòu)剛度，采用弱連接方式擱置在塔樓上，避免連廊與塔樓之間的復(fù)雜影響。對連廊支座提出一系列的參數(shù)要求，支座水平滑動位移限值滿足塔樓罕遇地震下的最大側(cè)移，并采取設(shè)置限位鋼框、防撞橡膠墊以及防跌落鐵鏈等多道構(gòu)造措施，確保高空連廊的安全性。

(5)多層裙房樓電梯間及固定墻體位置增設(shè)剪力墻，采用鋼筋混凝土框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，避免較大層高對多層結(jié)構(gòu)的不利影響，形成多道抗震防線，降低框架的抗震等級，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能的同時兼顧了經(jīng)濟性。

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