多塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

俞嘯威

【摘要】對(duì)于帶有地下室或裙房的高層建筑結(jié)構(gòu)，該建筑結(jié)構(gòu)是否屬于復(fù)雜高層，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確性及合理性非常重要。本文結(jié)合現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ3-2010）規(guī)范有關(guān)規(guī)定及文獻(xiàn)資料，對(duì)多塔結(jié)構(gòu)及大底盤（地下室）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出幾點(diǎn)看法和建議。

【關(guān)鍵詞】多塔結(jié)構(gòu)；地下室；大底盤

引言

高層建筑是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和建筑用地要求應(yīng)運(yùn)而生的，隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，土地資源集約化利用日漸凸顯，由于地基承載力及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等方面的原因，高層建筑均帶有地下室，一層或多層；或者兩棟或多棟高層建筑裙房部分因建筑功能需要而相連，因此多塔大底盤建筑結(jié)構(gòu)成為了主要的建筑方向。相對(duì)而言，建筑技術(shù)在實(shí)踐中更為成熟，被廣泛投入建設(shè)。但對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言多塔要比單塔復(fù)雜得多，如何按照規(guī)范精神，進(jìn)行多塔結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和計(jì)算分析，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)著重解決的問(wèn)題。

1、 概述

進(jìn)行多塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，首先要了解多塔結(jié)構(gòu)的定義。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2] 2.1.15及條文說(shuō)明，多塔樓結(jié)構(gòu)定義為“未通過(guò)結(jié)構(gòu)縫分開的裙樓上部具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的塔樓結(jié)構(gòu)”。首先我們應(yīng)區(qū)分大底盤地下室的多塔樓結(jié)構(gòu)（地面以上無(wú)大底盤）與多塔樓建筑（地面以上有大底盤）的不同。多塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)地下室及裙房的不同情況進(jìn)行分析。具體分類有以下幾種（圖1），并對(duì)各種情況進(jìn)行相應(yīng)的討論：

圖1

2、多塔樓帶地下室

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2] 2.1.15條文說(shuō)明對(duì)多塔樓結(jié)構(gòu)的定義做出了進(jìn)一步的解釋：“多塔樓結(jié)構(gòu)是在裙樓或大底盤上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的塔樓的結(jié)構(gòu)，是體型收進(jìn)結(jié)構(gòu)的一種常見(jiàn)例子。一般情況下，在地下室連為整體的多塔樓結(jié)構(gòu)可不作為本規(guī)程第10.6節(jié)規(guī)定的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但地下室頂板宜符合10.6節(jié)多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)定。” 根據(jù)朱炳寅在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析》中寫道：“一般情況下，僅地下室連為整體的多塔樓結(jié)構(gòu)，可不認(rèn)定為《高規(guī)》第10.6節(jié)規(guī)定的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但地下室頂板設(shè)計(jì)應(yīng)考慮多塔樓結(jié)構(gòu)的影響，除滿足嵌固端樓板的要求外，還應(yīng)符合《高規(guī)》第10.6節(jié)的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定。”由此可見(jiàn)，對(duì)于地下室上有兩個(gè)或兩個(gè)以上塔樓的結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)叵率翼敯宓陀谑彝獾仄簳r(shí)，無(wú)論地下室頂板能否作為上部的嵌固部位，都可將各個(gè)單體分別進(jìn)行計(jì)算分析及設(shè)計(jì)，不需考慮各個(gè)塔樓間相互的影響，僅需考慮各單體相關(guān)范圍內(nèi)的影響。但當(dāng)?shù)叵率翼敯宀荒茏鳛榍豆滩课粫r(shí)，規(guī)范并未有具體的規(guī)定，個(gè)人認(rèn)為應(yīng)區(qū)分不同情況（即地下室頂板實(shí)際存在的嵌固及地下一層的地面或以下的樓面作為嵌固兩種情況）對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

3、多塔樓帶地上裙房

多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是在多棟獨(dú)立高層建筑底部有一連成整體的裙房，形成大底盤。大底盤多塔樓高層結(jié)構(gòu)在大底盤上一層突然收進(jìn)，屬于《高規(guī)》中豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)。當(dāng)大底盤上有2個(gè)或2個(gè)以上的塔樓時(shí)，結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，并會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

分析表明，多塔樓結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，且高振型對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響大，當(dāng)各塔樓質(zhì)量和剛度分布不均勻時(shí)，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)反應(yīng)大，高振型對(duì)內(nèi)力的影響更為突出。因此《高規(guī)》規(guī)定多塔樓結(jié)構(gòu)各塔樓的層數(shù)、平面和剛度宜接近；塔樓對(duì)底盤宜對(duì)稱布置，減小塔樓和底盤的剛度偏心。

多塔樓結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜高層建筑，通過(guò)控制位移比不應(yīng)大于該樓層平均值的1.4倍來(lái)限制平面布置的不規(guī)則性，避免產(chǎn)生過(guò)大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。位移比控制計(jì)算應(yīng)采用整體模型考慮各塔樓之間的相互影響，將各塔樓連同底盤作為一個(gè)完整的系統(tǒng)進(jìn)行分析，各塔樓每層為一塊剛性樓板，各塔樓相互獨(dú)立。

多塔樓結(jié)構(gòu)應(yīng)將塔樓和底盤作為整體進(jìn)行分析，并應(yīng)采用不少于兩個(gè)力學(xué)模型，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和比較。同時(shí)為了保證各塔樓結(jié)構(gòu)的合理性，也應(yīng)進(jìn)行必要的單塔獨(dú)立計(jì)算。

在多塔結(jié)構(gòu)中，存在著大量的對(duì)稱或近似對(duì)稱振型，這就造成了較多的低階振型的振型參與系數(shù)為零或很小的情況，并且對(duì)于剛度和質(zhì)量沿豎向分布越均勻、對(duì)稱的多塔結(jié)構(gòu)，某些振型就越趨于對(duì)稱，振型參與系數(shù)也就越小。

多塔結(jié)構(gòu)在高階振型下對(duì)地震反應(yīng)的影響較大，當(dāng)塔樓在大底盤平面上分布不均勻、不對(duì)稱且各塔樓的高度不同，質(zhì)量和剛度分布不均勻時(shí)，高振型影響將會(huì)進(jìn)一步加劇，在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)選取足夠多的振型數(shù)，應(yīng)滿足振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量90%的要求。

在多塔結(jié)構(gòu)中因塔樓之間的相互作用，在裙房樓板中獎(jiǎng)產(chǎn)生較大的內(nèi)力和變形。因此，裙房樓板采用無(wú)限剛性假定是不成立的，應(yīng)采用彈性樓板假定。

4、結(jié)語(yǔ)

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性和建筑多功能要求，近年來(lái)涌現(xiàn)出大量體型復(fù)雜的高層建筑，其中大底盤多塔樓就是很典型的一類。對(duì)在地下室連為整體的多塔樓結(jié)構(gòu)，屬于一般的高層結(jié)構(gòu)，塔樓對(duì)遠(yuǎn)離塔樓處影響很小，滿足構(gòu)造要求時(shí)，可將上部各塔樓分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。而對(duì)于多塔樓帶地上裙房，多塔結(jié)構(gòu)在底盤上一層的平面布置有劇烈變化。上部結(jié)構(gòu)突然收進(jìn)，屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)；塔樓與底盤的結(jié)合部結(jié)構(gòu)豎向剛度和抗力發(fā)生突變，容易形成薄弱部位；多個(gè)塔樓相互作用，使結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，并且產(chǎn)生復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。大量震害實(shí)例說(shuō)明，塔樓與大底盤結(jié)合部位及其上、下各一層的構(gòu)件在地震中破壞最嚴(yán)重。為此，規(guī)范對(duì)多塔結(jié)構(gòu)提出了比較詳細(xì)的抗震措施要求，在多塔結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)從概念設(shè)計(jì)出發(fā)，重視結(jié)構(gòu)薄弱部位的分析，加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施，其要點(diǎn)是：（1）多塔結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，且高振型對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響較大，當(dāng)各塔樓質(zhì)量和剛度分布不均勻時(shí)，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)反應(yīng)較大，因此各塔樓的樓層數(shù)、平面布局、豎向剛度及結(jié)構(gòu)類型宜接近。（2）塔樓對(duì)底盤宜對(duì)稱布置，塔樓結(jié)構(gòu)的綜合質(zhì)心宜接近底盤結(jié)構(gòu)的質(zhì)心，塔樓與底盤質(zhì)心的距離不宜大于底盤相應(yīng)邊長(zhǎng)的20%。（3）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，帶轉(zhuǎn)換層塔樓不宜設(shè)置在底盤屋面的上層的塔樓內(nèi)，否則應(yīng)采取有效的抗震措施。如轉(zhuǎn)換層及上、下層的抗震應(yīng)提高一級(jí)采用。（4）為保證大底盤與塔樓整體工作，底盤屋面板應(yīng)加厚，不宜小于150mm，樓板鋼筋應(yīng)雙層雙向布置，各層各方向最小配筋率不宜小于0.25%.屋面梁底筋、腰筋及不少于1/3的面筋通長(zhǎng)布置。底盤屋面上、下一層的樓板也應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施。（5）多塔樓建筑結(jié)構(gòu)的各塔樓的層數(shù)、平面和剛度宜接近。

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