多塔高層建筑結(jié)構(gòu)探討

袁大偉

摘 要：多塔高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，直接影響著人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。本文主要介紹了多塔高層建筑結(jié)構(gòu)，分析了這種建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和沉降設(shè)計(jì)，并探討了具體的計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：高層建筑；多塔結(jié)構(gòu)；計(jì)算方法

中圖分類號(hào)： TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）13-56-2

0 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的房地產(chǎn)行業(yè)也得到了前所未有的發(fā)展，各個(gè)地區(qū)的新型房地產(chǎn)建筑越來越多，尤其是多塔高層建筑在逐漸增多。為了滿足人們的居住舒適度要求，節(jié)省建筑成本，建筑的樓層越來越高，底盤越來越大。多塔高層建筑雖然具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但它的安全性仍然不容忽視。相對(duì)于普通建筑，多塔高層建筑的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，穩(wěn)定性和抗震性都受到了極大的考驗(yàn)。如何做好多塔高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為了建筑設(shè)計(jì)人員需要重視的問題。

1 多塔高層建筑結(jié)構(gòu)

多塔高層建筑，是底部由多層較大的底盤結(jié)構(gòu)組成的高層建筑，它的結(jié)構(gòu)與普通建筑最大的不同點(diǎn)在于，多塔建筑具有較大的底盤，因此，它又被人們稱作“多塔大底盤建筑”。常見的多塔高層建筑結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：第一，具有地下室、裙房、塔樓三個(gè)部分；第二， 沒有裙房，只有塔樓、地下室，一個(gè)地下室可以連接多個(gè)塔樓；第三，帶縫多塔結(jié)構(gòu)，具有地下室、裙房、塔樓，但是各個(gè)塔樓都被地下室連接在一起，上部塔樓之間的距離很近，塔樓的四個(gè)面中，有的面與其他塔樓僅有細(xì)微的縫隙，不是迎風(fēng)面。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的體型，又可以將多塔建筑分為分散式和緊湊式兩種。分散式建筑，即建筑群的各個(gè)塔樓之間保持一定的距離，沒有起到相互依托的作用，當(dāng)其中一棟建筑出現(xiàn)問題時(shí)，基本不會(huì)影響到其他的建筑；緊湊式建筑，即各個(gè)塔樓建筑的塔樓距離很近，或者建筑的底盤基本為一個(gè)整體或者存在相交的情況，基本不存在完全獨(dú)立的建筑，當(dāng)建筑群中的一部分塔樓出現(xiàn)問題時(shí)，會(huì)直接影響到其他塔樓，但同時(shí)，如果部分塔樓受到外界壓力，其他塔樓可以幫助這部分塔樓分解壓力。

2 多塔高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

建筑設(shè)計(jì)中，必須要考慮到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性。近年來，我國(guó)的地震災(zāi)害頻發(fā)，汶川地震、玉樹地震等都給人類帶來了毀滅性的災(zāi)難。根據(jù)研究表明，地震中最容易受到破壞的，是建筑的底盤與塔樓相接部位，以及建筑各層相接的部位。尤其是大底盤高層建筑，由于樓層較高、底盤與塔樓相接面積較大，一旦遭受地震災(zāi)害，可能會(huì)給建筑內(nèi)的人們帶來極大的危害，造成不可挽回的損失。因此，在多塔高層建筑設(shè)計(jì)中，必須要做好建筑的抗震設(shè)計(jì)，尤其要做好建筑底盤與塔樓相接部位以及建筑各層相接部位的抗震設(shè)計(jì)，提高建筑的穩(wěn)定性和抗震性。

具體來說，做好多塔建筑抗震設(shè)計(jì)，需要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：第一，做好建筑底盤設(shè)計(jì)，保證底盤的穩(wěn)定性和承載力。盡量加大底盤屋面板的厚度，一般來說厚度不得低于15厘米；增加鋼筋數(shù)量，保證鋼筋通長(zhǎng)布置，尤其是底盤腰筋、屋面房梁鋼筋、屋面筋等必須要通長(zhǎng)布置，這樣可以增加底盤的耐受力，在重壓之下可以讓通長(zhǎng)鋼筋起到支撐作用。同時(shí)，在布置鋼筋時(shí)不可以同向布置，必須要雙向交叉配置，并且要保證配筋率高于0.25%。除了做好底盤設(shè)計(jì)，還需要做好塔樓各個(gè)樓層相接處的設(shè)計(jì)，提高相接部位的承載力和耐受力。第二，由于多塔高層建筑的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，樓層較高，容易受到外在因素的影響，如果樓層過高，建筑底盤會(huì)承受較大的壓力，壓力超過必要限度，便會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的事故，同時(shí)，樓層越高，越容易受到結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。在現(xiàn)實(shí)中，部分開發(fā)商為了節(jié)約土地成本，在設(shè)計(jì)樓層時(shí)超過了底盤可以承受的范圍，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生，給人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全帶來了極大的威脅。因此，在設(shè)計(jì)中，必須要合理控制塔樓的整體面積、重量、樓層等，盡量避免因設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致的建筑倒塌等事故的發(fā)生。第三，塔樓與底盤的受力重心必須要控制在一個(gè)點(diǎn)，如果重心跑偏，建筑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，建筑的耐受力會(huì)大大降低，極易發(fā)生安全事故。因此，在設(shè)計(jì)中，必須要合理計(jì)算建筑重心位置，保證建筑的塔樓與底盤以重心為中線對(duì)稱分布，且不得超過底盤重心邊線的20%。第四，在緊湊式多塔建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在各個(gè)塔樓的相接部位，必須要做好抗震設(shè)計(jì)，加強(qiáng)相接部位屋面梁的剛度和強(qiáng)度，并且要在剪力墻周邊設(shè)置約束構(gòu)件。第五，有的塔樓帶有轉(zhuǎn)換層，在設(shè)計(jì)中，必須要提高轉(zhuǎn)換層的抗震性以及轉(zhuǎn)換層的上一層、下一層的抗震性。

3 多塔高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法

多塔高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法比普通建筑復(fù)雜得多，在計(jì)算中，由于多塔建筑的類型不同，每種結(jié)構(gòu)承載力和抗震性也不同，在計(jì)算中是否需要根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)采用不同的計(jì)算方法，或者采用相同的方法，但是采用不同的計(jì)算系數(shù)，是目前設(shè)計(jì)師們需要研究的重點(diǎn)問題。在多塔高層建筑中，設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于建筑的大底盤結(jié)構(gòu)，因此，設(shè)計(jì)師需要側(cè)重于掌握大底盤的計(jì)算方法。在計(jì)算前需要建立計(jì)算模型，考慮建筑的變形、承載力、剛性參數(shù)等因素，這些因素基本相當(dāng)?shù)那闆r下，可以采用統(tǒng)一的計(jì)算方法計(jì)算，但如果這些因素相差較大，就需要分開計(jì)算。

就目前而言，常見的多塔建筑結(jié)構(gòu)主要有分散式和緊湊式兩種。在分散式多塔建筑底盤結(jié)構(gòu)的計(jì)算中，需要依照45度線對(duì)建筑各塔樓進(jìn)行分割，各個(gè)塔樓之間的45度線相互獨(dú)立，不會(huì)出現(xiàn)交叉或連接。緊湊式建筑中，各個(gè)塔樓之間的45度線會(huì)存在交叉和連接現(xiàn)象。在計(jì)算中，需要將緊湊式建筑分為兩組，一組為整體型，一組為離散型。整體型建筑的計(jì)算中，由于建筑的45度線存在相交現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)建筑底盤結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)受到限制。計(jì)算中往往會(huì)采用靜力彈塑性分析和動(dòng)力時(shí)程計(jì)算方法；離散型建筑的計(jì)算中，建筑塔樓45度線雖然相交，但是各個(gè)塔樓會(huì)有明顯的縫隙，每個(gè)塔樓都可以分列出來。

在計(jì)算中，必須要注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：第一，多塔結(jié)構(gòu)的計(jì)算必須要補(bǔ)充多塔結(jié)構(gòu)定義，與普通建筑區(qū)分開來，并且要輸入塔樓的總層數(shù)以及起始層、最高層層號(hào)，同時(shí)還要輸入塔樓數(shù)量；第二，多塔結(jié)構(gòu)定義中，保證每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都處于閉合圍區(qū)內(nèi)，每個(gè)圍區(qū)都需要有不低于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)不可重復(fù)輸入；第三，帶縫多塔建筑中，四個(gè)面中有的面不處于迎風(fēng)面，外界壓力對(duì)這些面的影響較小，因此，在計(jì)算中需要輸入“遮擋”定義；第四，多塔建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在計(jì)算時(shí)需要將參數(shù)設(shè)置為復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，在計(jì)算建筑的振型數(shù)值時(shí)，不得低于建筑中總塔樓數(shù)的9倍；第五，由于各個(gè)塔樓的層數(shù)、整體高度不同，抗震性與穩(wěn)定性也會(huì)有所差異，在計(jì)算時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際要求在定義補(bǔ)充欄補(bǔ)充特殊要求。

4 多塔高層建筑結(jié)構(gòu)的沉降設(shè)計(jì)

建筑的沉降設(shè)計(jì)直接關(guān)系著建筑的穩(wěn)定性和使用壽命，尤其是高層建筑，沉降率的合理控制直接影響著建筑的穩(wěn)定性。多塔高層建筑的樓層較高，建筑基底承受的壓力較大，如果建筑的沉降率達(dá)不到要求，建筑的地基不穩(wěn)，便可以導(dǎo)致建筑整體下沉甚至倒塌。在建筑的沉降設(shè)計(jì)中，需要把握兩個(gè)原則，即建筑的沉降率必須要達(dá)到要求，建筑的地基基礎(chǔ)必須要均勻沉降。在具體設(shè)計(jì)中，需要掌握以下設(shè)計(jì)方法：第一，設(shè)計(jì)永久性沉降縫，多塔高層建筑中，尤其是裙房和主樓分開的建筑，必須要設(shè)計(jì)永久性沉降縫，將主樓和裙房分開，這樣設(shè)計(jì)的原理是，主樓的樓層較高，需要承受的壓力較大，而裙房需要承受的壓力相對(duì)較小，如果主樓和裙房的沉降率不一致，如果不設(shè)計(jì)沉降縫，可能由于沉降率不一致而出現(xiàn)沉降不均勻的問題，導(dǎo)致建筑的穩(wěn)定性變差，設(shè)計(jì)永久性沉降縫，可以將裙樓與主樓分開，二者相互獨(dú)立，不會(huì)出現(xiàn)沉降不均勻的問題；第二，如果不設(shè)計(jì)永久性沉降縫，就需要強(qiáng)化主樓基礎(chǔ)，弱化裙房基礎(chǔ)，平衡兩者的沉降差，減少裙房的支撐作用，增強(qiáng)主樓的基礎(chǔ)支撐作用；第三，設(shè)計(jì)后澆帶，在建筑底盤設(shè)計(jì)沉降后澆帶，增強(qiáng)建筑底盤的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)時(shí)需要保證底盤結(jié)構(gòu)上每隔35米就有一道1米左右的后澆帶，可以根據(jù)建筑的承載力、層高、地基的穩(wěn)固性等適當(dāng)調(diào)整澆筑距離。

5 結(jié)束語

總之，多塔高層建筑結(jié)構(gòu)是目前比較常見的一種建筑結(jié)構(gòu)，在多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須要掌握它的結(jié)構(gòu)類型，根據(jù)類型的不同適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)方法。在具體設(shè)計(jì)中，需要做好抗震設(shè)計(jì)和沉降設(shè)計(jì)，同時(shí)還要掌握相關(guān)的計(jì)算方法。只有這樣，才能提高多塔高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，增強(qiáng)建筑的抗震性，最終提高建筑的整體質(zhì)量，保證人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王國(guó)文.大底盤多塔高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].大科技，2014（2）.

[2] 張愛平.淺談大底盤多塔高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題[J].城市建設(shè)理論研究，2012（20）.

[3] 李林嬋.大底盤多塔鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].城市建設(shè)理論研究，2015（20）.

[4] 周世忠.基于高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤不規(guī)則多塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究[J].河南科技，2014（12）.

[5] 孫福萍.大底盤多塔鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2013（12）.