摘 要：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，考慮到實(shí)用性和安全角度，多塔大底盤(pán)建筑結(jié)構(gòu)成為了主要的建筑方向，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是大底盤(pán)框支剪力墻結(jié)構(gòu)。滿(mǎn)足了最大限度的合理用地要求，但在防震、安全系數(shù)角度存有缺陷。本文就結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的因素進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑;多塔結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是我國(guó)近年來(lái)最顯著的時(shí)代特征，隨之而來(lái)就是房地產(chǎn)行業(yè)的大熱，建筑用地面積的縮小，要求通過(guò)樓層高度提升實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。高層建筑設(shè)計(jì)要求建筑師在考慮性能和外觀(guān)的之上，更加注意安全性能。多塔樓大底盤(pán)的建筑結(jié)構(gòu)又稱(chēng)為多塔結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)今的住宅區(qū)中頻繁涌現(xiàn)，并且出現(xiàn)了塔樓層數(shù)升高、地盤(pán)面積增大的趨勢(shì)。出現(xiàn)的原因在于：作為住宅配套的社區(qū)設(shè)置，地下室和車(chē)庫(kù)的安排需要，多塔樓能夠增加車(chē)位，同時(shí)滿(mǎn)足公共車(chē)道和停車(chē)庫(kù)的使用要求。第二，樓間距能夠保證充足的光照要求，建筑要求節(jié)能和適宜、第三，居住環(huán)境綠化美化的要求，住宅設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向小區(qū)式發(fā)展，使多塔結(jié)構(gòu)的商住樓具有較大的存在和發(fā)展空間。多塔結(jié)構(gòu)適應(yīng)了住宅建設(shè)的諸多要求，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多塔大底盤(pán)結(jié)構(gòu)分類(lèi)

多塔大底盤(pán)結(jié)構(gòu)大致可以分為三類(lèi)：(l)一般多塔結(jié)構(gòu)，在多棟多高層建筑的底部有一個(gè)連成整體的大裙房(含地下室)形成大底盤(pán)。這類(lèi)多塔結(jié)構(gòu)在住宅小區(qū)和商住綜合樓建設(shè)中應(yīng)用十分普遍，是本文探討的重點(diǎn)。(2)帶縫多塔結(jié)構(gòu)，由于設(shè)計(jì)需要，建筑結(jié)構(gòu)被伸縮縫、抗震縫和沉降縫等分成若干部分。(3)復(fù)雜多塔結(jié)構(gòu)，它是在多塔結(jié)構(gòu)上增加了其它復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如帶轉(zhuǎn)換層、帶加強(qiáng)層、連體、錯(cuò)層等。

2多塔結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

多塔結(jié)構(gòu)在底盤(pán)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(pán)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(pán)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(lèi)型宜接近。(2)塔樓對(duì)底盤(pán)宜對(duì)稱(chēng)布置，塔樓結(jié)構(gòu)的綜合質(zhì)心宜接近底盤(pán)結(jié)構(gòu)的質(zhì)心，塔樓與底盤(pán)質(zhì)心的距離不宜大于底盤(pán)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(pán)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(pán)與塔樓整體工作，底盤(pán)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(pán)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。(6)抗震設(shè)計(jì)時(shí).多塔樓之間裙房連接體的屋面梁應(yīng)予加強(qiáng)，各塔樓與裙房連接部位的外圍柱、剪力墻，從固定端至裙房屋面上一層的高度范圍內(nèi)應(yīng)特別加強(qiáng)，即柱縱向鋼筋的最小配筋率宜適當(dāng)提高，柱箍筋在裙樓屋面上、下層的范圍內(nèi)全高加密，剪力墻宜按規(guī)范的有關(guān)規(guī)定設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

3大底盤(pán)多塔高層設(shè)計(jì)中的重要性技術(shù)問(wèn)題

3.1嵌固端的選擇與相關(guān)措施

高層建筑在結(jié)構(gòu)分析計(jì)算之前必須首先確定結(jié)構(gòu)嵌固端所在位置。當(dāng)結(jié)構(gòu)剛度較大,地下室層數(shù)較少時(shí),對(duì)嵌固端以上部分進(jìn)行單獨(dú)的結(jié)構(gòu)分析,除周期以外的結(jié)構(gòu)控制指標(biāo)以及相應(yīng)地上部分的受力分析結(jié)果和實(shí)際情況差別并不大。而在多層地下室情況下,若忽略地下室影響單獨(dú)取各塔結(jié)構(gòu)分析,其計(jì)算結(jié)果和配筋數(shù)據(jù)是偏于不安全的,則要以整體模型為工程設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)于地下室層數(shù)較少的情況,最好的辦法是使各單體在地下室頂面嵌固,避免成為多塔復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

3.2地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的差異沉降控制

土體是一種非彈性勻質(zhì)擴(kuò)散體,大底盤(pán)多塔樓結(jié)構(gòu)主樓的荷載傳遞于相鄰處基礎(chǔ),以塔樓區(qū)域?yàn)橹行?通過(guò)基礎(chǔ)沿徑向向外擴(kuò)散,但擴(kuò)散范圍有限,傳遞的數(shù)值自一跨外明顯降低。

在高層建筑、地基與基礎(chǔ)的相互作用下,由于基礎(chǔ)對(duì)高層建筑荷載的擴(kuò)散作用,存在一個(gè)以塔樓為中心的“共同作用有效范圍”。以各塔樓下面一定范圍的區(qū)域?yàn)槌两抵行?基礎(chǔ)沉降變形各自沿徑向向外衰減,并在共同的影響范圍內(nèi)相互疊加;地基反力也是以各塔樓下面某一區(qū)域?yàn)橹行?通過(guò)塔樓的裙房基礎(chǔ)沿徑向向外擴(kuò)散,并在共同的荷載擴(kuò)散范圍內(nèi)相互疊加。當(dāng)需要減薄裙房筏板厚度以節(jié)省材料時(shí),或者設(shè)置后澆帶以調(diào)節(jié)基礎(chǔ)筏板變形時(shí),變截面位置或后澆帶位置應(yīng)設(shè)在“有效共同作用范圍”外,通常將該范圍界定在主樓沿周邊擴(kuò)一跨外。

3.3超長(zhǎng)地下室防裂設(shè)計(jì)

大多數(shù)的大底盤(pán)地下室不設(shè)置永久性沉降縫或伸縮縫,地下室的平面長(zhǎng)度和寬度超過(guò)100m甚至200m以上,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)伸縮縫最大間距。對(duì)此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還必須考慮超長(zhǎng)地下室的基礎(chǔ)及地下室外墻的防裂問(wèn)題。

工程實(shí)踐證明,留縫與否并不是決定結(jié)構(gòu)變形開(kāi)裂與否的唯一條件,混凝土裂縫產(chǎn)生的原因與許多因素有關(guān),以下對(duì)超長(zhǎng)地下室控制混凝土裂縫的措施應(yīng)同時(shí)采用: (1)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜太高。(2)設(shè)置施工后澆帶以釋放基礎(chǔ)在混凝土硬化過(guò)程中的收縮應(yīng)力。3)大體積基礎(chǔ)底板混凝土,采取分層澆注,階梯式推進(jìn),每層混凝土在初凝前完成上層澆注。(4)采用膨脹劑配制混凝土,利用膨脹劑的補(bǔ)償收縮功能解決混凝土硬化過(guò)程中的收縮開(kāi)裂。

4多塔大底盤(pán)結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析

多塔結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，它的受力特點(diǎn)和計(jì)算分析比一般的高層建筑要復(fù)雜，必須注意到其計(jì)算分析的特殊性，不能簡(jiǎn)單采用普通多高層結(jié)構(gòu)的分析方法。多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開(kāi)計(jì)算。一段時(shí)間以來(lái)，大底盤(pán)多塔樓的高層建筑類(lèi)型大量涌現(xiàn)，而

在計(jì)算分析該類(lèi)型高層建筑時(shí)，是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體并按多塔類(lèi)型進(jìn)行計(jì)算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問(wèn)題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿(mǎn)足要求，但是對(duì)某一座塔樓的地震力計(jì)算誤差仍然有可能較大，從而使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。

5計(jì)算程序及模型注意事項(xiàng)

(1)多塔結(jié)構(gòu)必須在“多塔結(jié)構(gòu)補(bǔ)充定義”菜單中執(zhí)行“多塔定義”命令，在提示區(qū)輸入各塔樓的起始層號(hào)、終止層號(hào)和塔數(shù)，然后用閉合折線(xiàn)圍區(qū)方式依次指定各塔的范圍。

(2)多塔定義時(shí)，要特別注意三條原則：任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)必須位于某一圍區(qū)內(nèi)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)只能位于一個(gè)圍區(qū)內(nèi)，每個(gè)圍區(qū)至少有一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

(3)帶縫多塔結(jié)構(gòu)的縫隙通常很窄.縫隙面不是迎風(fēng)面，縫隙兩邊墻的風(fēng)荷載很小或沒(méi)有，因此該類(lèi)結(jié)構(gòu)還應(yīng)執(zhí)行“遮檔定義”命令。

(4)多塔結(jié)構(gòu)的各個(gè)塔樓可以有不同的樓層高度，不同的構(gòu)件抗震等級(jí)，不同的砼標(biāo)號(hào)和鋼構(gòu)件的鋼號(hào)。這些可以在“特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義”和“多塔立面”中分別設(shè)定。

(5)為了提高多塔結(jié)構(gòu)的建模效率，PKPM軟件提供了“工程拼裝”命令，可以將分別建立好的多個(gè)單塔樓模型直接拼接到一個(gè)大底盤(pán)模型上，并且保留各塔樓己經(jīng)布置的荷載，使多人協(xié)同設(shè)計(jì)成為可能。

(6)多塔結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置時(shí)，結(jié)構(gòu)體系應(yīng)設(shè)定為“復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)”，計(jì)算振型數(shù)的取值不應(yīng)小于塔樓數(shù)的9倍，并使平動(dòng)及扭轉(zhuǎn)振型的有效質(zhì)量都不小于90%。當(dāng)扭轉(zhuǎn)不大時(shí)，扭轉(zhuǎn)振型可不滿(mǎn)足90%，但應(yīng)設(shè)置全樓地震放大系數(shù)。

5結(jié)束語(yǔ)

總之，多塔大底盤(pán)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，在這過(guò)程中的任何遺漏或錯(cuò)誤都有可能使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加復(fù)雜，使設(shè)計(jì)結(jié)果存在不安全因素。

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