解析大底盘多塔楼的高层建筑结构设计

解析大底盘多塔楼的高层建筑结构设计

周晓东

广东博意建筑设计院有限公司528312

摘要：在高层建筑施工过程中，建筑的结构设计对建筑的质量有着重要的影响，尤其是大底盘多塔连体复杂体型高层建筑，在结构设计的过程中涉及到地下室，基础及结构的相关设计，任何一个环节出现问题都会对质量造成一定的影响。因此，在高层建筑设计的过程中，建筑的结构设计是十分重要的。

关键词：大底盘多塔楼；高层建筑；结构设计

1.大底盘多塔楼高层建筑结构体系

大底盘多塔楼高层建筑结构体系的主要特点是：在多栋独立的高层建筑底部有一个练成整体的大裙房，即形成了大底盘。大底盘多塔楼高层建筑结构在大底盘上一层突然收进，属竖向不规则结构；大底盘上有两个或多个塔楼时，结构振型复杂，并会产生复杂的扭转振动，因此如果结构布置不当，竖向刚度突变，扭转振动反应及高振型影响将会加剧。在实际工程的设计中，总的来说，大底盘多塔楼高层建筑结构的设计将分为如下两种结构类型进行分别设计：①大底盘结构顶层楼板可作为上部多塔楼的嵌固端。通常带地下停车位的住宅小区基本属于该种类型。②大底盘结构顶层楼板不能作为上部多塔楼的嵌固端。该种结构形式通常出现在下部裙楼作为商场或服务用房、上部塔楼为办公或商住功能的综合性建筑。

在实际项目的工程设计中，有很多带地下车库的住宅或商业建筑在出了大底盘顶层以后上部开始设抗震缝，把结构分为多个塔楼来设计；而在地下室部分的塔楼范围内或附近则加大竖向构件的截面尺寸，加大抗侧刚度，保证大底盘顶层楼板可以成为上部塔楼的嵌固层。但在一些特殊情况下，由于建筑立面或建筑功能的特殊要求，高层多塔楼结构在地面以上的裙房部分不允许设置抗震缝，即裙房部分仍为整体大底盘部分，裙房以上整个结构就根据功能要求分为多个塔楼，这样的结构体系裙房顶层的抗侧刚度一般不可能比相邻上部塔楼楼层抗侧刚度大很多，所以大底盘结构顶层楼板不能作为上部多塔楼结构的嵌固端，属于复杂高层建筑结构，设计中必须仔细分析。

2.大底盘多塔楼高层建筑结构设计方法分析

2.1解决地基基础不均匀沉降问题

对于大底盘多塔楼高层建筑来说，各塔楼由于层数较多、总高度较高，其传递至地基基础的荷载较大。而在大底盘的其他部位往往层数较少，其传递至地基基础的荷载较小，因此塔楼部位基础的地基应力要比大底盘的其他部位大许多，其地基沉降也将有较大的差别。在设计中首先宜采用两种以上的计算方法计算这两者间的沉降量和沉降差。然后设计者将根据计算得的沉降差来决定是“放”还是“抗”。

“放”即是在各塔楼与大底盘分界处设置沉降后浇带，加强这两部位的沉降观测，待这两部位的沉降达到基本稳定时或其差值与计算相符时封闭沉降后浇带，此类方法在塔楼与大底盘分界部分的构件中增加的配筋有限，而其较大的缺点是由于达到沉降相对稳定的时间较长。“抗”即是不设置沉降后浇带，而是根据计算所得的沉降差在设计塔楼与大底盘相邻构件时除必须满足由于强度计算所需的配筋外，还需加入由于沉降差引起的构件内的附加弯矩与剪力所需的钢筋，当然还必须考虑其对相邻构件以外构件的不利影响，此类方法施工周期快，大底盘部分可以完整施工，但其带来的结果往往是结构的造价相对较高。

2.2重视建筑材料质量

鉴于大底盘多塔楼的上部结构传递给底部的荷载较大，因此对其基础和地下室的设计应当尤其注意建筑材料的选用，以确保结构的整体稳定。一般来讲，地下室工程施工中所选用的混凝土，其等级强度要保证在C30以上，且水泥的用量要进行有效控制，并且最好不要使用矿渣水泥作为地下室施工的水泥品种。根据实际工程的需要，还可以在混凝土配制中加入适当的粉煤灰，以降低混凝土的水化热反应带来的不良影响，防止混凝土出现裂缝现象，影响建筑的结构质量。

2.3大底盘多塔高层建筑抗震概念设计

2.3.1多塔结构振型复杂，且高振型对结构内力的影响较大，当各塔楼质量和刚度分布不均匀时，结构扭转振动反应较大，因此各塔楼的楼层数、平面布局、竖向刚度及结构类型宜接近。

2.3.2塔楼对底盘宜对称布置，塔楼结构的综合质心宜接近底盘结构的质心，塔楼与底盘质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%。

2.3.3抗震设计时，带转换层塔楼不宜设置在底盘屋面的上层的塔楼内。否则应采取有效的抗震措施，如转换层及上、下层的抗震应提高一级采用。

2.3.4抗震设计时.多塔楼之间裙房连接体的屋面梁应予加强，各塔楼与裙房连接部位的外围柱、剪力墙，从固定端至裙房屋面上一层的高度范围内应特别加强。柱纵向钢筋的最小配筋率宜适当提高，柱箍筋在裙楼屋面上、下层的范围内全高加密，剪力墙宜按规范的有关规定设置约束边缘构件。

2.4地下室防裂设计

由于大底盘多塔结构的地下室相对较长，地下室的平面长度和宽度超过100m甚至200m以上，远远超过伸缩缝最大间距，大底盘地下室需要设置沉降缝或伸缩缝，而不设计永久性的伸缩缝。对此结构设计中还必须考虑超长地下室的基础及外墙的防裂问题。

大底盘多塔结构的工程实践中发现，留缝并不是决定结构形变的唯一手段，混凝土裂缝产生的原因与许多因素有关，以下对超长地下室控制混凝土裂缝预防设计要做到以下事项：

一是混凝土强度等级不宜太高，在满足承载力和防水要求条件下，应控制在C25至C35强度之间。

二是严格控制砂石骨料含泥量与配比，控制降温和加强养护，为减少混凝土硬化过程中的收缩应力。

三是设置施工后浇带以释放基础在混凝土硬化过程中的收缩应力，沿基础长度每间隔20米留一道伸缩后浇带，与沉降后浇带搭配设计，带宽800毫米，设在柱距三等分的中间范围内。

3.大底盘多塔楼高层建筑结构设计控制指标

3.1大底盘多塔楼结构，按整体和分塔楼计算模型分别验算整体结构和各塔楼结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期的比值，不应大于0.85。限制周期比就是限制结构的抗扭刚度不能太弱。

3.2结构的扭转位移比。限制扭转位移比主要是限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。

3.3上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%。

3.4底盘高度超过房屋高度20%的多塔楼结构设计，在体型收进处宜采取措施减小结构刚度的变化，上部收进结构的底部楼层层间位移移不宜大于相邻下部区段最大层间位移角的1.15倍。

3.5抗震设计时，体型收进部位上、下各2层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级宜提高一级采用。

3.6错层处理：由于室外地面绿化的需要，主楼以外的地下室顶板往往因建筑需要而降低，导致主楼内外地下室顶板标高不一致的错层。应注意剪力的传递、及错层处梁的受扭问题。可采取加强加高错层处纵向梁或考虑设置梁侧加腋来改善水平力的传力途径的措施。

3.7大底盘多塔楼建筑的规模常常很大，有时会分期施工设计，应特别注意明确总图的连接部位的位置。以确定基础的留置方案，防止造成后期设计、施工的麻烦。

结束语：总之，随着当前建筑工程设计和施工模式的日益完善，大底盘多塔楼高层建筑结构设计已成为当前建筑设计和施工中的主要模式，有效的提高了当前城市土地面积的利用率和地下资源的利用。在对这种类型的建筑结构进行设计过程中，要全面考量，使大底盘多塔高层建筑设计更具有合理规范。

参考文献：

[1]陈文鹏.大底盘多塔楼高层建筑结构的设计[J].科学与财富.2013.

[2]王天恒.大底盘多塔楼高层建筑结构设计中的注意事项[J].中国建筑.2012.

[3]周世忠.基于高层建筑结构大底盘不规则多塔结构的设计研究[J].河南科技.2014.