试析我国多塔大底盘建筑的结构设计

经济的发展是我国近年来最显著的时代特征，随之而来就是房地产行业的大热，建筑用地面积的缩小，要求通过楼层高度提升实现更大的经济效益。高层建筑设计要求建筑师在考虑性能和外观的之上，更加注意安全性能。多塔楼大底盘的建筑结构又称为多塔结构，在现今的住宅区中频繁涌现，并且出现了塔楼层数升高、地盘面积增大的趋势。出现的原因在于：作为住宅配套的社区设置，地下室和车库的安排需要，多塔楼能够增加车位，同时满足公共车道和停车库的使用要求。第二，楼间距能够保证充足的光照要求，建筑要求节能和适宜、第三，居住环境绿化美化的要求，住宅设计转向小区式发展，使多塔结构的商住楼具有较大的存在和发展空间。多塔结构适应了住宅建设的诸多要求，相对而言，建筑技术在实践中更为成熟，被广泛投入建设。但对结构设计而言多塔要比单塔复杂得多，如何按照规范精神，进行多塔结构的抗震设计和计算分析，成为结构设计应当着重解决的问题。

1多塔大底盘结构分类

多塔大底盘结构大致可以分为三类：(l)一般多塔结构，在多栋多高层建筑的底部有一个连成整体的大裙房(含地下室)形成大底盘。这类多塔结构在住宅小区和商住综合楼建设中应用十分普遍，是本文探讨的重点。(2)带缝多塔结构，由于设计需要，建筑结构被伸缩缝、抗震缝和沉降缝等分成若干部分。(3)复杂多塔结构，它是在多塔结构上增加了其它复杂结构，如带转换层、带加强层、连体、错层等。

2多塔结构抗震设计

多塔结构在底盘上一层的平面布置有剧烈变化。上部结构突然收进，属于竖向不规则结构;塔楼与底盘的结合部结构竖向刚度和抗力发生突变，容易形成薄弱部位;多个塔楼相互作用，使结构振型复杂，并且产生复杂的扭转振动。大量震害实例说明，塔楼与大底盘结合部位及其上、下各一层的构件在地震中破坏最严重。为此，规范对多塔结构提出了比较详细的抗震措施要求，在多塔结构抗震设计中，应当从概念设计出发，重视结构薄弱部位的分析，加强抗震构造措施，其要点是：(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)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%。(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。(4)为保证大底盘与塔楼整体工作，底盘屋面板应加厚，不宜小于150mm，楼板钢筋应双层双向布置，各层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的面筋通长布置。底盘屋面上、下一层的楼板也应加强构造措施。(5)多塔楼建筑结构的各塔楼的层数、平面和刚度宜接近。(6)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，即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。

3大底盘多塔高层设计中的重要性技术问题

3.1嵌固端的选择与相关措施

高层建筑在结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端所在位置。当结构刚度较大,地下室层数较少时,对嵌固端以上部分进行单独的结构分析,除周期以外的结构控制指标以及相应地上部分的受力分析结果和实际情况差别并不大。而在多层地下室情况下,若忽略地下室影响单独取各塔结构分析,其计算结果和配筋数据是偏于不安全的,则要以整体模型为工程设计依据。对于地下室层数较少的情况,最好的办法是使各单体在地下室顶面嵌固,避免成为多塔复杂结构。

3.2地基基础设计的差异沉降控制

土体是一种非弹性匀质扩散体,大底盘多塔楼结构主楼的荷载传递于相邻处基础,以塔楼区域为中心,通过基础沿径向向外扩散,但扩散范围有限,传递的数值自一跨外明显降低。

在高层建筑、地基与基础的相互作用下,由于基础对高层建筑荷载的扩散作用,存在一个以塔楼为中心的“共同作用有效范围”。以各塔楼下面一定范围的区域为沉降中心,基础沉降变形各自沿径向向外衰减,并在共同的影响范围内相互叠加;地基反力也是以各塔楼下面某一区域为中心,通过塔楼的裙房基础沿径向向外扩散,并在共同的荷载扩散范围内相互叠加。当需要减薄裙房筏板厚度以节省材料时,或者设置后浇带以调节基础筏板变形时,变截面位置或后浇带位置应设在“有效共同作用范围”外,通常将该范围界定在主楼沿周边扩一跨外。

3.3超长地下室防裂设计

大多数的大底盘地下室不设置永久性沉降缝或伸缩缝,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。对此结构设计中还必须考虑超长地下室的基础及地下室外墙的防裂问题。

工程实践证明,留缝与否并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件,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的措施应同时采用: (1)混凝土强度等级不宜太高。(2)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。3)大体积基础底板混凝土,采取分层浇注,阶梯式推进,每层混凝土在初凝前完成上层浇注。(4)采用膨胀剂配制混凝土,利用膨胀剂的补偿收缩功能解决混凝土硬化过程中的收缩开裂。

4多塔大底盘结构的计算分析

多塔结构属于复杂高层结构，它的受力特点和计算分析比一般的高层建筑要复杂，必须注意到其计算分析的特殊性，不能简单采用普通多高层结构的分析方法。多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘多塔楼的高层建筑类型大量涌现，而

在计算分析该类型高层建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大，就有可能出现即使振型参与系数满足要求，但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大，从而使结构出现不安全的隐患。

5计算程序及模型注意事项

(1)多塔结构必须在“多塔结构补充定义”菜单中执行“多塔定义”命令，在提示区输入各塔楼的起始层号、终止层号和塔数，然后用闭合折线围区方式依次指定各塔的范围。

(2)多塔定义时，要特别注意三条原则：任意一个节点必须位于某一围区内，每一个节点只能位于一个围区内，每个围区至少有一个节点。

(3)带缝多塔结构的缝隙通常很窄.缝隙面不是迎风面，缝隙两边墙的风荷载很小或没有，因此该类结构还应执行“遮档定义”命令。

(4)多塔结构的各个塔楼可以有不同的楼层高度，不同的构件抗震等级，不同的砼标号和钢构件的钢号。这些可以在“特殊构件补充定义”和“多塔立面”中分别设定。

(5)为了提高多塔结构的建模效率，PKPM软件提供了“工程拼装”命令，可以将分别建立好的多个单塔楼模型直接拼接到一个大底盘模型上，并且保留各塔楼己经布置的荷载，使多人协同设计成为可能。

(6)多塔结构参数设置时，结构体系应设定为“复杂高层结构”，计算振型数的取值不应小于塔楼数的9倍，并使平动及扭转振型的有效质量都不小于90%。当扭转不大时，扭转振型可不满足90%，但应设置全楼地震放大系数。

5结束语

总之，多塔大底盘高层结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，在这过程中的任何遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂，使设计结果存在不安全因素。