多塔楼大底盘结构住宅实例分析

来源:用户上传      作者:

　　摘要：本文结合工程实例，对大底盘多塔楼复杂高层建筑群的结构设计进行了系统的总结，详细阐述了基础工程、超长地下室、上部结构受力体系的主要受力特征、计算与分析方法，以及设计与施工中需要注意的主要技术问题
　　关键词：超长地下室；大底盘；多塔；
　　近些年来，各地区房地产建设、特别是商品住宅小区建设中越来越广泛采用多塔大底盘结构，并且有塔楼越来越多、底盘越来越大的趋势。究其原因主要是：1、考虑住宅配套工程和解决停车的要求，必须建造公共建筑用房和地下停车库，为了提高车库的有效利用率，应尽可能建造多楼共用车道的大型停车库。2、考虑到建筑节能及适宜居住的要求，单位住宅楼不宜体量太大，楼与楼之间应保持适当的间距。3、考虑到居民区综合配套功能的需求和周边环境绿化、美化的要求，城镇住宅建设已逐步由单位楼建造过度到小区连片开发，使多塔大底盘结构的商住楼具有较大的存在和发展空间。本人工作近9年期间单独设计完成了多种结构类型的多塔大底盘结构，包括框架结构、抗震墙结构、短肢剪力墙结构、框架-抗震墙结构等等。下面就其中一个工程实例谈谈多塔大底盘结构的设计体会。
　　本工程位于广东省中山市三乡镇金涌大道北侧较为成熟的中高档住宅规划区域，结构型式为框架--剪力墙体系。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，场地类别为III类，基本风压为Wo=0.7kN/m2，地面粗糙度为B类，建筑结构安全等级为二类，结构重要性系数为1，抗震重要性类别为丙类。建筑面积约为96000 m2，由整体相连的超长地下室组成的富有特色的高层建筑群。大底盘地下室主要功能为地下停车库及配电间、水泵房等辅助用房，上部结构由5栋18层高级中大户型住宅塔楼组成，建筑物总高度为55米，结构型式为框架--剪力墙体系，整体属于复杂高层结构体系。采用中国建筑科学研究院编制的“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件－SATWE（2008版）”进行结构整体计算分析；在SATWE总信息结构体系中必须选择复杂高层建筑，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%（有效质量系数），考虑扭转藕联振动计算。
　　一、 基础和大底盘地下室的结构设计
　　本工程采用锤击贯入法施工的PHC高强预应力混凝土管桩基础，桩径D=500mm,并以（3-3）强风化花岗岩岩石层为桩端持力层，要求桩端进入持力层不少于1D，桩长约30米左右。由于地勘资料显示（3-3）区域上全风化花岗岩含大量强风化岩碎块，存在中或微风化花岗岩孤石可能性极大，孤石在水平方向分布无规律，垂直方向呈单体状分布，厚度一般为0.50∽3.8m不等，属于当地区域不良地质现象，因此桩基础施工时应予以注意，要求确保单桩设计承载力及桩身质量。场地地下室底板层以淤泥为主，地基强度较弱，地下室除上部分为住宅外其余单层柱下桩均为抗拔桩，桩基承台之间设地梁纵横连接，同时配以250厚地下室底板，板钢筋双层双向拉通；地下室混凝土挡土外墙250厚。桩基承台、地下室外墙、底板均采用C35补偿收缩性混凝土，抗渗等级为S6。
　　大底盘半地下室底板作为上部多塔的嵌固端，将上部结构与半地下室作为一个整体考虑，半地下室层高3.6米，底部覆土2米，顶部为居民花园及首层住宅，其上部结构突然收进，侧向刚度有剧烈变化，属于竖向不规则结构，因此塔楼与地下室结合部位为结构薄弱层部位，应该加强抗震构造措施。首先在SATWE计算中半地下室上一层多塔楼定义为薄弱层，而且对地下室顶板厚度及配筋均应加强加厚（本工程半地下室顶板厚度取为200厚，板钢筋双层双向拉通，混凝土强度等级为C30），对汽车坡道入口等大开洞边楼板应进行弹性板定义计算。
　　整体相连的大底盘地下室因为建筑上考虑功能使用、防水等因素而未设沉降和伸缩缝，导致本工程地下室长度远远超过了规范允许的范围（本工程地下室长度达160米），因而需要在结构上采取安全合理的技术措施和施工工艺来防止由于结构超长引起的混凝土收缩裂缝、温度应力及沉降差异。本工程地下室主要采用抗收缩后浇带和掺混凝土外加剂相结合的方法，后浇带的位置根据上部塔楼的平面布置，间距在40米左右，宽度设为1000mm，后浇带应在其两侧结构施工完一个月后，采用比相应构件部位混凝土强度等级高一级的微膨胀混凝土进行补浇，后浇带的钢筋不截断，且增设不少于原配钢筋20%的附加钢筋，伸入两侧各1000mm。后浇带在混凝土浇筑施工中应采取二次振捣措施，应加强混凝土养护，特别是前期养护，控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度，以部分抵消混凝土收缩、温度应力和沉降差异对结构的不利影响；为确保地下室大体积混凝土浇筑后的质量，设计还应指出施工技术措施：混凝土原材料应采用低收缩、低水化热水泥(例如粉煤灰水泥等)，采用碎石骨料，采用合理的混凝土配合比;基础底板、混凝土外墙的混凝土加入适量防水剂；同时应严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量。
　　二、 多塔楼的结构设计
　　由于大底盘多塔楼结构的复杂性，在风荷载和地震作用下，结构除产生平动变形以外，还会产生扭转变形，特别是本工程的不对称性，其振动形态更加复杂，扭转效应更加明显。因此设计分别按照大底盘多塔连体和大底盘各塔独立分两次进行计算和分析，并对计算结果进行人工对比，人工内力组合和构件设计。
　　多塔楼结构必须在SATWE中进行多塔结构补充定义，可以用围区方式依次指定各个塔楼的范围，输入各塔楼的起始层号、终止层号和塔号，一般定义塔号根据楼层高低从高到低顺序定义。定义多塔时，不能将同一个构件定义在两个塔内，也不能有些构件不属于任何塔，可以用多塔检查命令检查定义的多塔是否正确。
　　多塔楼结构需要根据结构高度和结构型式确定不同的构件抗震等级和不同的混凝土等级，这些操作可以在特殊构件补充定义中进行。本工程底盘地下室至其上2层为底部加强区定义为二级抗震框架-剪力墙，混凝土强度等级由下至上为C35~C30，3层以上塔楼定义为三级抗震的剪力墙，混凝土强度等级由下至上为C30~C25。为满足上部住宅建筑功能要求的前提下，所有抗震剪力墙墙厚均为200mm，虽未能满足《高规》7.2.2第1款的要求，但是墙体的稳定性验算均符合规范要求,且对某些特殊构件进行了构造加强处理。
　　 本工程在地下室设计中是将各塔楼和底盘综合在一起，作为一个整体结构模型计算分析，进行全楼构件内力和配筋计算后，在分析结果图形和文本显示中将整体计算的有关数据：位移比、层间位移比、层间侧移刚度比、层间受剪承载力、剪重比等等分塔输出，把上部结构的荷载与刚度传给基础进行JCCAD设计。由于使用软件的周期比控制功能仅适用于单塔结构，对于多塔结构，还应把多塔结构切分开按照单塔结构控制扭转周期。本工程根据建筑平面布置分别切分了5个单体，每个单塔在地下室部分保留1~2个柱距，使塔楼与地下室顶交界处作45度向外斜线交于地下室底部的范围内构件保留。
　　最终，对单体计算和整体计算的结果进行了比较分析，位移比、层间侧移刚度比、构件配筋等各项计算参数，分塔计算结果与整体计算分塔输出基本相同，所以在施工图梁板柱平法输入中，上部结构的施工图本工程采用了单体计算数据，分来绘制施工图，使设计图纸更加精简，方便施工。
　　结语
　　多塔大底盘结构有其复杂性，设计过程中应注意分析判断计算软件各种参数的选取，对计算输入结果需要认真分析和比较，计算控制目标参数：1、限制结构的轴压比，保证结构的延性要求，保证墙柱轴压比适中而使结构的经济技术指标是合理可行的。2、限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全，满足剪重比要求。3、控制刚度比，满足规范相应的限值要求。4、限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应，从而使位移比满足要求。5、限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减少扭转对结构产生的不利影响，达到满足周期比的要求。6、控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大,避免结构的失稳倒塌，保证结构合理刚重比。
　　通过多次整体优化调整剪力墙布置的位置，努力使结构体系的整体设计结构的水平、竖向刚度布置和承载力分布合理，尽量避免和努力减少因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位的影响，对于构件中一些特殊部位的结构还需要根据经验加强构造措施， 提高结构各个构件协同工作和整体工作的能力，提高本工程的安全性、抗震性、耐久性和经济性。
　　

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-598264.htm