大底盘多塔楼复杂高层建筑结构设计分析
来源:用户上传
作者:
【摘 要】本文对大底盘多塔楼高层建筑结构体系进行了系统的整理，对大底盘多塔楼高层建筑结构进行了较系统的分析，以便得出一些对工程设计有实际指导意义的结论。
【关键词】大底盘多塔楼高层结构；嵌固端；结构设计
1 前言
大底盘多塔楼高层建筑是将底部几层公共空间设置为大底盘，在上部采用两个或两个以上塔楼作为主体的结构，如果上部塔楼间在某些楼层通过连体(如连廊)相连，则成为大底盘多塔楼连体结构。对于大底盘多塔楼结构，大底盘上两个或多个塔楼时，结构振型复杂，并会产生复杂的扭转振动，如结构布置不当，竖向刚度突变、扭转振动反应及高振型影响将会加剧，而且由于多个塔楼通过底盘或者底盘和连体相互连接，其振动特性、受力性能、破坏形式、分析模型及计算方法要比一般高层建筑复杂得多。
2 大底盘多塔楼高层建筑结构体系概述
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2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:
2.1 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。
2.2 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。
从结构设计的角度来说，对于第一种类型，由于大底盘为塔楼嵌固端，各个塔楼在水平和竖向荷载的作用下可以认为是相互独立的，结构内力分析可以分开进行。在这种情况下上部塔楼的结构设计是常规的，可以不作讨论。在进行结构大底盘部分的内力分析时，必须进行整体计算，但由于塔楼的侧向刚度相对于大底盘的侧向刚度来说比较小，因此，上部单个塔楼的在水平地震力作用下对于离塔楼位置较远的大底盘构件产生的影响很小，所以该种情况下对于大底盘的构件内力可以不考虑由于上部多塔楼的存在而对大底盘产生的复杂影响。鉴于此，高层建筑设计规程中并未把此类结构形式归为复杂高层建筑。同样的，在结构设计中，对于竖向荷载作用下，需要进行整体模型计算，来进行基础等构件的设计，在水平荷载作用下，不需要对整体模型进行多塔楼相互影响的复杂结构分析。
而对于第二种结构类型，由于多塔楼抗侧刚度同大底盘抗侧刚度相差不大，就必须考虑塔楼对于底盘结构整体的影响，若上部存在多个塔楼，则还必须分析水平荷载作用下由于不对称的多塔楼的存在，而引起大底盘产生的结构扭转效应，属平面不规则结构;另外在整体计算的时候，该种结构在大底盘顶层侧向刚度同上一层塔楼比较，必然存在刚度突变的情况，属竖向不规则结构;综合以上几种原因，第二种类型的大底盘多塔楼结构在《高规》中把它列为复杂高层建筑结构。
大底盘多塔楼结构的这两种结构类型根本区别在于上部塔楼是否可以把大底盘顶层楼板作为其嵌固端。《高规》5.3.7条规定，高层建筑结构计算中，当地下室的顶板作为上部塔楼结构的嵌固端时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部塔楼结构楼层侧向刚度的二倍。
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。如此一来该结构就变成了第一种类型的大底盘多塔楼结构，设计比较简单，构造措施也较常规。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，所以基本上这种建筑结构的形式属于第二种大底盘多塔楼结构类型，即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，设计中必须加以仔细计算分析和论证。
3 大底盘顶层楼板不可作为上部多塔楼结构的嵌固层
大底盘多塔楼结构设计工程中，当大底盘顶层不能作为上部多塔楼的嵌固端时，这样，结构在水平地震力和风荷载作用下，各塔楼的受力变形受到大底盘结构各楼层特别是大底盘顶层在平面内的约束，在水平地震作用下不对称大底盘多塔楼结构由于整个结构的不对称性将在水平地震作用下产生明显的扭转作用。
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)和《高规》将大底盘多塔楼结构定义为复杂高层建筑并提出了一些概念性及构造性要求，规范要求多塔结构平面布置尽量对称规则，减少扭转的不利影响，同时要求连接各塔楼的大底盘屋面及大底盘上下楼层应具备足够的平面强度及保证在水平地震作用下各塔楼的协同作用。在实际工程设计中，对于第二类型的大底盘多塔楼高层建筑一般遵循的设计原则有:
3.1 大底盘多塔楼结构在水平荷载的作用下的整体设计事实上就是结构的抗扭设计，对于大底盘多塔楼结构的抗扭设计主要应满足三个方面的要求:
3.1.1 大底盘平面布置应力求规则、刚度均匀，以保证大底盘有足够的抗扭刚度。
3.1.2 各塔楼自身应为一个独立抗扭能力的单塔结构，其各层的抗侧、抗扭刚度自底到顶应连续可靠。
3.1.3 在大底盘顶层至各塔楼底层，层抗扭刚度的突变层，设计时应进行有限元分析并采取适当措施加强。
3.2 大底盘多塔楼高层建筑结构设计控制指标:
3.2.1 结构震动周期和结构扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比。限制周期比就是限制结构的抗扭刚度不能太弱。对于复杂高层建筑结构规范规定结构的这个周期比不应大于0.85。
3.2.2 结构的扭转位移比。限制扭转位移比主要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。
3.2.3 按规范控制结构楼层的层间最大的位移与楼层之比。
3.2.4 由于大底层上部塔楼为层扭转刚度的突变层，应对大底盘层及大底盘上下层竖向构件扭转承载力适当提高。
3.2.5 大底盘多塔楼结构的底盘顶层屋面板为协调各塔楼共同作用的受力构件，在水平荷载下，应考虑其平面内的刚度对各塔楼的约束作用，应采用平板有限元对其进行分析，在平面应力较大的部位进行构造加强。
4 结语
总之，由于目前新建住宅和商业建筑规模越来越大，小区景观设计，绿化用地，公共广场等建设标准也越来越高，这同时也造成了汽车位的紧张，因此出现了很多整体式大底盘地下室(作为地下停车库)、上部多塔楼(住宅或商业)的建筑结构体系来缓解上述的绿地面积要求增多而汽车位日益紧张的矛盾。而且作为停车场使用的地下室近年来呈现出越做越大、上部塔楼的个数越来越多的趋势。这种超长超宽整体式大底盘地下室、上部多塔楼的结构设计问题，是比较复杂的，同时对于施工来说也是具有一定难度的。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-654649.htm
