大底盤(pán)多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

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當(dāng)今高層建筑正日益向多功能方向發(fā)展，為滿足建筑體型多樣化和建筑多功能要求，近年來(lái)涌現(xiàn)出大量體型復(fù)雜的高層建筑，其中大底盤(pán)多塔樓就是很典型的一類。大底盤(pán)多塔樓高層建筑是將底部幾層公共空間設(shè)置為大底盤(pán)，在上部采用兩個(gè)或兩個(gè)以上塔樓作為主體的結(jié)構(gòu)。如果上部塔樓間在某些樓層通過(guò)連體（如連廊）相連，則成為大底盤(pán)多塔樓連體結(jié)構(gòu)。對(duì)于大底盤(pán)多塔樓結(jié)構(gòu)，大底盤(pán)上兩個(gè)或多個(gè)塔樓時(shí)，結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，并會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，如結(jié)構(gòu)布置不當(dāng)，豎向剛度突變、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)反應(yīng)及高振型影響將會(huì)加劇，而且由于多個(gè)塔樓通過(guò)底盤(pán)或者底盤(pán)和連體相互連接，其振動(dòng)特性、受力性能、破壞形式、分析模型及計(jì)算方法要比一般高層建筑復(fù)雜得多。

　　一、大底盤(pán)多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)體系的概述

　　大底盤(pán)多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)體系的主要特點(diǎn)是:在多棟獨(dú)立的高層建筑底部有一個(gè)練成整體的大裙房，即形成了大底盤(pán)。大底盤(pán)多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)在大底盤(pán)上一層突然收進(jìn)，屬豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)；大底盤(pán)上有2個(gè)或多個(gè)塔樓時(shí)，結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，并會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，因此如果結(jié)構(gòu)布置不當(dāng)，豎向剛度突變，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)反應(yīng)及高振型影響將會(huì)加劇。在實(shí)際工程的設(shè)計(jì)中，總的來(lái)說(shuō)，大底盤(pán)多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為大底盤(pán)結(jié)構(gòu)頂層樓板可作為上部多塔樓的嵌固端。通常帶地下停車(chē)位的住宅小區(qū)基本屬于該種類型。

　　從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，由于大底盤(pán)為塔樓嵌固端，各個(gè)塔樓在水平和豎向荷載的作用下可以認(rèn)為是相互獨(dú)立的，結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析可以分開(kāi)進(jìn)行。在這種情況下上部塔樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是常規(guī)的，可以不作討論。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)大底盤(pán)部分的內(nèi)力分析時(shí)，必須進(jìn)行整體計(jì)算，但由于塔樓的側(cè)向剛度相對(duì)于大底盤(pán)的側(cè)向剛度來(lái)說(shuō)比較小，因此，上部單個(gè)塔樓的在水平地震力作用下對(duì)于離塔樓位置較遠(yuǎn)的大底盤(pán)構(gòu)件產(chǎn)生的影響很小，所以該種情況下對(duì)于大底盤(pán)的構(gòu)件內(nèi)力可以不考慮由于上部多塔樓的存在而對(duì)大底盤(pán)產(chǎn)生的復(fù)雜影響。鑒于此，高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)程中并未把此類結(jié)構(gòu)形式歸為復(fù)雜高層建筑。同樣的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于豎向荷載作用下，需要進(jìn)行整體模型計(jì)算，來(lái)進(jìn)行基礎(chǔ)等構(gòu)件的設(shè)計(jì)，在水平荷載作用下，不需要對(duì)整體模型進(jìn)行多塔樓相互影響的復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析。

　　二、大底盤(pán)頂層樓板可作為上部多塔樓結(jié)構(gòu)的嵌固端

　　結(jié)合一個(gè)工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程中的問(wèn)題。某住宅小區(qū)，地下二層為人防地下車(chē)庫(kù)，地下一層為自行車(chē)庫(kù)，地上為四棟11層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度6度，地震力加速度0.05g，場(chǎng)地類別Ⅳ類，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)丙級(jí)，短肢墻抗震等級(jí)三級(jí)，框架抗震等級(jí)四級(jí)。由于該高層住宅的地下室抗側(cè)剛度較大，為典型的大底盤(pán)多塔樓結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期，作為先決條件，首先應(yīng)先進(jìn)行多塔樓的嵌固端部位的判斷，大底盤(pán)地下室部分的豎向構(gòu)件范圍選取為從大底盤(pán)頂層向外擴(kuò)大底盤(pán)一層層高范圍的區(qū)域。計(jì)算應(yīng)用中國(guó)建筑科學(xué)研究院的有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件SATWE進(jìn)行分析計(jì)算，經(jīng)計(jì)算得出大底盤(pán)層各方向的抗側(cè)剛度為RJX=2.7828E+07（kN/m），RJY=7.5515E+06（kN/m），上部塔樓一層各方向的抗側(cè)剛度RJX=3.5976E+06（kN/m），RJY=2.6336E+06（kN/m），兩者比較得知大底盤(pán)層的抗側(cè)剛度比上部塔樓一層的抗側(cè)剛度大一倍以上，因此可以把大底盤(pán)頂層樓板作為上部多塔樓結(jié)構(gòu)的嵌固端。

　　為了更加清晰的說(shuō)明該種類型的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中先可以單獨(dú)把塔樓取出，按單塔模型進(jìn)行水平力下的結(jié)構(gòu)抗側(cè)設(shè)計(jì)，然后我們對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體建模，并應(yīng)用SATWE程序?qū)ι喜慷嗨沁M(jìn)行多塔定義，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)的震動(dòng)特性分析。

　　計(jì)算為單獨(dú)塔樓模型時(shí)可計(jì)算得的振動(dòng)周期為:T1=1.6154，平動(dòng)系數(shù)1.00（0.00+1.00），轉(zhuǎn)角90.20；T2=1.3810，平動(dòng)系數(shù)0.59（0.59+0.00），轉(zhuǎn)角0.99；T3=1.2555，平動(dòng)系數(shù)0.41（0.41+0.00），轉(zhuǎn)角179.08。

　　將各棟塔樓全部輸入的整體建模時(shí)，經(jīng)過(guò)對(duì)振型的分析觀察，發(fā)現(xiàn)，2號(hào)樓振動(dòng)是第一，第四，第七個(gè)振型，計(jì)算所得的振動(dòng)周期分別為:Tl=1.5559，平動(dòng)系數(shù)1.00（0.00+1.00），轉(zhuǎn)角89.85；T2=1.3375，平動(dòng)系數(shù)0.65（0.65+0.00），轉(zhuǎn)角0.12；T3=1.2319，平動(dòng)系數(shù)0.35（0.35+0.00），轉(zhuǎn)角179.36。

　　比較上述兩種計(jì)算模型的周期特性計(jì)算結(jié)果，可以看出2號(hào)樓在兩種計(jì)算模型下各振型的周期長(zhǎng)度，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)狀況非常接近，即是否為單塔樓模型輸入或多塔樓的整體模型輸入對(duì)于各棟塔樓本身來(lái)說(shuō)其振動(dòng)特性基本是一致的。另外，從整體模型的震型的震動(dòng)中，我們也可以發(fā)現(xiàn)，在大底盤(pán)層，遠(yuǎn)離塔樓的結(jié)構(gòu)構(gòu)件振動(dòng)幅度很微小。也就是說(shuō)，水平力作用下，塔樓對(duì)大底盤(pán)層遠(yuǎn)離塔樓處的構(gòu)件影響很小。因此，我們可以得出結(jié)論，在滿足大底盤(pán)頂層為上部塔樓嵌固層的條件下，各塔樓是可以拆開(kāi)分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，這樣的計(jì)算假定和簡(jiǎn)化是符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況的，其計(jì)算結(jié)果也是可用于后續(xù)工程設(shè)計(jì)的。另外，為了保證大底盤(pán)頂層樓板的嵌固功能，必須保證大底盤(pán)頂層平面內(nèi)具有足夠的剛度，根據(jù)《高規(guī)》4.8.5條和4.5.5條的規(guī)定，采用的構(gòu)造加強(qiáng)措施有:大底盤(pán)頂層樓板結(jié)合人防要求，板厚取為300mm厚，且板配筋雙層雙向拉通設(shè)置，配筋率不小于0.3%；另外落地的剪力墻配筋除應(yīng)符合計(jì)算要求外，還應(yīng)比對(duì)應(yīng)部位上部短肢剪力墻的配筋大1.1倍以上。 三、結(jié)論

　　首先對(duì)大底盤(pán)多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了系統(tǒng)的整理，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)大底盤(pán)多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較系統(tǒng)的分析，得到了如下對(duì)工程設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值的結(jié)論:大底盤(pán)頂層樓板可作為上部多塔樓的嵌固層時(shí)，屬一般的高層建筑結(jié)構(gòu)，塔樓對(duì)大底盤(pán)層遠(yuǎn)離塔樓處的影響很小，滿足一定的構(gòu)造要求時(shí)上部各塔樓可拆開(kāi)分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算與分析，這樣的簡(jiǎn)化符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]JGJ3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

　　[2]吳劍輝，基于模態(tài)原理的多塔樓結(jié)構(gòu)體系振動(dòng)分析研究[博士學(xué)位論文].

　　北京:中國(guó)建筑科學(xué)研究院.