多塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

多塔結(jié)構(gòu)在計(jì)算分析時(shí)與單塔結(jié)構(gòu)的不同之處主要體現(xiàn)在風(fēng)荷載的計(jì)算、剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)的確定以及合理選取單塔剖分方法等，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)關(guān)注以下一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

一、多塔結(jié)構(gòu)的單塔剖分方法

由于底盤結(jié)構(gòu)的存在，要使各單塔按照“離散模型”計(jì)算的周期比、位移比、內(nèi)力配筋等各項(xiàng)指標(biāo)與其在整體工程中的計(jì)算結(jié)果完全一樣是不太可能的。怎樣剖切底盤范圍構(gòu)件、使得“離散模型”計(jì)算結(jié)果能最發(fā)限度與真實(shí)值接近一直是工程界在探索的問(wèn)題。目前，常用的底盤剖分方法有：①沿塔樓周圍向兩個(gè)方向取地下室層高的二倍范圍內(nèi)的構(gòu)件，這種方法較適用于底盤為地下室，且地下室面積相對(duì)塔樓面積比較大的情形；②45度線剖分法，比較適用于塔樓層數(shù)較多，底盤裙房層數(shù)相對(duì)較少，多塔相對(duì)底盤布置對(duì)稱，即所謂的“典型多塔結(jié)構(gòu)”，工程中大多數(shù)的多塔結(jié)構(gòu)都屬于這種情形；③單獨(dú)將各塔樓從大底盤頂部取出，在底部嵌固；底盤結(jié)構(gòu)也進(jìn)行周期比驗(yàn)算，驗(yàn)算時(shí)將各塔樓質(zhì)量加在底盤頂相應(yīng)位置，這種剖分方法比較適合于大底盤層數(shù)較多的“非典型多塔結(jié)構(gòu)”或大底盤按嵌固設(shè)計(jì)時(shí)的情形。

二、裙房層數(shù)設(shè)置

從地震災(zāi)害調(diào)查結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：多塔結(jié)構(gòu)塔樓部分底部與底盤頂層連接部位，立面縮進(jìn)較大，造成樓層剛度突變，在地震作用下，這些部位往往成為薄弱環(huán)節(jié)，破壞比較嚴(yán)重；地震作用時(shí)各塔樓各自震動(dòng)，單都通過(guò)底盤共同作用，相互影響，此時(shí)底盤連接各塔部分受力通常比較復(fù)雜，因此《高規(guī)》10.6.3條中規(guī)定：底盤屋面樓板厚度不宜小于150mm，并因加強(qiáng)配筋構(gòu)造；底盤屋面上、下層結(jié)構(gòu)的樓板也應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施。當(dāng)?shù)妆P屋面為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層時(shí)，應(yīng)符合《高規(guī)》10.2.20條的規(guī)定，該條內(nèi)容主要是對(duì)樓板厚度與配筋的構(gòu)造要求。

《高規(guī)》10.6.4條還規(guī)定：抗震設(shè)計(jì)時(shí)多塔樓之間裙房連接體的屋面梁應(yīng)加強(qiáng)；塔樓中與裙房連接體相鄰的外圍柱、剪力墻，從固定端到裙房屋面上一層的高度范圍內(nèi)，柱縱向鋼筋的最小配筋率宜適當(dāng)提高，柱箍筋宜在裙房屋面上、下層的范圍內(nèi)全高加密，剪力墻宜按《高規(guī)》7.2.16條的規(guī)定設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

基于以上規(guī)定，設(shè)計(jì)人員須在設(shè)計(jì)總信息項(xiàng)中正確填寫裙房層數(shù)（注意裙房層數(shù)指的是自然層的總數(shù)，含地下室層數(shù)），以便程序根據(jù)該參數(shù)值自動(dòng)找出裙房頂層，確定裙房上一層到底部固定端范圍為剪力墻加強(qiáng)高度，同時(shí)與按規(guī)范規(guī)定的剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)高度比較取大值，普通剪力墻結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)區(qū)規(guī)范取法為：墻肢總高度的1/8和底部?jī)蓪痈叨榷叩妮^大值，且不大于15m，當(dāng)各塔剪力墻高度不同時(shí)，取最大墻肢總高度計(jì)算；除剪力墻以外需加強(qiáng)的梁、柱構(gòu)件，程序尚未自動(dòng)采取加強(qiáng)措施，需由設(shè)計(jì)人員自行完成。

對(duì)于底盤樓層數(shù)很多、上部單塔高度不大的非典型多塔結(jié)構(gòu)，此時(shí)若輸入較高的裙房樓層號(hào)，會(huì)出現(xiàn)剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)過(guò)高的不合理現(xiàn)象，可輸入0由程序按規(guī)范計(jì)算剪力墻加強(qiáng)區(qū)高度，再對(duì)受力復(fù)雜的大底盤頂連接層及上、下一層結(jié)構(gòu)構(gòu)件做人為的加強(qiáng)調(diào)整。

三、多塔結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載定義

1.多塔結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算的特殊性與多塔定義必要性

按普通層模型建立的整體結(jié)構(gòu)如不進(jìn)行多塔補(bǔ)充定義，程序?qū)磫嗡Y(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算與配筋設(shè)計(jì)，和實(shí)際情況相比風(fēng)荷載會(huì)造成較大的偏差，因此，普通層模型多塔結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行多塔特殊補(bǔ)充定義，軟件才能準(zhǔn)確計(jì)算各塔的風(fēng)荷載值。需說(shuō)明的是盡管定義多塔信息與否對(duì)于結(jié)構(gòu)的恒載、活載、地震工況內(nèi)力計(jì)算影響不大，但是有了多塔信息以后，軟件可以按單塔分別輸出各項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)，方便核查計(jì)算結(jié)果。

2.多塔結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載遮擋定義

當(dāng)塔樓相隔很近時(shí)，尤其是對(duì)于設(shè)縫多塔結(jié)構(gòu)，計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)需考慮各塔之間的相互遮擋作用。通過(guò)指定各單塔的背風(fēng)面為遮擋面，程序在風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)自動(dòng)扣減背風(fēng)面的風(fēng)荷載值。遮擋定義方式與多塔定義方式基本類似，每個(gè)塔可以同時(shí)有幾個(gè)遮擋面。由于遮擋造成的風(fēng)荷載扣減值通過(guò)“設(shè)縫多塔背風(fēng)面體型系數(shù)”參數(shù)來(lái)指定，比如縫隙很小的矩形單塔該值可取軟件默認(rèn)值0.5設(shè)計(jì)人員可按工程實(shí)際情況調(diào)整輸入，填0表示沒(méi)有遮擋作用。由于有的工程“縫”兩邊塔樓高度、寬度不盡相同，在進(jìn)行遮擋定義時(shí)需正確圈選遮擋部分的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格，并輸入遮擋面相應(yīng)的樓層起至層號(hào)，遮擋定義可多次操作，并通過(guò)“多塔平面”的“遮擋顯示”進(jìn)行檢查。如果多個(gè)遮擋部位的體型系數(shù)扣減值不同，須偏于安全的統(tǒng)一取小值。

廣義層多塔模型目前暫不支持風(fēng)荷載遮擋定義，程序自動(dòng)計(jì)算的風(fēng)荷載值會(huì)比實(shí)際情況大一些。

3.裙房效應(yīng)與多塔結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算

《荷載規(guī)范》7.3.2條規(guī)定：當(dāng)多個(gè)建筑物特別是群集的建筑物，相互間距較近時(shí)，宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)；一般可將單獨(dú)建筑物的體型系數(shù)μs乘以相互干擾增大系數(shù)，該系數(shù)可參考類似條件的實(shí)驗(yàn)資料確定；必要時(shí)宜通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得出。

根據(jù)國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究，當(dāng)相鄰建筑物的間距小于3.5倍的迎風(fēng)面寬度且兩棟建筑物中心線與風(fēng)向成45度時(shí)，裙樓效應(yīng)比較明顯，其相互干擾增大系數(shù)一般為1.25-1.5，最大可達(dá)到1.8。多塔結(jié)構(gòu)中各單塔的平面布置往往間距比較近，需要考慮此群體效應(yīng)，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)塔樓平、立面布置情況，建筑物重要性，風(fēng)玫瑰圖，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果等因素綜合確定該放大系數(shù)。計(jì)算時(shí)可將多塔結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)分段，大體盤以上塔樓部分的體型系數(shù)μs用修正后的體型系數(shù)μsm替換。

四、分段、分塔0.2Q0調(diào)整

《高規(guī)》對(duì)框剪結(jié)構(gòu)中框架部分設(shè)計(jì)總剪力的要求：在設(shè)計(jì)階段框架部分由于剛性較小，所承擔(dān)的地震力比較小，若按彈性分析得到剪力結(jié)果直接對(duì)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，有可能滿足不了抗震設(shè)計(jì)中需將框架作為第二道防線的要求。因此要求框架部分的設(shè)計(jì)剪力不能過(guò)小，限制各層的框架部分總剪力：Vf≥min（0.2V0，1.5Vmax）。

對(duì)框架柱數(shù)量從下至上分段有規(guī)律變化的結(jié)構(gòu)，V0應(yīng)取每段最下一層結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的總剪力；Vmax應(yīng)取每段中對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值且未經(jīng)調(diào)整的各層框架承擔(dān)的地震剪力中的最大值。對(duì)于多塔結(jié)構(gòu)，若塔樓各層均按底層的V0與框架部分的剪力計(jì)算Vmax，用來(lái)調(diào)整Vf，通常會(huì)過(guò)于保守。

08版PKPM設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“一模多算”效果，即TAT、SATWE、PMSAP三個(gè)計(jì)算模塊，可共用前處理數(shù)據(jù)，包括參數(shù)定義、特殊構(gòu)件定義、多塔定義、特殊荷載定義。不過(guò)在0.2 Q0調(diào)整方面，TAT軟件與SATWE、PMSAP軟件略有不同，可通過(guò)人工指定的方式實(shí)現(xiàn)更細(xì)化的分段調(diào)整功能，對(duì)于每段取本段起始層底部的剪力作為調(diào)整基數(shù)，實(shí)現(xiàn)了《高規(guī)》8.1.4條的要求，對(duì)于普通層模型建模的多塔結(jié)構(gòu)在TAT補(bǔ)充參數(shù)菜單中分開輸入，各段起止層號(hào)，程序可根據(jù)指定的分段參數(shù)計(jì)算各塔各段各層的調(diào)整系數(shù)。

五、柱、墻設(shè)計(jì)時(shí)活荷載折剪系數(shù)

08版PKPM設(shè)計(jì)軟件能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出各層每根柱上的真實(shí)層數(shù)，從而解決了舊版本中對(duì)多塔結(jié)構(gòu)的裙房部分柱墻設(shè)計(jì)活荷載折減不準(zhǔn)確的問(wèn)題。PMCAD在執(zhí)行一次樓面荷載導(dǎo)算后，在命令欄中鍵入“PM3JSHOW”命令即可顯示第一層各柱計(jì)算截面以上的樓層數(shù)，而且每根柱的活荷載折減系數(shù)載各層配筋文件中也有輸出。

六、計(jì)算振型數(shù)的選取

《高規(guī)》5.1.13條及《抗震規(guī)范》5.2.2條條文說(shuō)明，提出了用振型參與質(zhì)量系數(shù)來(lái)判斷參與振型數(shù)是否足夠的方法，即選定振型個(gè)數(shù)的振型參與質(zhì)量之和與總質(zhì)量之比即為振型參與質(zhì)量系數(shù)，對(duì)于多塔結(jié)構(gòu)該值不應(yīng)小于90%，規(guī)范明確多塔結(jié)構(gòu)的最小計(jì)算振型數(shù)為“塔數(shù)X9”，而多塔結(jié)構(gòu)整體模型考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)計(jì)算地震作用效應(yīng)時(shí)需要的振型數(shù)比較多，不夠時(shí)建議以3的倍數(shù)遞增，不斷試算，直至滿足規(guī)范要求。

對(duì)于大型的多塔工程，所需要的計(jì)算時(shí)間往往很長(zhǎng)，可采取“二分法”來(lái)快速取得較合適的計(jì)算振型數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

七、廣義層多塔模型模擬施工3和施工順序定義

08版SATWE軟件支持恒荷載活荷載的計(jì)算“模擬施工3”的計(jì)算方式，即按施工順序分層計(jì)算結(jié)構(gòu)總剛，分層模擬加載計(jì)算；采用模擬施工3計(jì)算對(duì)于廣義層多塔模型需要在SATWE軟件中定義合適的施工順序，以符合工程實(shí)際施工情況。