淺議高層多塔住宅嵌固端的合理選取

摘 要：近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，推動了建筑業(yè)的發(fā)展，各類建筑工程項(xiàng)目與日俱增，由于受建筑用地短缺的影響，高層住宅日益增多。多塔式住宅是高層建筑中較為常見的一種結(jié)構(gòu)形式，其嵌固端的合理選取對于確保住宅結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性尤為重要。基于此點(diǎn)，本文首先分析了高層多塔式建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的作用，并在此基礎(chǔ)上提出高層多塔式住宅嵌固端的合理選取及優(yōu)化途徑。

關(guān)鍵詞：高層建筑 多塔體系結(jié)構(gòu) 嵌固端

中圖分類號：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0049-02

高層多塔住宅建筑嵌固端是指上部結(jié)構(gòu)的底部嵌固部位，嵌固端的確定主要通過調(diào)整承載力和剛度，迫使塑性鉸在預(yù)期部位出現(xiàn)，且能夠承受上部結(jié)構(gòu)在該處屈服超強(qiáng)引起的極限彎矩和出現(xiàn)塑性鉸時最大剪力以及相應(yīng)最大或最小軸向力。高層多塔住宅建筑必須合理選取和優(yōu)化嵌固端，以此保證地基基礎(chǔ)具備較強(qiáng)承載力，防止建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滑移和轉(zhuǎn)動，確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計形成穩(wěn)定的體系，有效預(yù)防建筑傾覆或較大的差異沉降。多塔高層嵌固端的合理選取對結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟(jì)性都有較大的影響。

1 高層多塔式建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的作用分析

隨著高層建筑的迅猛發(fā)展，建筑高度也隨之增加，使得因風(fēng)載荷或地震作用而產(chǎn)生的水平載荷對高層多塔住宅建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移影響逐步加大。而合理確定基礎(chǔ)埋置深度，是滿足高層多塔住宅地基承載力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求的前提，以此有效減少由于地基沉降和不均勻沉降所造成的建筑整體傾斜，防止水平載荷使建筑物產(chǎn)生傾斜和滑移，增強(qiáng)抗震能力。基礎(chǔ)埋深的確定直接影響高層多塔住宅建筑的基礎(chǔ)設(shè)計選型，所以必須將其作為基礎(chǔ)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保地基的可靠性。加之，基礎(chǔ)埋深會影響建筑結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)性質(zhì)和靜力反應(yīng)性質(zhì)，因此必須在保證高層多塔住宅建筑結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，兼顧技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素選擇合理的基礎(chǔ)埋置深度。

在高層多塔住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，合理選取和優(yōu)化嵌固端有利于保證地基基礎(chǔ)的承載力、剛度、抗轉(zhuǎn)動能力和抗滑移能力，構(gòu)建穩(wěn)定的高層多塔住宅建筑結(jié)構(gòu)，對于防止差異沉降和傾覆具有重要意義。在高層多塔住宅建筑的抗震設(shè)防中，正確選取結(jié)構(gòu)嵌固端是建筑結(jié)構(gòu)計算模式的重要假定，直接影響到結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件內(nèi)力分配的準(zhǔn)確性，以及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移的真實(shí)性和結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性。尤其對于上部結(jié)構(gòu)嵌固而言，其在基礎(chǔ)或地下室部位的選擇，會對結(jié)構(gòu)計算中彎矩大小、配筋用量等問題產(chǎn)生重大影響。一般情況下，高層多塔住宅建筑帶有二層或二層以上的地下室，嵌固端既可以選擇地下室頂板位置，也可以地下室基礎(chǔ)位置。然而在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員往往忽視了嵌固端的設(shè)置問題，埋下了建筑結(jié)構(gòu)安全隱患。如，嵌固端上下層剛度比的限制和抗震等級的一致性、嵌固端樓板的設(shè)計、嵌固端在結(jié)構(gòu)計算時的設(shè)置、嵌固端位置與結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置的協(xié)調(diào)性等問題，這些問題的忽視會大量增加后期結(jié)構(gòu)的分析計算量和設(shè)計工作的修改量。因此，在高層多塔住宅建筑的抗震設(shè)計中，必須解決好嵌固端的選取和優(yōu)化問題，積極采取有效的技術(shù)措施，提高高層多塔住宅建筑結(jié)構(gòu)的可靠性。

2 高層多塔式住宅嵌固端的合理選取及優(yōu)化途徑

（1）高層多塔式住宅結(jié)構(gòu)嵌固端選取原則。

①工程所在地的地質(zhì)和水文條件。高層多塔式住宅嵌固端的選取與基礎(chǔ)設(shè)計有著非常密切的關(guān)系，而工程所在地的地質(zhì)和水文條件是基礎(chǔ)設(shè)計的主要影響因素，鑒于此，其必然會對嵌固端的選取產(chǎn)生一定程度的影響，所以，在實(shí)際工程中，對結(jié)構(gòu)嵌固端進(jìn)行選取時，應(yīng)當(dāng)充分考慮工程所在地地基土地的性質(zhì)，這對于嵌固端的合理選取尤為重要。

例如，某多塔式高層建筑為商住兩用，最初設(shè)計時，決定將樁基礎(chǔ)頂面作為嵌固端，后經(jīng)多方面綜合分析發(fā)現(xiàn)，若是以樁基礎(chǔ)頂面作為嵌固端雖然便于施工，但是工程造價相對較高。設(shè)計人員提出可將地下室結(jié)構(gòu)頂板作為嵌固端，這樣不但能夠使計算模型得以簡化，而且結(jié)構(gòu)的傳力途徑也更加直接和明確，同時還能夠解決各個塔樓可能存在的質(zhì)量與剛度分布不均勻的缺陷。此外，地上的多塔樓可按照多、高層建筑進(jìn)行考慮，不需要作為復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，這使得構(gòu)造過程得以簡化，有助于工程整體造價的降低。

②地基基礎(chǔ)的實(shí)際埋深深度。就高層住宅建筑結(jié)構(gòu)而言，在合理選取嵌固端的過程中，勢必會涉及到建筑地基基礎(chǔ)的埋深深度問題。嵌固端部位應(yīng)當(dāng)在符合地基基礎(chǔ)有效埋深深度或是可靠埋深深度的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理選取，嵌固端的位置應(yīng)當(dāng)在基礎(chǔ)頂面或是高于頂面的位置上，而對于帶有地下室結(jié)構(gòu)的高層建筑來講，地基基礎(chǔ)的埋深深度直接決定了地下室的具體層數(shù)，嵌固端可按照具體要求選在某一層頂板或是底板的位置上。

③基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式不同，嵌固端選取的重點(diǎn)和位置也有所不同，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計算模型也不相同。

④首層樓面荷載。高層建筑的地下室頂板常被作為結(jié)構(gòu)嵌固端的首層樓面，在正常使用條件下，其所承受的活荷載通常較小，即便是商用的高層建筑，其活荷載也不超過3.5 kN/m2，但需要注意的是，結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中必須充分考慮施工荷載。

（2）多塔式高層住宅嵌固端的優(yōu)化措施。

目前，按照建筑功能、區(qū)域規(guī)劃以及現(xiàn)場環(huán)境等方面需要，大底盤多塔式高層住宅越來越多，而隨著該結(jié)構(gòu)形式住宅的增多，與之相關(guān)的技術(shù)問題也隨之突顯。對于塔樓的嵌固端，可選取在底盤的頂板處，具體優(yōu)化措施如下。

①通常情況下，為了確保轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度基本一致，需要在大底盤的部分增設(shè)新的剪力墻。由于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算軟件日趨完善，為此，多塔式住宅能夠?qū)崿F(xiàn)以整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算。

②就大底盤地下室上部的多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，由于結(jié)構(gòu)本身為大底盤，故此其上部結(jié)構(gòu)無需按照多塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，但是對于地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計則應(yīng)當(dāng)充分考慮上部多塔對其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。這主要是因?yàn)榈叵率医Y(jié)構(gòu)連為整體且地上結(jié)構(gòu)分為若干個獨(dú)立結(jié)構(gòu)時，地上結(jié)構(gòu)與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中規(guī)定的多塔式結(jié)構(gòu)不符。為此，在設(shè)計地下室時，必須考慮地上多個獨(dú)立塔樓的重力荷載、高度以及結(jié)構(gòu)類型，并采用多塔模型進(jìn)行相應(yīng)的靜力計算分析。

③在對大底盤多塔式住宅進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)重視概念設(shè)計，如果在條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)對地面以上的裙房建筑進(jìn)行分縫處理，這樣可以使各個單體結(jié)構(gòu)的體型變得更加簡單，傳力也更為直接。同時，在計算結(jié)構(gòu)的位移比時，應(yīng)當(dāng)注意程序的輸出結(jié)果并一定是真實(shí)情況，所以應(yīng)當(dāng)按照規(guī)程的要求對位移比進(jìn)行重新計算，并選取塔樓最大位移點(diǎn)對應(yīng)裙房的位置值進(jìn)行單塔復(fù)核計算。除此之外，還應(yīng)注意程序有時會將質(zhì)心的位移確定為平均位移，這種情況并不適用于對稱性較差的多塔式住宅結(jié)構(gòu)，為此，實(shí)際工程中也應(yīng)當(dāng)采取單塔復(fù)核計算的方式進(jìn)行復(fù)核。

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