多棟樓大底盤(pán)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

張華　李文華

摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，住宅建筑逐漸轉(zhuǎn)向小區(qū)式發(fā)展，通常整個(gè)小區(qū)為多棟高層或小高層建筑，在地下通過(guò)一層或兩層地下車(chē)庫(kù)連為整體構(gòu)成大底盤(pán)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式不屬于大底盤(pán)多塔樓結(jié)構(gòu)，但是比一般高層建筑結(jié)構(gòu)要復(fù)雜。文章以具體工程為例，對(duì)這類(lèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題做了研究和分析：結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置、結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的建立和計(jì)算結(jié)果分析、大底盤(pán)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，得出相關(guān)結(jié)論：多棟樓大底盤(pán)結(jié)構(gòu)的高層住宅小區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)結(jié)合建筑功能分區(qū)合理設(shè)置結(jié)構(gòu)縫和確定結(jié)構(gòu)嵌固端，使結(jié)構(gòu)布置更加合理，有利于抗震。其次，要建立合理的計(jì)算模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，通常采用采用整體和分散兩種計(jì)算模型進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，取最不利的結(jié)果。大底盤(pán)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)解決高層主樓與地下車(chē)庫(kù)之間的沉降差異、地下車(chē)庫(kù)的抗浮等問(wèn)題。解決了大底盤(pán)地下車(chē)庫(kù)高層住宅小區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)重要的技術(shù)問(wèn)題，可為以后同類(lèi)型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞 大底盤(pán)地下車(chē)庫(kù)；結(jié)構(gòu)縫；計(jì)算模型；包絡(luò)設(shè)計(jì)；沉降差異

中圖分類(lèi)號(hào)：TU973.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）14-0132-03

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，房地產(chǎn)行業(yè)迅速發(fā)展，城市用地日趨緊張，人們對(duì)建筑體型多樣化和建筑多功能的要求不斷提高。在多高層住宅小區(qū)建設(shè)中，僅由地下車(chē)庫(kù)和上部住宅塔樓組成的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用最為廣泛的，即整個(gè)小區(qū)為多棟高層或小高層建筑，僅在地下通過(guò)一層或兩層地下車(chē)庫(kù)連為整體構(gòu)成大底盤(pán)結(jié)構(gòu)。大底盤(pán)地下車(chē)庫(kù)在住宅小區(qū)建設(shè)中越來(lái)越多地被采用，首先，作為住宅的配套設(shè)施，車(chē)庫(kù)必不可少，大底盤(pán)地下室能夠增加車(chē)位，滿足車(chē)庫(kù)和公共車(chē)道的使用要求。其次，大底盤(pán)地下室的上部可以做景觀和綠化，下面做車(chē)庫(kù)，在滿足建筑綠化率的同時(shí)，充分利用了規(guī)劃面積。

多棟樓大底盤(pán)結(jié)構(gòu)的住宅小區(qū)能夠滿足新型住宅小區(qū)建筑設(shè)計(jì)的要求，但對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，如何進(jìn)行此類(lèi)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)，既能滿足現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范，又能滿足建筑功能要求，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第2.1.5條及條文說(shuō)明規(guī)定：“多塔樓結(jié)構(gòu)”指未通過(guò)結(jié)構(gòu)縫分開(kāi)的裙樓或大底盤(pán)上部有兩個(gè)或兩個(gè)以上塔樓的結(jié)構(gòu)，它的顯著特點(diǎn)是，地上部分應(yīng)有裙房，裙房將各塔樓連為一體。這就說(shuō)明這種僅地下室連為整體的結(jié)構(gòu)，不屬于大底盤(pán)多塔樓結(jié)構(gòu)形式，可不認(rèn)定為《高規(guī)》10.6節(jié)規(guī)定的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但是比一般的高層建筑結(jié)構(gòu)要復(fù)雜，本文將重點(diǎn)對(duì)這一類(lèi)大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行研究分析，以具體工程為例，研究解決以下幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)題：①結(jié)構(gòu)嵌固端的確定；②結(jié)構(gòu)建模及計(jì)算結(jié)果分析；③大底盤(pán)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 工程實(shí)例

xxx國(guó)際廣場(chǎng)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，是一個(gè)集商業(yè)、寫(xiě)字樓、住宅、休閑、酒店為一體的大型商住小區(qū)，地上部分為6棟12層住宅，高度均為34.400 m，由地下一層的大底盤(pán)車(chē)庫(kù)連為一體，總建筑面積56293 m2，大底盤(pán)地下一層面積16296 m2。抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為O.05 g，場(chǎng)地類(lèi)別II類(lèi)，主體部分為剪力墻結(jié)構(gòu)，地下車(chē)庫(kù)及裙房為框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為四級(jí)，框架抗震等級(jí)為四級(jí)。xxx國(guó)際廣場(chǎng)平圖如圖1。

2 結(jié)構(gòu)嵌固端的確定

帶大底盤(pán)地下室的多棟樓在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該確定嵌固端所在的位置。如果能把地下室頂板作為結(jié)構(gòu)的嵌固端，將會(huì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，明確結(jié)構(gòu)的傳力途徑，解決整體建模時(shí)結(jié)構(gòu)體系存在各塔樓質(zhì)量偏心和剛度不均勻的問(wèn)題。同時(shí)，嵌固端的位置也直接影響工程造價(jià)。

xxx國(guó)際廣場(chǎng)，各層平面布置圖如圖3～5。地下一層平面尺寸210 m×77 m，主要為地下車(chē)庫(kù)及公共車(chē)道，地上1～2層各主樓之間有兩層裙房，三層以上為各棟高層的主體部分。由于車(chē)庫(kù)僅布置在地下一層，地上1～2層（帶裙房）平面不規(guī)則，面積小，開(kāi)有大洞口，不能作為上部六個(gè)塔樓的大底盤(pán)。為了使簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)計(jì)算，在地上1～2層設(shè)置伸縮縫，把整個(gè)建筑切分成規(guī)則的8個(gè)單體。這種布置可以避免形成《高規(guī)》10.6節(jié)規(guī)定的復(fù)雜多塔結(jié)構(gòu)，解決各塔樓之間平面不規(guī)則、塔樓偏置、周期扭轉(zhuǎn)復(fù)雜的問(wèn)題，使地上部分的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)單明確。對(duì)于地下一層，將高層主樓地下室與地下車(chē)庫(kù)連接成整體，不設(shè)置永久性沉降縫或伸縮縫，更有利于抗震和防水。

地下室作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端要滿足以下兩個(gè)條件：①基礎(chǔ)回填土要滿足約束條件，當(dāng)土層水平抗力與結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度比大于5時(shí)，可認(rèn)為地下室部分基本無(wú)側(cè)移，即地下室頂板能夠作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端；②《高規(guī)》5.3.7條規(guī)定：“當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地下一層與首層側(cè)向剛度比不宜小于2”。計(jì)算地下室結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度時(shí)，可考慮地上結(jié)構(gòu)以外的地下室相關(guān)部位的結(jié)構(gòu)，“相關(guān)部位”一般指地上結(jié)構(gòu)外擴(kuò)不超過(guò)三跨的地下室范圍。

由計(jì)算結(jié)果可知，各主樓地下室頂板均可作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端。所以，對(duì)于這種大底盤(pán)多棟樓結(jié)構(gòu)，將地下一層連為整體，各塔樓及裙房地上部分沿縫分開(kāi)，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端，這種結(jié)構(gòu)方案是可行的。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的建立與抗震性能分析

3.1 計(jì)算模型的建立

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第5.1.14條規(guī)定：“對(duì)多塔結(jié)構(gòu)，宜按整體模型和各分塔分開(kāi)的模型分別計(jì)算，并采用較不利的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。當(dāng)塔樓周邊的裙房超過(guò)兩跨時(shí)，分塔樓模型宜至少附帶兩跨的裙樓結(jié)構(gòu)”。這是對(duì)多塔結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的規(guī)定，對(duì)于本文討論的大底盤(pán)地下車(chē)庫(kù)的多棟樓結(jié)構(gòu)，我們?cè)谶M(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，同樣要解決如何建模的問(wèn)題，是將大底盤(pán)和上部塔樓作為一個(gè)整體進(jìn)行計(jì)算，還是將這兩部分分開(kāi)計(jì)算，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵的問(wèn)題。

進(jìn)行大底盤(pán)多塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用以下兩種計(jì)算模型：①整體模型：將大底盤(pán)和上部各塔樓一起建模，作為一個(gè)整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析；②離散模型：切分大底盤(pán)與上部塔樓，將上部塔樓分開(kāi)建模并分別計(jì)算。各分塔模型在地下室應(yīng)包括“相關(guān)范圍”（《高規(guī)》5.1.14條規(guī)定“宜至少附帶兩跨裙樓結(jié)構(gòu)”，實(shí)際工程中，可取不小于3跨20 m的范圍），以近似考慮大底盤(pán)對(duì)多塔樓結(jié)構(gòu)的影響。endprint

整體模型和離散模型各有優(yōu)勢(shì)和不足，整體模型可以對(duì)多塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可以將多塔結(jié)構(gòu)的大部分控制參數(shù)分塔輸出，如位移比、層間位移比、層間側(cè)移剛度比、層間受剪承載力比及剪重比等，它能進(jìn)行全樓構(gòu)件的內(nèi)力計(jì)算和配筋，同時(shí)將上部荷載與剛度傳給基礎(chǔ)，進(jìn)而對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

對(duì)結(jié)構(gòu)工程師來(lái)說(shuō)，整體模型計(jì)算分析更簡(jiǎn)單便利。但整體模型建模時(shí)要將各塔樓全部輸入模型，模型自由度太大，在進(jìn)行各項(xiàng)結(jié)構(gòu)指標(biāo)試算時(shí)，耗時(shí)較長(zhǎng)，直接影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)度。而且整體模型很難分析出上部塔樓不同的扭轉(zhuǎn)特性，在空間震動(dòng)圖分析時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員有較高的判斷能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，離散模型則能夠?qū)⒏魉欠謩e進(jìn)行抗震計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)單明確。

一般來(lái)說(shuō)，這兩種計(jì)算方式都要采用，缺一不可。因?yàn)殡x散模型與整體模型有著不同的計(jì)算目標(biāo)或內(nèi)容，且它們之間互相補(bǔ)充。下面我們就以具體工程為例，分析比較一下兩種計(jì)算模型下大底盤(pán)地下車(chē)庫(kù)的多棟樓結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果。

3.2 整體和離散兩種模型的計(jì)算實(shí)例比較

xxx國(guó)際廣場(chǎng)，地下一層為車(chē)庫(kù)，地上6個(gè)分塔均為12層，各單塔的平面布置、層高及立面造型基本相同，由地下一層的大底盤(pán)車(chē)庫(kù)連為一體。嵌固部位設(shè)定在地下室一層頂板處，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為O.05，場(chǎng)地類(lèi)別Ⅳ類(lèi)，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)空間有限元分析設(shè)計(jì)軟件SATWE計(jì)算分析，工程按整體模型和離散模型的2個(gè)單塔的控制參數(shù)對(duì)比結(jié)果如下。

1）周期比（取前六個(gè)振型）。

《高規(guī)》規(guī)定：結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9。

由表2可知：整體計(jì)算與分塔計(jì)算考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的各振型振動(dòng)周期（秒）、X，Y方向的平動(dòng)系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)都不相同，由此計(jì)算的周期比也不相同，數(shù)值偏差較大，整體模型計(jì)算的周期比未能反映出各單塔的實(shí)際特性，因此，周期比計(jì)算應(yīng)采用單塔離散模型。

2）位移比：Ratio-Dx，Ratio-Dy：最大層間位移與平均層間位移的比值。

由表3可知：取四個(gè)單塔的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分析比較，整體模型與離散模型的位移比結(jié)果很接近，均符合規(guī)范規(guī)定。

3）層間側(cè)移剛度比。

高層建筑下部樓層側(cè)向剛度宜大于上部樓層的側(cè)向剛度，否則變形會(huì)集中于剛度小的下部樓層而形成結(jié)構(gòu)薄弱層，所以應(yīng)對(duì)下層與相鄰上層的側(cè)向剛度比值進(jìn)行限制。

由表4可知：取四個(gè)單塔的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分析比較，整體模型與離散模型的層間側(cè)移剛度比結(jié)果很接近，均符合規(guī)范規(guī)定。

4）層間受剪承載力比。

樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載能力突變將導(dǎo)致薄弱層破壞，《高規(guī)》針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)提出了限制條件，A級(jí)高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%；B級(jí)高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。

由表5可知：取四個(gè)單塔的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分析比較，整體模型與離散模型的層間側(cè)移剛度比結(jié)果很接近，均符合規(guī)范規(guī)定。

5）剪重比。

《高規(guī)》對(duì)各樓層水平地震剪力最小值的要求，規(guī)定了不同設(shè)防烈度下的樓層最小地震剪力系數(shù)（即剪重比），當(dāng)不滿足時(shí)，結(jié)構(gòu)水平地震總剪力和各樓層的水平地震剪力均需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整或改變結(jié)構(gòu)剛度使之達(dá)到規(guī)定的要求。

由表6可知：整體模型與離散模型的剪重比結(jié)果基本一致，均符合規(guī)范要求。

6）剛重比。

結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求。研究表明，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)僅在豎向重力荷載作用下產(chǎn)生整體失穩(wěn)的可能性很小。高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)主要是控制在風(fēng)荷載或水平地震作用下，重力荷載產(chǎn)生的二階效應(yīng)不致過(guò)大，以免引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、倒塌。結(jié)構(gòu)的剛度和重力荷載之比（簡(jiǎn)稱(chēng)剛重比）是影響重力P一△效應(yīng)的主要參數(shù)。

當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)滿足下列規(guī)定時(shí)，彈性計(jì)算分析時(shí)可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。

當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)滿足下列規(guī)定時(shí)，彈性計(jì)算分析時(shí)可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。

由表7可知：整體模型與離散模型的剛重比結(jié)果基本一致，其中兩種算法都通過(guò)了《高規(guī)》的整體穩(wěn)定驗(yàn)算，并且可以不考慮重力二階效應(yīng)。

4 結(jié)論

1）多棟樓大底盤(pán)結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該確定嵌固端所在的位置。如果能把地下室頂板作為結(jié)構(gòu)的嵌固端，將會(huì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，明確結(jié)構(gòu)的傳力途徑，解決整體建模時(shí)結(jié)構(gòu)體系存在各塔樓質(zhì)量偏心和剛度不均勻的問(wèn)題。同時(shí)，嵌固端的位置也直接影響工程造價(jià)。

2）多棟樓大底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常必須用整體模型和離散模型進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，其中周期比必須是兩種模型比較得出結(jié)論。位移比、層間側(cè)移則度比、層間受剪承載力比以及剪重比，剛重比等兩種計(jì)算結(jié)果很接近，兩種計(jì)算方法選擇其一即可。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 5001l—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]JGJ 3—20lO高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]唐興榮，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.endprint

整體模型和離散模型各有優(yōu)勢(shì)和不足，整體模型可以對(duì)多塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可以將多塔結(jié)構(gòu)的大部分控制參數(shù)分塔輸出，如位移比、層間位移比、層間側(cè)移剛度比、層間受剪承載力比及剪重比等，它能進(jìn)行全樓構(gòu)件的內(nèi)力計(jì)算和配筋，同時(shí)將上部荷載與剛度傳給基礎(chǔ)，進(jìn)而對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

對(duì)結(jié)構(gòu)工程師來(lái)說(shuō)，整體模型計(jì)算分析更簡(jiǎn)單便利。但整體模型建模時(shí)要將各塔樓全部輸入模型，模型自由度太大，在進(jìn)行各項(xiàng)結(jié)構(gòu)指標(biāo)試算時(shí)，耗時(shí)較長(zhǎng)，直接影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)度。而且整體模型很難分析出上部塔樓不同的扭轉(zhuǎn)特性，在空間震動(dòng)圖分析時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員有較高的判斷能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，離散模型則能夠?qū)⒏魉欠謩e進(jìn)行抗震計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)單明確。

一般來(lái)說(shuō)，這兩種計(jì)算方式都要采用，缺一不可。因?yàn)殡x散模型與整體模型有著不同的計(jì)算目標(biāo)或內(nèi)容，且它們之間互相補(bǔ)充。下面我們就以具體工程為例，分析比較一下兩種計(jì)算模型下大底盤(pán)地下車(chē)庫(kù)的多棟樓結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果。

3.2 整體和離散兩種模型的計(jì)算實(shí)例比較

xxx國(guó)際廣場(chǎng)，地下一層為車(chē)庫(kù)，地上6個(gè)分塔均為12層，各單塔的平面布置、層高及立面造型基本相同，由地下一層的大底盤(pán)車(chē)庫(kù)連為一體。嵌固部位設(shè)定在地下室一層頂板處，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為O.05，場(chǎng)地類(lèi)別Ⅳ類(lèi)，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)空間有限元分析設(shè)計(jì)軟件SATWE計(jì)算分析，工程按整體模型和離散模型的2個(gè)單塔的控制參數(shù)對(duì)比結(jié)果如下。

1）周期比（取前六個(gè)振型）。

《高規(guī)》規(guī)定：結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9。

由表2可知：整體計(jì)算與分塔計(jì)算考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的各振型振動(dòng)周期（秒）、X，Y方向的平動(dòng)系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)都不相同，由此計(jì)算的周期比也不相同，數(shù)值偏差較大，整體模型計(jì)算的周期比未能反映出各單塔的實(shí)際特性，因此，周期比計(jì)算應(yīng)采用單塔離散模型。

2）位移比：Ratio-Dx，Ratio-Dy：最大層間位移與平均層間位移的比值。

由表3可知：取四個(gè)單塔的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分析比較，整體模型與離散模型的位移比結(jié)果很接近，均符合規(guī)范規(guī)定。

3）層間側(cè)移剛度比。

高層建筑下部樓層側(cè)向剛度宜大于上部樓層的側(cè)向剛度，否則變形會(huì)集中于剛度小的下部樓層而形成結(jié)構(gòu)薄弱層，所以應(yīng)對(duì)下層與相鄰上層的側(cè)向剛度比值進(jìn)行限制。

由表4可知：取四個(gè)單塔的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分析比較，整體模型與離散模型的層間側(cè)移剛度比結(jié)果很接近，均符合規(guī)范規(guī)定。

4）層間受剪承載力比。

樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載能力突變將導(dǎo)致薄弱層破壞，《高規(guī)》針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)提出了限制條件，A級(jí)高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%；B級(jí)高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。

由表5可知：取四個(gè)單塔的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分析比較，整體模型與離散模型的層間側(cè)移剛度比結(jié)果很接近，均符合規(guī)范規(guī)定。

5）剪重比。

《高規(guī)》對(duì)各樓層水平地震剪力最小值的要求，規(guī)定了不同設(shè)防烈度下的樓層最小地震剪力系數(shù)（即剪重比），當(dāng)不滿足時(shí)，結(jié)構(gòu)水平地震總剪力和各樓層的水平地震剪力均需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整或改變結(jié)構(gòu)剛度使之達(dá)到規(guī)定的要求。

由表6可知：整體模型與離散模型的剪重比結(jié)果基本一致，均符合規(guī)范要求。

6）剛重比。

結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求。研究表明，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)僅在豎向重力荷載作用下產(chǎn)生整體失穩(wěn)的可能性很小。高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)主要是控制在風(fēng)荷載或水平地震作用下，重力荷載產(chǎn)生的二階效應(yīng)不致過(guò)大，以免引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、倒塌。結(jié)構(gòu)的剛度和重力荷載之比（簡(jiǎn)稱(chēng)剛重比）是影響重力P一△效應(yīng)的主要參數(shù)。

當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)滿足下列規(guī)定時(shí)，彈性計(jì)算分析時(shí)可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。

當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)滿足下列規(guī)定時(shí)，彈性計(jì)算分析時(shí)可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。

由表7可知：整體模型與離散模型的剛重比結(jié)果基本一致，其中兩種算法都通過(guò)了《高規(guī)》的整體穩(wěn)定驗(yàn)算，并且可以不考慮重力二階效應(yīng)。

4 結(jié)論

1）多棟樓大底盤(pán)結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該確定嵌固端所在的位置。如果能把地下室頂板作為結(jié)構(gòu)的嵌固端，將會(huì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，明確結(jié)構(gòu)的傳力途徑，解決整體建模時(shí)結(jié)構(gòu)體系存在各塔樓質(zhì)量偏心和剛度不均勻的問(wèn)題。同時(shí)，嵌固端的位置也直接影響工程造價(jià)。

2）多棟樓大底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常必須用整體模型和離散模型進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，其中周期比必須是兩種模型比較得出結(jié)論。位移比、層間側(cè)移則度比、層間受剪承載力比以及剪重比，剛重比等兩種計(jì)算結(jié)果很接近，兩種計(jì)算方法選擇其一即可。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 5001l—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]JGJ 3—20lO高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]唐興榮，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.endprint

整體模型和離散模型各有優(yōu)勢(shì)和不足，整體模型可以對(duì)多塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可以將多塔結(jié)構(gòu)的大部分控制參數(shù)分塔輸出，如位移比、層間位移比、層間側(cè)移剛度比、層間受剪承載力比及剪重比等，它能進(jìn)行全樓構(gòu)件的內(nèi)力計(jì)算和配筋，同時(shí)將上部荷載與剛度傳給基礎(chǔ)，進(jìn)而對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

對(duì)結(jié)構(gòu)工程師來(lái)說(shuō)，整體模型計(jì)算分析更簡(jiǎn)單便利。但整體模型建模時(shí)要將各塔樓全部輸入模型，模型自由度太大，在進(jìn)行各項(xiàng)結(jié)構(gòu)指標(biāo)試算時(shí)，耗時(shí)較長(zhǎng)，直接影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)度。而且整體模型很難分析出上部塔樓不同的扭轉(zhuǎn)特性，在空間震動(dòng)圖分析時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員有較高的判斷能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，離散模型則能夠?qū)⒏魉欠謩e進(jìn)行抗震計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)單明確。

一般來(lái)說(shuō)，這兩種計(jì)算方式都要采用，缺一不可。因?yàn)殡x散模型與整體模型有著不同的計(jì)算目標(biāo)或內(nèi)容，且它們之間互相補(bǔ)充。下面我們就以具體工程為例，分析比較一下兩種計(jì)算模型下大底盤(pán)地下車(chē)庫(kù)的多棟樓結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果。

3.2 整體和離散兩種模型的計(jì)算實(shí)例比較

xxx國(guó)際廣場(chǎng)，地下一層為車(chē)庫(kù)，地上6個(gè)分塔均為12層，各單塔的平面布置、層高及立面造型基本相同，由地下一層的大底盤(pán)車(chē)庫(kù)連為一體。嵌固部位設(shè)定在地下室一層頂板處，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為O.05，場(chǎng)地類(lèi)別Ⅳ類(lèi)，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)空間有限元分析設(shè)計(jì)軟件SATWE計(jì)算分析，工程按整體模型和離散模型的2個(gè)單塔的控制參數(shù)對(duì)比結(jié)果如下。

1）周期比（取前六個(gè)振型）。

《高規(guī)》規(guī)定：結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9。

由表2可知：整體計(jì)算與分塔計(jì)算考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的各振型振動(dòng)周期（秒）、X，Y方向的平動(dòng)系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)都不相同，由此計(jì)算的周期比也不相同，數(shù)值偏差較大，整體模型計(jì)算的周期比未能反映出各單塔的實(shí)際特性，因此，周期比計(jì)算應(yīng)采用單塔離散模型。

2）位移比：Ratio-Dx，Ratio-Dy：最大層間位移與平均層間位移的比值。

由表3可知：取四個(gè)單塔的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分析比較，整體模型與離散模型的位移比結(jié)果很接近，均符合規(guī)范規(guī)定。

3）層間側(cè)移剛度比。

高層建筑下部樓層側(cè)向剛度宜大于上部樓層的側(cè)向剛度，否則變形會(huì)集中于剛度小的下部樓層而形成結(jié)構(gòu)薄弱層，所以應(yīng)對(duì)下層與相鄰上層的側(cè)向剛度比值進(jìn)行限制。

由表4可知：取四個(gè)單塔的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分析比較，整體模型與離散模型的層間側(cè)移剛度比結(jié)果很接近，均符合規(guī)范規(guī)定。

4）層間受剪承載力比。

樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載能力突變將導(dǎo)致薄弱層破壞，《高規(guī)》針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)提出了限制條件，A級(jí)高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不宜小于其相鄰上一層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%；B級(jí)高度高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。

由表5可知：取四個(gè)單塔的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層分析比較，整體模型與離散模型的層間側(cè)移剛度比結(jié)果很接近，均符合規(guī)范規(guī)定。

5）剪重比。

《高規(guī)》對(duì)各樓層水平地震剪力最小值的要求，規(guī)定了不同設(shè)防烈度下的樓層最小地震剪力系數(shù)（即剪重比），當(dāng)不滿足時(shí)，結(jié)構(gòu)水平地震總剪力和各樓層的水平地震剪力均需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整或改變結(jié)構(gòu)剛度使之達(dá)到規(guī)定的要求。

由表6可知：整體模型與離散模型的剪重比結(jié)果基本一致，均符合規(guī)范要求。

6）剛重比。

結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求。研究表明，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)僅在豎向重力荷載作用下產(chǎn)生整體失穩(wěn)的可能性很小。高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)主要是控制在風(fēng)荷載或水平地震作用下，重力荷載產(chǎn)生的二階效應(yīng)不致過(guò)大，以免引起結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、倒塌。結(jié)構(gòu)的剛度和重力荷載之比（簡(jiǎn)稱(chēng)剛重比）是影響重力P一△效應(yīng)的主要參數(shù)。

當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)滿足下列規(guī)定時(shí)，彈性計(jì)算分析時(shí)可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。

當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)滿足下列規(guī)定時(shí)，彈性計(jì)算分析時(shí)可不考慮重力二階效應(yīng)的不利影響。

由表7可知：整體模型與離散模型的剛重比結(jié)果基本一致，其中兩種算法都通過(guò)了《高規(guī)》的整體穩(wěn)定驗(yàn)算，并且可以不考慮重力二階效應(yīng)。

4 結(jié)論

1）多棟樓大底盤(pán)結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該確定嵌固端所在的位置。如果能把地下室頂板作為結(jié)構(gòu)的嵌固端，將會(huì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，明確結(jié)構(gòu)的傳力途徑，解決整體建模時(shí)結(jié)構(gòu)體系存在各塔樓質(zhì)量偏心和剛度不均勻的問(wèn)題。同時(shí)，嵌固端的位置也直接影響工程造價(jià)。

2）多棟樓大底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常必須用整體模型和離散模型進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，其中周期比必須是兩種模型比較得出結(jié)論。位移比、層間側(cè)移則度比、層間受剪承載力比以及剪重比，剛重比等兩種計(jì)算結(jié)果很接近，兩種計(jì)算方法選擇其一即可。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 5001l—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]JGJ 3—20lO高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]唐興榮，高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.endprint