多塔大底盤高層建筑結構的設計分析

周亮

【摘 要】當今高層建筑正日益向多功能方向發展，為滿足建筑體型多樣化和建筑多功能要求，近年來涌現出大量體型復雜的高層建筑，其中多塔大底盤就是很典型的一類。所謂多塔大底盤高層建筑結構形式，就是指將兩棟或以上的不同高層建筑建立在一個共同的大底盤結構上的建筑結構形式，這種形式的整體結構布局較為復雜，尤其是在考慮到建筑整體抗震性能的問題時，更是具有很大的設計難度。如何使這種振型相當復雜的建筑保證其強度和穩定性，就成為了多塔大底盤高層建筑結構設計中的最大難點。鑒于此，本文對這種新型、復雜的建筑結構設計方法進行探討分析，從其特點與分類開始論述，詳細探討了其設計中的技術要點，旨在提高建筑工程的質量。

【關鍵詞】多塔大底盤；建筑結構；設計分析

隨著城市化建設的快速推進，城市建筑結構形式呈現多樣化發展趨勢，各種建筑結構設計方式被不斷采用并建設實施，極大的豐富了我國城市建筑內容，促進了城市現代化發展。在這諸多的建筑結構設計形式中，多塔大底盤的高層建筑結構是近年來頗受業界關注的一種設計方式。以下筆者結合自己的建筑工作經驗，就多塔大底盤結構的設計要點進行分析。

一、結構體系特點與種類

論及多塔大底盤高層建筑的結構特點，最明顯的就是多個獨立高層塔樓共用同一個整體裙房的這一特點，這在歷來的建筑結構設計中都是從未嘗試過的新型建筑結構，這種大膽的設計完全顛覆了傳統建筑結構設計理念，為現代建筑的發展提出了更多的技術途徑。需要注意的是，多塔大底盤高層建筑結構雖然能夠提升整個建筑的應用價值，但其結構所呈現出的縱向不規則性仍是一個抗震設計的難點，振型較為復雜，結構穩定性較差，這是當前設計中最需要改進與完善的設計環節。

目前已經有多座多塔大底盤結構的建筑被建設應用，成為城市建筑中一道獨特的風景。通常來講，在對其進行設計時，一般有兩種設計方案可以選擇。第一種設計方案是大底盤結構頂層樓板作為上部多塔樓的嵌固端。通常帶地下停車位的住宅小區基本屬于該種類型；第二種設計方案是大底盤結構頂層樓板不能作為上部多塔樓的嵌固端。該種結構形式通常出現在下部裙樓作為商場或服務用房、上部塔樓為辦公或居住功能的綜合性建筑。通常設計中都是采用第二種設計方案，并且因為這種建筑結構較為復雜，施工設計中應當格外注意其受力分析和計算。

二、設計要點

基于多塔大底盤高層建筑的結構特點，在實際的設計中，必須要全面考慮結構的受力特點，基礎的荷載能力，建筑材料的質量要求以及具體的施工方案研究，最重要的是要優化設計建筑的抗震性能設計，以此來提高多塔大底盤高層建筑的整體性能。在此，筆者提出了幾點設計中應當注意的技術要點，以供參考。

1、限制建筑材料，加強檢質量檢測。鑒于多塔大底盤的上部結構傳遞給底部的荷載較大，因此對其基礎和地下室的設計應當尤其注意建筑材料的選用，以確保結構的整體穩定。一般來講，地下室工程施工中所選用的混凝土，其等級強度要保證在C30上下，且水泥的用量要進行有效控制，并且最好不要使用礦渣水泥作為地下室施工的水泥品種。根據實際工程的需要，還可以在混凝土配制中加入適當的粉煤灰，以降低混凝土的水化熱反應帶來的不良影響，防止混凝土出現裂縫現象，影響建筑的結構質量。

2、解決地基基礎不均勻沉降問題。對于多塔大底盤高層建筑來說，各塔樓由于層數較多、總高度較高，其傳遞至地基基礎的荷載較大。而在大底盤的其他部位往往層數較少，其傳遞至地基基礎的荷載較小，因此塔樓部位基礎的地基應力要比大底盤的其他部位大許多，其地基沉降也將有較大的差別。在 設計中首先宜采用兩種以上的計算方法計算這兩者間的沉降量和沉降差。然后設計者將根據計算得的沉降差來決定是“放”還是“抗”。

“放”即是在各塔樓與大底盤分界處設置沉降后澆帶，加強這兩部位的沉降觀測，待這兩部位的沉降達到基本穩定時或其差值與計 算相符時封閉沉降后澆帶，此類方法在塔樓與大底盤分界部分的構件中增加的配筋有限，而其較大的缺點是由于達到沉降相對穩定的時間較長。施工周期延長，結構的構造復雜，給現場施工的管理帶來了相當的困難，施工單位往往不愿接受此類方案。“抗” 即是不設置沉降后澆帶，而是根據計算所得的沉降差在設計塔樓與大底盤相鄰構件時除必須滿足由于強度計算所需的配筋外，還需加入由于沉降差引起的構件內的附加彎矩與剪力所需的鋼筋，當然還必須考慮其對相鄰構件以外構件的不利影響，此類方法施工周期快，大底盤部分可以完整施工，但其帶來的結果往往是結構的造價相對較高。

3、結構設計與施工方面。構件受力計算、裂縫控制、構造鋼筋的設計和特殊部分附加鋼筋設置，均應符合有關技術規定；底板宜一次澆注完成，基坑范圍內持續降水至底板下500mm，施工階段設后澆帶，頂板和側墻可不連續設置，側墻后澆帶間距30米左右，頂板后澆帶間距50-60米。墻體與柱子連接部位宜插入長度1500- 2000mm，直徑為8-10的加強鋼筋，該加強鋼筋插入柱子200-300mm，插入邊墻1200- 1600 mm，樓板宜配置細而密的構造鋼筋網，鋼筋間距宜小于150mm，配筋率宜為0.6%左右；現澆補償收縮鋼筋混凝土防水頂板應配置雙層鋼筋網，構造鋼筋間距小于150 mm，配筋率宜大于0.5%。

4、抗震設計方法。（1）振型分解反應譜法。對于傳統的單串聯剛片體系，在剛度和質量分布較為均勻時，其振型參與系數隨振型階數的增加而迅速減小，即高階振型比低階振型對結構的地震作用要小得多，一般取前幾階振型即能滿足地震作用的計算精度的要求。但對于多塔結構，此規律不復存在，甚至某些較多的低階振型的參與系數很小甚至為零，而某些高階振型的參與系數卻很大，這對計算多塔結構地震作用時的振型選擇有很大的關系。（2）動力時程分析法。由于構件及樓層的屈服模型和退化規律非常復雜，高層結構的彈塑性時程分析還處于研究階段。目前工程設計中應用較多的是結構的彈性時程分析，對于多塔樓這種復雜結構，由于自由度較多，加之在進行逐步積分時積分次數較多，按空間模型進行動力積分計算量比較大，目前只有一些結構的通用分析軟件可用，而結構工程設計軟件則采用的是基于“平面分塊元限剛假定的層模型，層模型剛度矩陣的階數很低，相應的計算量也很小，每步的積分計算速度很快”。在彈性階段，可采用基于振型分解的時程分析方法。對于多塔結構，由于存在大量參與系數很小的低階振型，在采用這種分析方法時，應選擇足夠多的振型進行積分。

結束語

綜上所述，在經過多次的應用實踐后可以得知，采用多塔大底盤的建筑結構形式進行設計施工是完全可行的，這種建筑結構設計在一定程度上解決了城市土地資源緊張的問題，最大限度的利用了土地資源，并且也進一步的促進了建筑業的發展。但是在未來的設計施工中，仍然需要不斷的改進與完善設計技術，提高施工技術水平，加強施工中的質量控制管理，以確保多塔大底盤建筑的整體施工質量，提高該設計的經濟性、可靠性。

參考文獻

[1]傅學怡.實用高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，1999.

[2]唐興榮.高層建筑轉換層結構設計與施工[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[3] JGJ3-2002，高層建筑混凝土結構技術規程[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[4]吳劍輝.基于模態原理的多塔樓結構體系振動分析研究[D] .北京：中國建筑科學研究院.