某住宅項目大底盤多塔結構設計要點淺析

文/劉雄、雷朝華 湖南省建筑設計院有限公司 湖南長沙 410000

1、引言

近幾年來，隨著我國經濟的不斷發展，人們生活水平的不斷提高，城市化進程的不斷加快，我國建筑行業得到了迅猛發展，高層建筑也逐漸向多元化、多功能的方向趨近，大底盤多塔樓高層建筑應運而生。相對傳統建筑而言，大底盤多塔結構高層建筑能夠將兩個或多個高層建筑在底部進行連接，規避設置永久變形縫帶來的防水處理問題，在滿足開發商和業主對建筑功能的要求的同時，實現經濟利益最大化。當然，大底盤多塔結構由于其自身結構復雜的特點，結構設計時需要考慮的技術問題亦較多。本文以某大底盤多塔結構住宅項目為例，淺析了大底盤多塔結構在結構設計中應該注意的問題，以及大底盤多塔結構涉及的規范條文在結構設計中的實現問題。

2、工程概況

本工程位于湖南省長沙市，包括七棟高層住宅、一棟高層公寓、兩棟多層沿街商業和地下室。住宅33層，高度99m；公寓27層，高度98m；地下室兩層，局部一層，主要為地下車庫，局部為人防地下室。工程總建筑面積16.8萬m2左右，建筑總平圖見圖1。本工程抗震設防烈度為6度,水平地震影響系數最大值αmax=0.04，場地特征周期Tg=0.35秒；場地為抗震一般地段,非液化區。建筑結構的安全性等級為二級；設計使用年限為50年。

圖1 建筑總平圖

3、基礎設計及地下室超長設計構造

3.1 基礎選型

根據勘資料，地下室分區考慮抗浮，范圍為（3.6～5.6）m水頭,頂板覆土1.5m，經過核算，地下室需要局部設置抗浮錨桿以滿足整體抗浮要求。根據地勘報告建議，1.2.3.4.5#棟采用筏板基礎，6.7.8#棟采用樁基礎，均以中風化泥質粉砂巖⑥作為基礎持力層，成樁方式采用旋挖灌注樁；S-1、S-2沿街商業和地下車庫采用獨立基礎，以強風化泥質粉砂巖⑤或中風化泥質粉砂巖⑥作為基礎持力層。考慮不同形式基礎沉降差異，設計時通過調整樁基數量、獨基的尺寸來實現不同形式基礎沉降差的調整。

3.2 地下室超長設計構造

本工程地下室部分，負一層局部開敞，3#樓及獨立商業在地下室范圍外，與地下室脫開，其他單體與地下室沒有設縫脫開，建筑物長度超出《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）中的規定，設計時采取以下措施：

1）地下室結構超長,設計時計算溫度應力。

2）采用補償收縮砼，混凝土中摻外加膨脹劑。

3）每隔30-40m左右設一道后澆帶，并根據設計要求合理確定后澆帶的封閉時間，以減少混凝土前期收縮的影響。

4）對材料及施工采取以下措施

材料：混凝土原材料應采用低收縮、低水化熱水泥，頂板施加部分預應力抵抗溫度應力，采用碎石骨料，控制好砂、石的含泥量和級配，地下室混凝土內加入適量防水劑，同時應嚴格控制混凝土外加劑的品種、質量和劑量。

施工：控制混凝土的澆筑時間和澆筑溫度，以部分抵消混凝土收縮和溫度應力對結構的不利影響。在混凝土澆筑施工中，采取二次振搗措施，并應加強混凝土養護，特別是前期養護。

4、上部結構設計

4.1 計算模型

現階段大底盤多塔結構計算模型通常有如下兩種：一種是將各塔樓離散開，取各單塔及地下室相關范圍進行單獨計算，可稱之為“分塔模型”；另一種是把各塔樓連同大底盤結合在一起，作為一個整體參加計算，此時結構的內力計算是最真實的，可稱之為“整體模型”。本項目由于各塔樓較分散，相隔較遠，各單塔的控制指標及位移等計算采用分塔模型，單塔及地下室內力及配筋的計算采用整體模型。

4.2 計算參數控制

本項目住宅和公寓采用剪力墻結構，剪力墻抗震等級為三級；地下室采用框架剪力墻結構，框架抗震等級為四級，剪力墻抗震等級為三級；多層商業采用框架結構，框架抗震等級為四級。本工程采用北京盈建科股份有限公司開發的設計軟件YJK1.8.2版進行整體計算，恒活荷載計算信息采用施工模擬三，整體指標計算時采用強制剛性樓板假定，內力配筋計算時采用非強制剛性樓板假定，結構阻尼比為5%，周期折減系數取0.85。大底盤多塔結構整體模型計算時因塔樓個數較多，自由度較高，為滿足規范規定的質量參與系數不小于90%的要求，結構計算時振型個數選擇不宜選擇自動，取值不應少于塔樓數的9倍，本工程不同振型個數計算出來的質量參與系數見表1。另在現有階段，因多塔結構振型數目較多，受計算軟件功能的影響，通常計算所需時間較長，在結構計算時，墻元細分最大控制長度可改為2m，板元細分最大控制長度可改為1.5m，這樣可節省計算時間約1.0h。

表1 不同振型數目對應的質量參與系數

4.3 計算結果分析

（1）各單塔按分塔模型計算的指標及位移結果見表2（因篇幅有限，僅列出典型樓棟計算結果）。

表2 2#樓計算結果

由以上結果看出：單塔在兩個方向最大層間位移角均滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》3.7.3條的要求；地震作用下最小樓層地震剪力系數值均滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》4.3.12條的要求；結構扭轉基本周期Tt與平動主周期T1之比小于0.9，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》3.4.5條的要求。計算結果未發現較大的扭轉作用，說明抗側力構件布置和重要構件截面取值合理，剛度適中，層間位移和頂點位移控制較好。

（2）配筋計算結果分析：

通過多塔整體模型計算的地下室梁柱配筋結果與純地下室模型（不組裝上部多塔）計算的梁柱配筋結果進行比較可以發現，各塔樓周邊兩跨范圍內多塔整體模型計算的地下室梁配筋結果（以某支座梁配筋為例AS=2300mm2）約為純地下室模型計算的梁配筋結果（AS=1900mm2）的1.21倍，一般增加15%～30%，兩跨范圍外塔樓對地下室梁配筋結果的影響減小。地下室柱配筋及板配筋結果無顯著差別。

5、規范條文在結構設計中的實現

1）《高層建筑混凝土結構技術規程》第10.6.2條，豎向體型突變部位樓板厚度不宜小于150mm，宜雙層雙向配筋，每層每方向鋼筋網的配筋率不小于0.25%。體型突變部位其上、下層結構的樓板也應加強構造措施。本工程中對主樓周圈一跨范圍樓板配筋做加強處理。

2）《高層建筑混凝土結構技術規程》第10.6.3-1條，上部塔樓結構的綜合質心與底盤結構質心的距離不宜大于底盤相應邊長的20%。此條通常在前期方案階段予以協調控制，盡量使各單塔的層數、平面和剛度接近，單塔的布置對底盤宜對稱布置，避免偏置。本工程通過軟件計算得出的上部塔樓結構的綜合質心與底盤結構質心的距離為底盤相應邊長的15%，滿足規范要求。

3）《高層建筑混凝土結構技術規程》第10.6.3-3條，塔樓中與裙房相連的外圍柱、剪力墻相應加強。剪力墻設置約束邊緣構件，柱子箍筋在裙樓上下層范圍內加密。本工程中各單棟剪力墻已是約束邊緣構件，柱箍筋做全長加密處理。

4）《高層建筑混凝土結構技術規程》第10.6.3-4條，按整體模型和分塔模型分別計算的整體結構和各塔樓結構扭轉為主的第一周期與平動為主的第一周期的比值均不大于0.9，滿足規程3.4.5條的要求。

結語：

大底盤多塔結構設計具有一定的復雜性，設計時要把握設計要點，抓住設計重點，采用合理的計算模型進行計算參數控制，并在后續施工圖設計過程中將相應的規范條文要點予以體現，確保大底盤多塔結構的安全性和經濟性。