大底盤地庫上多塔樓結構設計概要

文/趙立景 合肥工業大學設計院（集團）有限公司 安徽合肥 230009

大底盤地庫多塔樓結構是目前小區住宅普遍采用的結構形式。它用地庫將多棟塔樓連為一體，充分利用地下空間，同時也增加了結構的整體穩定性和塔樓的抗傾覆能力。這類結構設計難點和要點為：1.該結構是否屬于大底盤多塔樓結構。2.地庫上主樓結構的嵌固端應選在何處。3.主樓與地庫之間的錯層如何處理。本文擬就以上問題進行分析討論。

1、大地庫上的多塔樓

《高規》[1]2.1.15指多塔樓結構為未通過結構縫分開的裙樓上部具有兩個或兩個以上塔樓的結構，并在條文說明中明確在僅地下室連為整體的多塔樓結構可不作為高規中第10.6節規定的復雜結構進行設計。多塔樓結構的特點是豎向體型收進，裙樓的側向剛度相比上部塔樓的剛度大很多，導致在大底盤頂處側向剛度突變，產生應力集中，從而在大底盤頂處形成結構的薄弱部位。在地震作用下，多塔樓結構受到的地震作用是先經過裙樓再傳給各個塔樓，各塔樓之間又通過裙樓相互作用，互相影響。結構振型復雜，并會產生復雜的扭轉振動。

大地庫上的多塔樓結構的計算模型與普通裙樓上的多塔樓結構不同，由于其地下室周邊有剛度很大的外墻，外墻在大面積被動土壓力和摩擦阻力的側限下，與地基土形成整體(回填土對地下室的約束剛度很大，一般情況下為地下室自身剛度的3～5倍)，在地震作用下地下室層間位移角很小。當地下室頂板作為上部結構嵌固端時，上部塔樓的側向剛度相對于大地庫來說很小，單個塔樓在水平地震作用下對塔樓相關范圍(抗規不超過20m、高規不超過三跨)外的構件產生的影響很小。有研究[3]表明：當地下室為均為框架結構時，塔樓在外延4～5跨內產生影響，但影響范圍主要在塔樓外延1跨內及稍外處。地庫上各塔樓可以認為是互相獨立的，不需考慮各塔樓間的相互作用，僅需考慮各塔樓單體相關范圍內的影響，可將各塔樓分別進行計算分析和設計。鑒于此以地庫相連為整體的多塔樓在結構設計時可不歸類為大底盤多塔樓復雜高層建筑。

2、嵌固端的選擇

不同的嵌固端位置會影響底部加強區的高度、結構構件的內力調整以及地下室頂板、梁柱墻構件的配筋設計，會影響整個結構設計的經濟性。嵌固端的選取和處理直接影響結構體系的受力和變形，直接關系到結構的計算模型與實際受力狀態的吻合程度。

對此我們首先要搞清楚什么是嵌固端。嵌固端包括計算嵌固端和設計嵌固端，計算嵌固端即為力學嵌固端，可理解為剛度嵌固端，是上部結構的固結支座，在此處的水平位移和扭轉位移均為0；設計嵌固端是構造嵌固端，可理解為強度嵌固端，即預期出現塑性鉸的部位，在地震作用下設計嵌固端上部結構豎向構件的底部應先于嵌固端以下構件屈服。在進行結構分析之前首先要明確嵌固端的位置，確定嵌固端就是通過調整結構的剛度和構件的強度(承載力)，迫使塑性鉸出現在預期部位，并能承擔上部結構在該處屈服超強引起的極限彎矩和出現塑性鉸時的最大剪力以及相應的軸力。

《抗規》[2]和《高規》[1]分別規定了嵌固端需要滿足的一些剛度要求，比如以地下室頂板為嵌固端時《抗規》6.1.14-2 要求結構地上一層的側向剛度不宜大于相關范圍地下一層側向剛度的0.5倍;《高規》5.3.7要求地下一層與首層側向剛度比不宜小于2。《高規》3.5.2-2對結構底部嵌固層，側向剛度比不宜小于1.5。此外，《抗規》6.1.14條第1、3、4款還規定了地下室頂板、梁柱等構件需要滿足的一些構造要求(強度要求)。規范的條文解釋表明整個結構應該在首層以上部位出現塑性鉸，地下一層不應屈服(實際上當地下一層不屈服時地下室各層均不會出現屈服)。

對于大地庫上的多塔樓結構，一些審圖機構要求將地下室頂板作為計算嵌固端，否則就應該按大底盤多塔結構進行設計。當地下室頂板作為上部結構嵌固端時(地下室結構的剛度和強度均滿足規范的相關要求)，地庫上塔樓的計算模型很明確(計算嵌固端和設計嵌固端均設在地庫頂版)，結構按常規設計即可，在此不再贅述。但當地下室頂板不能作為嵌固端時，現行規范并沒有具體規定怎么做。對于大底盤地庫上的多塔樓結構若將計算嵌固端選取在地下室頂板會造成上部結構剛度偏大，同時為了滿足嵌固端的剛度要求從而導致地下室的墻體加長、加厚，影響了地下室的使用效率，進而影響地庫設計的綜合經濟性。個人認為，因種種原因地下室頂板不能作為上部結構嵌固部位時，計算時可分別取地下室頂板和地下一層地面作為計算嵌固端對上部結構進行包絡設計，地下室頂板作為構造嵌固端應滿足抗規6.1.14條的所有強度要求，底部加強區應從地下室一層開始設置。

3、塔樓與地庫的錯層處理

在地震作用下，塔樓首層樓板必須具有足夠的整體性和剛度將自身所受的水平地震作用有效的傳遞到地庫周邊及基底的巖土中去。由于小區景觀綠化植被的要求，地庫頂板一般有1～2米的覆土，從而導致地庫頂板與塔樓首層存在錯層。錯層對結構的影響主要是地庫頂板對塔樓的有效約束和樓板的內力的有效傳遞。錯層高差處的深梁承受著上部結構傳來的巨大的剪力和扭矩。實際工程中常采用對錯層梁加腋(圖1)和錯層處分階降板(圖2)兩種構造措施來優化樓板的傳力性能，經過理論分析[3]和實踐證明，這兩種措施使塔樓樓板能有效的傳遞地震剪力給地庫頂板，到達降低錯層處應力的效果。

圖1

圖2

結語：

由于地下室頂板對塔樓的實際嵌固作用以及地下室周邊填土對地下室的剛度貢獻，大底盤地下室多塔樓的結構設計不同于裙房大底盤多塔樓結構。當地下室頂板不能作用上部結構嵌固端時，可分別取地下室頂板和地下一層地面作為上部結構的計算嵌固端進行包絡設計，同時地下室頂板要滿足構造嵌固端要求。因景觀覆土要求導致地下室頂板與塔樓首層錯層，可以通過錯層梁加腋和錯層處分階降板兩種措施解決地震剪力的傳遞問題。