多塔復雜體型建筑結構設計優化考慮

楊雨龍

摘要： 對多塔復雜體型建筑結構設計的特點進行了總結，對上部結構設計的選型與計算、變形縫的設計和抗震構造設計要點進行了分析，從而有效優化多塔復雜體型建筑結構設計，確保建筑的經濟性和可靠性。

關鍵詞：多塔復雜體型建筑結構;設計;選型

一、多塔復雜體型高層建筑結構設計的特點

（一）水平荷載

在進行多塔復雜體型高層建筑的結構設計時，水平荷載會產生相應的力矩，造成多塔復雜體型高層建筑在施工過程中產生傾覆性的負面影響，而且在此過程中產生的軸力與高層建筑的整體高度的兩次方成正比例，高層建筑的高度與豎向構件中的彎矩和軸力的一次方成正比例。此外，與高層建筑中固定的豎向荷載不同，水平荷載中的作用力會隨著高層建筑動力特性的不同而產生相應程度的變化。因此，從這個層面上來說，水平荷載已經成為高層建筑結構設計中的決定性因素。

（二）軸向變形

在多塔復雜體型高層建筑項目中，樓房中柱會產生比較大的軸向變形現象，這是因為當高層建筑達到一定高度后，樓房自重會產生相應的軸向壓應力造成的。中柱變形會導致高層建筑連續梁中支座處的負彎矩值逐漸減小，而跨中正彎矩值和端支座負彎矩值則會相應變大。

（三）側移成為高層建筑結構設計的控制指標

在現代多塔復雜體型高層建筑的結構設計工作中，高層建筑整體高度的不斷增加，會導致水平荷載下結構的側移變形會迅速增大，若不及時對此作出針對性的調整，則會對高層建筑的整體質量安全產生嚴重的負面影響，因此，相關工作人員在進行高層建筑的結構設計時，要保證水平荷載作用下的高層建筑的結構在可控、可調的范圍內。

（四）結構延性成為高層建筑結構設計的重要指標

中低層建筑的結構相對較硬，在地震作用下的變形較小，而多塔復雜體型高層建筑則完全相反，在遭遇地震后樓層結構的變形較大，所以要及時的采取相應的措施，以保證建筑結構在遭到一定程度的破壞時，整體結構不會產生太大的變形，避免因為樓體的嚴重變形造成人員傷亡和財產損失，從而確保多塔復雜體型高層建筑結構具備充足的延性。

二、結構設計

（一）結構選型

某建筑群包含6座住宅和3層裙房，不僅底盤較大，而且多塔連體，體型十分復雜。工程設計階段采用框剪體系，除管道井、電梯井與樓梯間采用抗扭剪力墻外，其它都為常規剪力墻，即均不落地，同時在裙房的頂層采用轉換梁，以此滿足大空間及大柱網方面的要求。下層采用C40混凝土，上層采用C30混凝土，剪力墻的厚度在200-250mm范圍內，局部設置的抗扭剪力墻，其截面應增加到400mm。屋面板及樓面實際厚度都應根據板跨進行確定，由于本工程的屋面板與樓面都有很大的跨度，容易出現角部開裂等問題，所以不僅要進行配筋計算，而且還要在角部設置構造筋，對于轉換層和與之相鄰的樓板，其剛度應根據現行設計與施工規范進行加強處理，樓板總厚確定為200mm，框架的支柱與支梁都根據現行規范進行設計，通常情況下，框架抗震等級取3級，普通剪力墻也為3級，而抗扭剪力墻則為2級。

1#樓和2#樓、5#樓和6#樓采用現澆結構進行連接;而3#樓和4#樓之間采用鋼結構進行連接。主體和鋼結構之間的連接，主要使用鉸接支座，并安裝限位器，用于變形控制。需要注意，因連體部分不僅要按照要求進行防腐處理，而且還要進行防火涂裝，關鍵節點還需采用構造措施，確保耐火極限能夠滿足要求。

（二）計算與分析

對于大底盤多塔復雜體型高層建筑結構，如果把裙房部分按塔樓的形式切開計算，則下部裙房及基礎的計算誤差較大，且各個塔樓之間的相互影響無法考慮。因此應先進行整體計算，按高規取足夠的振型數，并考慮塔樓與塔樓之間的相互影響。但是整體計算無法體現出單個塔樓本身的扭轉特性，整體計算中顯示的周期位移數據中不能顯示出這些信息，例如單個塔樓的平動轉動周期比，剛度比等等。

因此，決定采用SATWE進行計算，校核采用ANSYS，根據計算與校核結果實施優化分析。 計算時需采用的參數包括：風壓為0.55kN/m2;雪壓為0.25kN/m2;安全等級確定為2級;八度抗震設防;二類場地;通過施工方法的模擬對豎向荷載進行計算;振型為16個，計扭轉耦聯振動。經計算，結構受地震與風荷載作用時，層間與頂點的最大位移都能達到現行技術規范的要求，說明以上設計是合理可行的。

（三）變形縫的設置

各塔樓高度不同，體型相差較大，塔樓間還設空中連廊，又有裙房相連，同時具備了多塔樓、連體結構的性質，屬超限的多重復雜高層建筑，有多處薄弱部位，對抗震極為不利。根據抗震設計的要求，可以在適當位置設置防震縫，形成較規則的結構單元。

當各塔樓的體型、剛度差異較大時，在地震作用下，連體結構、多塔結構會產生復雜的相互耦聯的振動，扭轉影響嚴重，對抗震非常不利，連接處更是抗震的薄弱部位。考慮到有連接的塔樓之間距離不大，采用懸挑的連廊形式也可以，故在連廊的中間設置防震縫，把連體結構分解為各自獨立的塔樓，使之成為扭轉效應較小的規則、對稱結構。同樣地，在各塔樓之間設置多道防震縫，多塔樓分成各個規則的單塔，有利于減輕薄弱部位的震害，使上部結構抗震能力更強。

（四）加強建筑抗震構造設計

多塔復雜體型建筑結構的裙房頂層樓蓋起著協同各塔樓共同工作的作用。由于塔樓與塔樓之間的相互作用，將在裙房屋面層樓板中產生較大的水平拉壓力和彎矩，因此應加強裙房屋面層梁板的剛度和承載力，并加強其與各塔樓之間的連接構造。在工程設計中，將裙房屋面層樓板加厚為180mm，雙層雙向配筋+12@150;主梁與次梁上下通長鋼筋不小于梁上下最大配筋量的50%。裙房屋面上、下層的樓板加厚為150mm，保證了結構底盤與塔樓的整體作用。

三、 結束語

多塔復雜體型高層建筑的設計難度要高于其他建筑，因為建筑的規模大，結構設計困難，對于抗震和變形縫、以及底盤的設計都提出了更高的要求，一旦出現不合理或是不均勻則會給整個建筑帶來麻煩，埋下隱患，因此在進行多塔高層建筑設計的過程中，要多方面考慮，做到設計的最佳優化。

參考文獻：

[1]李建亮.淺析坡地高層大底盤多塔復雜體型建筑的結構設計[J].福建建材，2016（10）：34-35.

[2]陳超.大底盤多塔連體復雜體型高層建筑結構設計[J].低碳世界，2016（24）：143-144.

[3]吳耀輝，婁宇，李愛群，卞朝東.大底盤多塔樓結構抗震分析研究進展[J].建筑結構，2011（09）：82-83.