大底盤多塔建筑結構設計的相關問題探討

吳雨楊

(四川省建筑設計研究院有限公司設計三院, 四川成都 610000)

目前，建筑行業已不再沿用傳統的設計理念，而是將高層建筑中的辦公區和住宅區區分開來，將辦公樓或者商場設置在住宅小區的外側，向外界展現出一種商用建筑和民用建筑共存發展的趨勢，讓大底盤建筑結構進入到社會各界的視野中。設計人員在進行設計時，必須要對建筑物的整體結構進行全面考慮，特別是結構裂縫和地表沉降等問題，做好預防措施，避免造成不必要的風險和損失。通過本文的研究，對大底盤多塔建筑結構在設計過程中存在的問題進行剖析，找出問題的關鍵，從而提出具有針對性的解決措施，更好地提高建筑結構的整體質量，為人們的居住安全作出保障。

1 大底盤多塔建筑結構設計概述

從設計角度出發，大底盤多塔樓在形式上各式各樣，只是將其看作為地下室，而且將其嵌固端處在頂板位置，這時便無法稱之為大底盤多塔樓建筑結構。如果需要進行計算，那么要以單個建筑來完成計算。要是地下室頂板不作為嵌固位置，則可以將其稱為大底盤多塔樓建筑結構，并遵循相關的設計原則。要想實現該結構的設計功能，要從多個角度著手分析。一般情況下，大底盤多塔建筑結構具有三個特點：變形協調性、類型多樣性、不規則、復雜性。在設計過程中，大底盤多塔結構共分為兩種類型：其一，大底盤結構頂層樓板作為嵌固端，該結構常用于帶有地下停車場的住宅小區；其二，大底盤結構頂層樓板不作為嵌固端，該結構類型經常用于商住功能性建筑或者大型商場等。其上層結構需要設置抗震縫，從而提高建筑物整體的抗震性能。

2 工程案例

本文以四川省某市的高層建筑作為研究對象，并對其大底盤結構設計的具體情況開展全面分析。該項目工程包括1棟住宅樓和1棟綜合樓，并帶有地下停車場[1]。其中，綜合樓建筑層數為18層，整體高度為52 m；住宅樓建筑層數為32層，整體高度為95 m。共有兩層地下車庫，每一層高度為3.5 m左右。整體工程的建筑面積約為6.2×104m2。如圖1所示，為商業綜合樓結構設計圖。為滿足人們的多樣化需求，需要采取大底盤多塔樓建筑結構設計，下面便對大底盤多塔結構設計開展分析工作，具體分析情況如下。

3 高層建筑大底盤多塔結構設計方法

3.1 計算模型

一般分為兩種計算模型：離散模型和整體模型。其中，整體模型就是在計算過程中，將塔樓和底盤看做一個整體，在完成計算工作。而離散模型則是將每個塔樓看做一個整體，分別計算[2]。在實際工作中，因為整體模型計算比較簡單，具有更強的實用性，因此整體模型計算應用更為廣泛。現階段，常見的整體模型計算軟件中比較具有代表性的軟件為SATWE，可將多塔結構中的大部分看做一個整體進行計算，例如剪重比、層載比和剛度比等。但是有一部分設計不可以整體計算，只能夠利用離散模型來完成計算。另外，如果多塔結構層數和建筑造型差異較大時，在使用整體模型計算時對工作人員的素質要求較高，而且在對各個塔樓之間的特性參數進行分析時也很難把握準確數值，此時應用離散模型計算更好一些。

3.2 動力時程分析法

該方法主要是先對多塔結構進行地震波檢測，并對其動力進行研究分析，從而制定出較為合理的抗震方式。該方式可以檢測出多塔結構中比較薄弱的環節，從而對其進行有針對性的調整，使其防裂性能和抗震等級都可以得到很好的提高。一般情況下，該方式都是從空間桿系層模型、層模型和桿系層模型三個方面來對多塔結構的動力進行分析，在分析過程中，通過SPA84軟件來對計算其靈活自由度，并利用SPA200軟件來對其抗震彈性進行計算，最后使用TAT完成調整和修改。

圖1 綜合樓結構設計

3.3 底部剪力法

該方式以地震反應譜理論作為理論基礎，通過多塔結構底部的等效質點和總地震剪力的水平地震作用相等的原理，來完成計算工作。該方式的使用條件分為三種：①大底盤多塔結構整體高度低于40 m；②整體結構的剛度和質量在豎直方向上均勻分布；③發生地震時，結構主要以變形剪切為主等。到目前為止，受到多方面因素的影響制約，導致該方式應用范圍較小。

4 大底盤多塔建筑結構設計中的問題及解決措施

4.1 大底盤多塔建筑的沉降差異

在設計過程中，上部多塔或者下部底盤發生沉降差異是比較常見的現象。其形成原因主要是因為塔樓高度較高，而且平面面積較小，導致荷載集中。另外，底盤為多層，有著較大的跨度，其荷載相應的減小，呈現分散的趨勢，這些問題導致塔樓部分沉降過大，而下部底盤位置沉降比較小，出現沉降差異。為確保結構設計的穩定性，可適當強化主樓基礎，并減少裙房結構受到的壓力。分析底盤和塔樓的受力情況來對結構設計作出相應調整[3]。例如，底盤和塔樓都使用樁基，但是底盤使用短樁，而塔樓使用長樁，這樣一來便可以實現平衡沉降的目的。另外，還可以設置沉降后澆帶或者沉降縫，這兩種方式都比較成熟，有著較廣的應用，其實際效果也比較理想。

4.2 大底盤多塔建筑結構裂縫

結構裂縫在大底盤多塔結構設計中也是較為常見的問題。形成結構裂縫的因素比較多，從結構本身出發，由于底盤和塔樓之間有著較大的剛度差異，這樣會造成多塔結構整體的受力不均，一些位置的構件無法承載相應的壓力，從而出現裂縫或者發生變形。為避免結構裂縫出現，需要對合理設置主體結構的剛度，確保其滿足設計要求。之后在設計過程中，工作人員利用柔性連接的方式來完成塔樓和底盤的連接工作，盡可能減少剛性連接的使用次數。最后，嚴格把控施工流程和建筑材料的質量，從工藝上降低施工裂縫的出現。

4.3 大底盤多塔建筑結構強度不足

一般情況下，大底盤多塔樓建筑結構自身的強度不滿足設計要求，其根本原因就在于結構設計不夠嚴謹，不夠合理。因此，為很好地解決這一問題，設計人員可以遵循以下幾種原則：第一，確定塔樓結構和底盤結構的整體布局時，盡可能地采取對稱性原則，而且需要確保塔樓綜合質心和下部底盤中心之間的距離合理。另一方面，可添加厚度較大的底盤樓板，從而提高結構強度，需要注意的是，所添加的樓板厚度不得低于150 mm。

5 結束語

總而言之，設計人員在對大底盤多塔樓建筑結構進行設計時，為提高建筑結構的穩定性，避免結構裂縫的產生，必須要從多方面角度出發，結合實際建設情況，制定出合理有效的預防措施，一旦發生上述問題，及時處理，將危害和損失降到最低。另外，挑選計算模型也是重中之重，可以對不同的樁長和基礎類型進行適當調整，有效的處理沉降差異等問題。通過本文的研究分析，希望可以為高層建筑行業提供一定的科學參考，促進大底盤多塔樓建筑結構設計水平的提高，進而實現建筑行業的可持續發展。