劉文優(yōu)，黃 梅

（1.臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 臺(tái)州 318000；2.浙江大學(xué)城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310000）

大底盤(pán)復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑綜合體的設(shè)計(jì)探究

劉文優(yōu)1，黃 梅2

（1.臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 臺(tái)州 318000；2.浙江大學(xué)城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310000）

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程步伐的加快，建筑業(yè)已由傳統(tǒng)的單一化模式向多元化模式發(fā)展，商住兩用的大底盤(pán)高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，既為建筑行業(yè)發(fā)展提供廣闊的發(fā)展空間，也帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)和創(chuàng)新。本文主要針對(duì)大底盤(pán)高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算分析、結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建以及結(jié)構(gòu)解析等方面進(jìn)行研究，為大底盤(pán)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出參考建議。

大底盤(pán)；計(jì)算分析；結(jié)構(gòu)模型；單塔模型；整體模型

1 工程概況

本文以某商住兩用綜合樓小區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，該工程位于浙江省某市中心位置，周邊社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境發(fā)展快速。該工程總面積15.4萬(wàn)m2，總高度為73.6 m。建筑結(jié)構(gòu)采用大底盤(pán)非常規(guī)建筑結(jié)構(gòu)，樓體框架采用鋼筋混凝土構(gòu)建。本文選取1棟商用建筑作為研究對(duì)象，本工程共計(jì)23層，地下1層為人防和地下車(chē)庫(kù)，地上為22層，其中地上1至3層為商場(chǎng)和設(shè)備用房，為裙樓結(jié)構(gòu)層。該建筑地上1層高為5.2 m，2層高為5 m，3層高為5.3 m，3層以上層高為2.9 m，地下1層高為5.1 m，圖1為該工程剖面圖，圖2為首層結(jié)構(gòu)布置圖。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 塔樓剖面圖

該工程設(shè)計(jì)參數(shù)均以使用年限和基準(zhǔn)期為50年為基準(zhǔn)，抗震性能設(shè)置參照《建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定內(nèi)容進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。該工程塔樓裙樓連為一體，面積很大，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮該參數(shù)設(shè)置[1]。裙樓以上塔樓結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算亦按 照上述標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容設(shè)計(jì)，將結(jié)構(gòu)安全等級(jí)定為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度定為7度。計(jì)算抗震設(shè)防烈度時(shí)，地震加速度取0.1 g，地震分組取第二組，場(chǎng)地特征周期取0.4 s，場(chǎng)地類(lèi)別?、蝾?lèi)，取近50年風(fēng)速計(jì)算重現(xiàn)期基本風(fēng)壓為0.45 kN，建設(shè)地面粗糙度為B類(lèi)。

3 結(jié)構(gòu)體系與布局

圖2 首層結(jié)構(gòu)布置圖

該工程為鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，樓體筒結(jié)構(gòu)剪力墻周?chē)穸扔傻撞肯蛏蠈又饾u減少，由400 mm依次減少到250 mm；核心筒內(nèi)壁厚度從下到上依次為300 mm、250 mm、200 mm，連梁高度一般為400 mm。由于塔樓3層和4層層高較大，為保證建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在該處加大連梁高度到門(mén)洞口頂部，形成“強(qiáng)連梁”。筒體外側(cè)由鋼筋混凝土柱組成，主體截面尺寸由下至上逐漸減小，最底部尺寸為1 000 mm×1 000 mm，頂部尺寸為600 mm×600 mm；裙樓框架結(jié)構(gòu)支柱間距為8.4 m。塔樓地下1層為地下室結(jié)構(gòu)，選用該層頂板（標(biāo)高為-1.0 m）作為結(jié)構(gòu)嵌固端，頂板厚度應(yīng)大于200 mm，樓板設(shè)置雙層雙向通長(zhǎng)鋼筋，配筋率應(yīng)大于0.25%。因3層結(jié)構(gòu)與上部完全不同，存在較大的剛度突變現(xiàn)象，應(yīng)適當(dāng)增加3層頂板厚度，取板厚200 mm，設(shè)置雙層雙向通長(zhǎng)鋼筋，最小配筋率為0.25%。2層、4層、5層頂板處于塔樓收進(jìn)部位，板厚取150 mm，選用雙層雙向通長(zhǎng)鋼筋，最小配筋率為0.20%。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

4.1 塔樓模型的建立

該工程因裙樓剛度不大，無(wú)法滿足上部塔樓嵌固設(shè)置的要求，所以，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮塔樓對(duì)裙樓和塔樓間的相互影響。該工程選用塔樓帶裙樓的結(jié)構(gòu)模型，利用計(jì)算機(jī)繪制整體結(jié)構(gòu)模型，以下簡(jiǎn)稱(chēng)整體模型，并利用軟件分析計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)取值范圍和影響作用。另外，裙樓周?chē)鷵跬撂幋嬖谥糠旨袅?，其余也都是框架柱，因此剛度較小，通過(guò)塔樓帶裙樓綜合分析和計(jì)算[2]。

計(jì)算得出各參數(shù)值基礎(chǔ)上建立整體模型，將各實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)輸入模型中，構(gòu)建與實(shí)際條件一致的模擬塔樓和裙樓結(jié)構(gòu)。該整體模型選地下1層頂板（標(biāo)高為-1.0 m）作為嵌固端，頂板厚度為200 mm；B1塔樓沿X方向?qū)ΨQ(chēng)分布，質(zhì)量和剛度也比較均勻，因此，可推斷出該工程塔樓質(zhì)心和底盤(pán)質(zhì)心近乎重合。在Y方向上的A1（A2）、C1（C2）塔樓質(zhì)量及剛度相差較小，兩者中心偏移距離約為邊長(zhǎng)的7%，設(shè)計(jì)規(guī)范中要求偏心距小于20%，因此，該整體模型構(gòu)建滿足規(guī)范要求。在底盤(pán)和塔樓構(gòu)建中，應(yīng)適當(dāng)采取措施減少Y方向的偏心問(wèn)題，減輕扭力對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響?？刹捎迷黾恿航孛婷娣e或增加剪力墻數(shù)量的方式進(jìn)行緩解。

4.2 SATWE單塔模型建立

《高規(guī)》規(guī)定：“對(duì)多塔樓結(jié)構(gòu)，宜按整體模型和各塔樓分開(kāi)的模型分別計(jì)算，并采用較不利的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?！蔽覀儗⒏魉请x散開(kāi)、分別逐個(gè)計(jì)算，計(jì)算時(shí)取塔樓及周?chē)箻歉浇鼉煽缱鳛閱嗡Ｐ停韵潞?jiǎn)稱(chēng)單塔模型；利用計(jì)算機(jī)分析計(jì)算單塔模型的周期比、剪重比、位移比、位移角、剛度比等參數(shù)值[3]，并結(jié)合工程實(shí)際建設(shè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查。

4.3 塔樓與大底盤(pán)間的影響

4.3.1 風(fēng)荷載的建筑群效應(yīng)

通常情況下，計(jì)算建筑群風(fēng)荷載效應(yīng)時(shí)，應(yīng)將單棟樓體的體型系數(shù)乘以相互干擾系數(shù)。而且，多塔結(jié)構(gòu)中一個(gè)底盤(pán)上面可能建設(shè)多個(gè)塔樓結(jié)構(gòu)，且各塔樓高度較為接近，組成一個(gè)高密度高層建筑群，當(dāng)風(fēng)從樓體空隙經(jīng)過(guò)時(shí)，風(fēng)對(duì)塔樓產(chǎn)生風(fēng)荷載作用影響塔樓建筑穩(wěn)定性。因此，應(yīng)利用軟件計(jì)算分析風(fēng)荷載對(duì)建筑群產(chǎn)生的影響，而不是以往僅分析風(fēng)荷載對(duì)單個(gè)建筑產(chǎn)生的作用。以建筑群體型系數(shù)μsm作用軟件分析系數(shù)。

現(xiàn)階段《高規(guī)》并未對(duì)風(fēng)荷載和塔樓間距具體數(shù)值進(jìn)行量化規(guī)定，僅規(guī)定高層建筑群距離較近時(shí)應(yīng)考慮風(fēng)荷載作用影響，根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，迎風(fēng)面寬度設(shè)為B，截面高設(shè)為H，當(dāng)兩塔樓間距大于7.5 B，或風(fēng)向距離大于1.5 H時(shí)，風(fēng)對(duì)建筑群產(chǎn)生的影響十分微弱，可忽略不計(jì)。由此可知，在分析計(jì)算風(fēng)荷載對(duì)塔樓產(chǎn)生的影響時(shí)，可在經(jīng)驗(yàn)距離值范圍內(nèi)分析其影響強(qiáng)弱。此外，當(dāng)塔樓群體高度較低，風(fēng)對(duì)建筑群相互間的影響作用也不會(huì)太明顯，建筑周?chē)歉叨雀哂?/2建筑高度時(shí)，影響作用顯著，應(yīng)對(duì)此進(jìn)行分析。

圖3 風(fēng)荷載效應(yīng)

建筑群相互干擾增大系數(shù)μBF通常由類(lèi)似工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)歸納得出，具體數(shù)值可參見(jiàn)《工程抗風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)》，如表1所示。當(dāng)建筑工程影響因素較為復(fù)雜多變，無(wú)法按照相似經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)自然條件模擬風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)計(jì)算系數(shù)，如表1。

對(duì)于連體結(jié)構(gòu)高層建筑通常兩建筑物距離較近，且高度一致，因此，計(jì)算風(fēng)荷載對(duì)建筑群產(chǎn)生的影響效應(yīng)時(shí)可使用表2確定相互干擾增大系數(shù)。

4.3.2 豎向抗側(cè)剛度

塔樓結(jié)構(gòu)的本質(zhì)為豎向抗側(cè)剛度的突變，因此明確地震作用的水平傳遞途徑和相關(guān)構(gòu)件的受力關(guān)系十分重要[5]。本文以B1塔為研究對(duì)象，塔樓和裙樓頂板交接處的剪力作用大?。篨方向上剪力作用為5 932 kN，Y方向?yàn)? 169 kN；而裙樓頂部的塔樓豎向構(gòu)件受力情況的總和：X方向?yàn)? 868 kN，Y向?yàn)? 225 kN。由此可見(jiàn)：塔樓對(duì)裙樓產(chǎn)生的水平力通過(guò)裙樓頂板部分傳遞到裙樓構(gòu)件中，在通過(guò)構(gòu)建一部分傳遞到基礎(chǔ)上，裙樓構(gòu)件可分散一部分水平力作用，而不是塔樓產(chǎn)生的力完全傳遞到基礎(chǔ)。由于塔樓水平地震力被裙樓頂板構(gòu)件分散一部分，改變了力的傳播途徑，減少了水平力對(duì)基礎(chǔ)的影響程度。因此，本文考慮增加裙樓頂板的剛度，即增加板厚和配筋度，以提高該處剛度。利用PMSAP軟件計(jì)算水平地震作用力大小，結(jié)果顯示：塔樓與裙樓連接處所受應(yīng)力較大。因此，應(yīng)適當(dāng)增加連接處樓板厚度及配筋率。

表1 相互干擾增大系數(shù)μBF

表2 連體結(jié)構(gòu)相互干擾增大系數(shù)μBF

5 重點(diǎn)問(wèn)題

5.1 該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)分析了以下問(wèn)題

1）塔樓建筑3層和4層高度差較大，剛度存在突變現(xiàn)象；為確保各層剛度比值達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求，減少突變現(xiàn)象，可采用在3層和4層樓面設(shè)“強(qiáng)連梁”，適當(dāng)收小4層處的柱截面，剪力墻厚度以及框架梁高度等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)整后剛度數(shù)值如表3。但該“強(qiáng)連梁”會(huì)加大剪壓比，設(shè)計(jì)時(shí)可在“強(qiáng)連梁”中設(shè)水平縫，連梁中配置交叉斜筋等措施，從而使剪壓比達(dá)到規(guī)范要求。此外，還應(yīng)適當(dāng)增大連梁抗剪能力，提高2層和3層支柱剛度值。

表3 裙樓上下層的剪切剛度值/（×107kN/m）

2）為降低建筑施工成本，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少支柱截面，提高支柱配筋率和混凝土強(qiáng)度，以減少支柱截面尺寸，同時(shí)提高軸壓比。

3）大底盤(pán)與上層多塔結(jié)構(gòu)相連問(wèn)題。

由于高層建筑的大底盤(pán)多塔的剛度較大，造成基地受力不均勻，從而導(dǎo)致底板變形，進(jìn)而對(duì)地基基礎(chǔ)造成影響，最終影響建筑整體的安全質(zhì)量。對(duì)于大底盤(pán)復(fù)雜結(jié)構(gòu)建筑綜合體而言，必須解決大底盤(pán)與上層多塔結(jié)構(gòu)相連問(wèn)題。在這一連接過(guò)程中，需采取柔性或剛性防水連接，但是由于現(xiàn)階段柔性防水連接在維修時(shí)需要較為昂貴的費(fèi)用，而剛性連接條件目前并不成熟，大底盤(pán)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)對(duì)于建筑市場(chǎng)而言是亟待解決的問(wèn)題。

5.2 大底盤(pán)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)時(shí)，可以從以下方面進(jìn)行控制

5.2.1 對(duì)混凝土等級(jí)與澆筑的控制

在滿足耐久性、承載力以及防水的基礎(chǔ)上，采用礦渣水泥等低水化熱水泥。同時(shí)，對(duì)砂石骨料的顆粒級(jí)配與含泥量進(jìn)行嚴(yán)格控制?；炷翝仓瓿珊?，按照相關(guān)規(guī)范要求實(shí)行降溫養(yǎng)護(hù)工作，盡量減小混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。

5.2.2 后澆帶的設(shè)置

5.2.2.1 伸縮后澆帶的設(shè)置

設(shè)置伸縮后澆帶的原則、方法應(yīng)與沉降后澆帶保持一致，需重視伸縮后澆帶中梁和板鋼筋之間的貫通，且后澆帶的澆筑工作應(yīng)該在兩側(cè)混凝土澆筑之后的2個(gè)月、上部混凝土澆筑后的1個(gè)月進(jìn)行。澆筑混凝土強(qiáng)度等級(jí)與底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)相比，應(yīng)高一級(jí)，且需強(qiáng)化其養(yǎng)護(hù)工作。

5.2.2.2 伸縮后澆帶的設(shè)置

沉降后澆帶是在施工期間留置的，為了抵抗建筑物不均勻沉降而從基礎(chǔ)開(kāi)始設(shè)置的后澆帶；寬度在800~1 000 mm，豎向垂直留置，地下室部分要采取防水措施；一般40 d以上或按設(shè)計(jì)要求時(shí)間，采用高一級(jí)等級(jí)的混凝土澆筑，且加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文以實(shí)際工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

1）大底盤(pán)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，大底盤(pán)對(duì)塔樓的地震剪力影響較大，在利用計(jì)算機(jī)軟件分析計(jì)算塔樓參數(shù)時(shí)，應(yīng)對(duì)大底盤(pán)對(duì)塔樓受力和力的作用傳遞兩方面進(jìn)行分析，確保塔樓設(shè)計(jì)安全性。

2）工程回填土的壓力作用，應(yīng)采取適當(dāng)措施保護(hù)地下結(jié)構(gòu)，防止在地震水平力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)；在建設(shè)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)建筑時(shí)，應(yīng)注意后澆帶封閉之前結(jié)構(gòu)在土側(cè)壓力作用下產(chǎn)生的傾覆和滑移。本工程設(shè)計(jì)時(shí)在基礎(chǔ)和各層樓板澆筑完成前設(shè)置了鋼管保護(hù)，此種情況可適用較深基坑結(jié)構(gòu)。

3）當(dāng)多棟或群集的大底盤(pán)建筑相互間距較近時(shí)，宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)。一般可將單棟建筑的體型系數(shù)μs乘以相互干擾增大系數(shù)，該系數(shù)可參考類(lèi)似條件的試驗(yàn)資料確定；必要時(shí)宜通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)確定。

4）后澆帶是作為超長(zhǎng)建筑不留溫度伸縮縫及高層建筑高層部分與裙房之間不留沉降縫的技術(shù)措施。因后澆帶的縫寬與墻、板的厚度密切相關(guān)，在設(shè)計(jì)后澆帶的縫寬時(shí)應(yīng)按照墻板厚度進(jìn)行計(jì)算。

[1]冀強(qiáng).新舊《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的對(duì)比[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（03）.

[2]杜亞光，陳軍.大底盤(pán)雙塔結(jié)構(gòu)底盤(pán)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)受力影響[J].山西建筑，2011（32）.

[3]潘近樂(lè).設(shè)計(jì)中高層帶地下室結(jié)構(gòu)嵌固端的合理選取[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013（04）.

[4]張偉，田越鵬.大底盤(pán)非對(duì)稱(chēng)雙塔結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2009（11）.

[5]董旭華，關(guān)二紅.大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)抗震動(dòng)力分析與工程設(shè)計(jì)實(shí)踐[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2009（09）.

[6]蘇駿，劉晴云，季俊杰，陳紅宇.大剛度裙房多塔結(jié)構(gòu)實(shí)用簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法探討[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013（11）.

TU318

A

1673-1093（2015）04-0070-04

劉文優(yōu)（1981），女，浙江余姚人，畢業(yè)于浙江工業(yè)大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)，就職于浙江省臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，工程師，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.04.015

2015-01-24；

2015-01-29