双塔大底盘结构设计及抗震设计

摘要：本文主要研究双塔大底盘结构工程设计，介绍了双塔大底盘结构形式，分析了这种结构形式的优势，结合工程实例对双塔大底盘结构工程设计进行了研究，重点进行水平楼盖的设计和抗震结构设计，

关键词：双塔大底盘结构 设计

中图分类号：S611文献标识码： A

现代高层建筑是社会高度发展的象征，随着城市化进程的逐渐发展，高层建筑越来越多，结构形式也更加复杂，这是商业化、工业化和城市化发展的必然结果【1】。轻质高强的材料和更加先进的结构形式被逐渐应用到高层建筑结构中，高层建筑结构的功能和外形更加复杂多变，其中双塔大底盘结构体系作为一种新颖的结构形式，有着很高的研究价值。

一、双塔大底盘结构

双塔大底盘建筑结构主要有大底盘和双塔两个组成部分。

1.大底盘。外观上来看，大底盘是双塔的支撑；在结构上，大底盘和塔楼之间的连接形式是多种多样的。底盘和塔楼之间在竖向分布上并不连续，大底盘和上部塔楼之间连接层的连接位置需要设置转换层，这种结构形式在住宅塔楼中比较常见，为了使大底盘有较大的内部空间和大面积，能够用作商场等其他商业场所空间，大底盘通常设计成少量剪力墙的框架结构，只在电梯和楼梯间布置较少的剪力墙，这种结构形式使得的大底盘的刚度并不比上层结构大，甚至可能柔性比上层结构更大【2】。而大底盘和塔楼之间的竖向载荷分布比较均匀，上部塔楼结构通过竖向构件穿过了大底盘延伸至基础，保证了塔楼结构的连贯性。除了塔楼穿过地盘的结构之外，大底盘其他部分大都为空间架构，这种情况下地盘架构往往比塔楼大，从而导致了这种形式不利于进行大底盘空间的建筑布置。

2.塔楼。按照建筑材料能够分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢与混凝土组合结构等形式，基本结构有框架结构、剪力墙结构和框筒结构、筒体结构等。对于双塔，如果两个塔楼刚度、质量分布等完全一致，则认为两个塔楼对称，否则视为不对称。在静力角度研究时，两个塔楼的结构刚度是主要判断依据；而从动力角度分析，结构的对称与否取决于结构的频率和阻尼【3】。

二、大底盘双塔结构布置

1.双塔大底盘结构特点。在双塔结构底部有连接成为整体的大裙房，形成大底盘。双塔大底盘结构在大底盘某层突然收紧，截面变化比较突然，如果结构形式设计不当有可能造成严重的建筑工程质量问题。

2.大底盘双塔结构布置和构造加强措施：

（一）塔楼地盘尽量选择对称布置，要求塔楼结构质心和底盘结构质心之间的距离不能大于底盘边长的20%。中国建筑科学研究院建筑结构研究所的相关研究表明楼塔在底盘上部的收紧造成了结构形式的突变【4】，导致了比较严重的应力集中，而结构布置又产生了塔楼与底盘的偏心，会进一步加剧了结构的扭转振动反应。所以在进行结构设计时，要尽量缩小塔楼和底盘的偏心。

（二）进行抗震设计时，一般不能在底盘层面上层塔楼内设置转换层，如果上层塔楼中有转换层则需要采取相应的抗震措施。

（三）如果各个塔楼质量和刚度之间差别较大，结构上分布不均，需在大底盘设防震缝将两塔楼分隔。

三、双塔大底盘结构的水平楼盖设计

水平楼盖受到建筑跨度和层高的限制，设计时要求水平楼板的高度能够尽量降低，这就需要对水平楼板的结构进行合理的设计，优化设计方案，使楼板能够尽量降低高度但是又能够保证各项尺寸要求。

（一）板结构楼盖。在双塔之间设置框架梁和普通楼板水平结构体系，承受竖向载荷，并且用以传递水平地震作用，在满足结构变形和受力情况下框架梁梁高设置为跨度的1/8到1/12，如果梁高度过大很可能会影响建筑物竖向管线的布置。

（二）梁控制技术。应用SATWE程序进行预应力梁恒载和活载作用内力标准值的计算，梁裂缝和挠度的控制通过配置预应力筋完成，预制梁止截面裂缝控制等级为二级，选择强度为C40的混凝土和HRB4OO钢筋，选择钢绞线作为预应力筋。

四、工程实例

某工程地下两层，地上有两个高层，为双塔大底盘结构。双塔结构在大底盘上1层平面布置发生了变化，在塔楼和大底盘的连接处存在较大几何突变，形成了较大的应力集中，是双塔结构中比较脆弱的环节。在对大多震害进行研究后发现通常情况下破坏程度最严重的通常都是塔楼和大底盘之间的连接位置和上下一层结构，所以进行抗震设计时，对塔楼和大底盘的衔接处的抗震设计是关键环节。多塔结构进行参数设置需要设定为复杂高层结构，选择25个振型。

1.重要参数的控制。本高层建筑对称，选择A座作为典型进行计算。

（一）位移比。位移比主要控制结构平面的不规则度。相关规范对位移比有着明确的规定，要求楼层竖向构件最小水平位移和层间位移不能超过楼层平均值的1.5倍。

（二）刚度比。抗震设计高层建筑结构楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%，该数值必须满足要求，避免因为数值不合理造成的结构失稳。

塔大底盘结构如下图：

图1双塔结构简图

本结构采用钢框架偏心支撑体系，用偏心支撑体系做抗侧力体系，设计剪切型耗能梁段，保证更加优良的耗能梁段耗散地震能量特性。本结构采用双轴对称双塔结构，保证整体结构受力对称，设计底部大开间底盘4层，层高3.3m，上部开间塔楼为18层，层高3米，结构总高度68.5m，左右两个塔间距29.6米。

之后计算文中耗能梁段，长度为1m，抗震性能优秀，箱型截面尺寸为边长x边长x壁厚。下表简单介绍了结构构件尺寸。

表1结构构件尺寸

楼层 梁截面尺寸 角柱截面尺寸 边柱截面尺寸 中柱截面尺寸 支撑界面尺寸

1-4 H型截面

650x240x10x10 箱型截面

420x420x18 箱型截面

430x430x40 箱型截面

420x420x50 H型截面

240x160x10x14

5-22 H型截面

580x240x12x10 箱型截面

450x450x18 箱型截面

420x420x28 箱型截面

420x420x50 H型截面

250x200x10x15

五、双塔大底盘结构抗震设计

采用双塔大底盘带偏心耗能支撑结构，获得更好的抗震性能。

1.建立结构基本动力方程矩阵，求得动力反应，对矩阵进行求解。建立结构模型，抗震计算采用平扭耦联计算结构扭转效应，多塔楼结构振型数不能小于塔楼数9倍数，本文选用18的振型数。房屋整体建模和分塔计算地震力和楼层剪力差异不大。

2.结构缝。高层和商业裙房之间地上部位需要设置抗震缝兼伸缩缝，缝宽不小于130mm，实际取150mm，地下不需设置抗震缝和伸缩缝，但是要设置沉降后浇带减少施工期间沉降。

3.后浇带。施工后浇带有沉降后浇带和收缩后浇带，用于控制高层和低层裙房间差异沉降，同时还能够减少钢筋混凝土收缩变形。施工后浇带可以理解为是整个建筑物和基础施工中预留的缝，具有多种变形缝的功能，需要着重考虑一种功能，以及其他附带功能。

施工后浇带需要选择设置在结构受力较小的位置，在梁板变形缝反弯板之间比较合理。后浇带的配筋要能够承担浇筑混凝土后差异沉降产生的内力，宽度通常都在800-1000mm之间，通常都按照结构构造要求制定。

结束语：

近些年来多塔大底盘结构在各地房地产建设中的应用都比较广泛，因为这种结构形式能够提供更大的底层公共空间和商业空间，还能有拥有面积更大的车库。本文重点研究了双塔大底盘结构的工程设计，结合工程实例，对该结构的主要设计内容和相关技术原则进行了讨论，通过研究，简化了双塔大底盘结构的结构设计，提高了设计的合理性、经济性和安全性。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部工程质量安全监管司、中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施[J].北京：中国计划出版社，2011.

[2]高层建筑结构空间有限元分析与设计软件 SATWE（墙元模型）[J]中国建筑科学研究院 PKPMCAD 工程部，2010.11

[3]林家浩.串联多自由度体系弹塑性地震反应分析[C] //地震工程论文集.北京:科学出版社,2012.

[4]CraigR R.结构动力学[M].常岭,译.北京:人民交通出版社,2011.