大底盘多塔复杂高层建筑结构设计分析

摘要：本文对大底盘多塔楼高层建筑结构体系进行了系统的整理，对大底盘多塔楼高层建筑结构进行了较系统的分析，以便得出一些对工程设计有实际指导意义的结论。

关键词：大底盘多塔楼高层结构的嵌固端；结构设计

1、前言

大底盘多塔楼高层建筑是将底部几层公共空间设置为大底盘，在上部采用两个或两个以上塔楼作为主体的结构，如果上部塔楼间在某些楼层通过连体（如连廊）结构相连，则成为大底盘多塔连体结构。对于大底盘多塔楼结构，大底盘上两个或多个塔楼时，结构振型复杂，且高振型对结构内力的影响大，当各塔楼质量和刚度分布不均匀时，结构扭转振动反应大，高振型对内力的影响更为突出。而且，由于多个塔楼通过底盘或连体相互连接，其振动特性、受力性能、破坏形式、分析模型及计算方法要比一般高层建筑复杂得多。

2、大底盘多塔楼高层建筑结构体系概述

大底盘多塔楼高层建筑结构体系的主要特点是：在多栋独立的高层建筑底部有一个连成整体的大裙房，即形成了大底盘。大底盘多塔楼高层建筑结构在大底盘上一层突然收进，属竖向不规则结构；大底盘上有2个或多个塔楼时，结构振型复杂，并会产生复杂的扭转振动，因此如果结构布置不当，竖向刚度突变，扭转振动反应及高振型影响将会加剧。

在实际工程的设计中，总的来说，大底盘多塔楼高层建筑结构的设计将分为如下两种结构类型进行分别设计：

1）大底盘结构顶层楼板可作为上部多塔楼的嵌固端。通常是下部为地下车库，上部为住宅小区。

2）大底盘结构顶层楼板不能作为上部多塔楼的嵌固端。这种结构形式通常为下部裙房为商场、酒店或其它服务用房，上部塔楼有办公、商住功能的综合性建筑。

从结构设计的角度来说，对于第一种类型，由于大底盘为塔楼部分的嵌固端，各个塔楼在水平和竖向荷载的作用下可以认为是相互独立的，结构内力分析可以分开进行。在这种情况下上部塔楼的结构设计是常规的，可不作讨论。但在进行结构大底盘部分的内力分析时，必须进行整体计算，但由于塔楼的侧各刚度相对于大底盘的侧向刚度来说比较小，因此，上部单个塔楼的在水平地震力作用下对于离塔楼位置较远的大底盘构件产生的影响很小，所以该种情况下对于大底盘的构件内力可以不考虑由于上部多塔楼的存在而对大底盘产生的复杂影响。计算单个塔楼时，要考虑相关范围的设计。鉴于此，《高层建筑混凝结构技术规程》中并未把此类结构形式归为复杂高层建筑。同样的，在结构设计中，对于紧身荷载作用下，需要进行整体模型计算，来进行基础等构件的设计，在水平荷载作用下，不需要对整体模型进行多塔相互影响的复杂结构分析。

对于第二种类型，由于多塔楼抗侧刚度同大底盘抗侧刚度相差不大，就必须考虑塔楼对于底盘结构整体的影响，若上部存在多个塔楼，则必须分析水平荷载作用下由于不对称的多塔楼的丰在，而引起大底盘产生的结构扭转效应，属平面不规则结构；另外，在整体计算的时候，该种结构在大底盘顶层侧向刚度同上层塔楼比较，必然存在刚度突变的情况，属于竖向不规则结构。综全以上几种原因，第二种类型的大底盘多塔楼结构在《高规》中把它列为复杂高层建筑结构。

大底盘多塔楼结构的这两种结构类型根本区别在于，上部塔楼是否可以把大底盘顶层楼板作为其嵌固部位，同时，底部大底盘是否为地下室。《高规》5.3.7条规定，高层建筑结构整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2.

在实际工程设计中，有很多带地下车库的住宅或商业建筑在出了大底盘顶层以后，上部结构设置防震缝，将结构分为多个无联系的塔楼来设计；而在地下室部人的塔楼范围内或附近则加大竖向构件的侧向风度，保证大底盘顶层楼板可以成为上部结构的嵌固端。如此一来，该种结构就变成了第一种类型的大底盘多塔楼结构，设计比较简单，构造措施也较为常规。但在一些情况下，由于建筑立面或建筑功能的特殊要求，高层多塔楼结构在地面以上的裙房部分不允许设置抗震缝，即裙房部分仍为整体大底盘部分，裙房以上整个结构就根据功能要求分为多个塔楼，这样的结构体系，裙房顶层的抗侧刚度一般不可能比相邻上部塔楼楼层抗侧刚度大很多，所以，基本上这种建筑就属《高规》所列复杂高层建筑。设计中必须加以仔细计算分析和认证。

大底盘多塔楼结构设计工程中，当大底盘顶层不能作为上部多塔楼的嵌固端时，这样，结构在水平地震力和风荷载作用下，各塔楼的受力、变形受到大底盘结构各楼层特别是大底盘顶层在平面内的约束，在水平地震作用下，不对称大底盘多塔楼结构由于整个结构的不对称性将在水平地震作用下产生明显的的扭转作用。

《建筑抗震设计规范》（GB5001-2010）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）将大底盘多塔楼结构定义为复杂高层建筑并提出了一些概念性及构构造性的要求，规范要求各塔的层数、平面和刚度宜接近；塔楼对底盘对称布置；上部塔楼综合质心与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%。且多塔的平面布置尽量对称、规则，减少扭转的不利影响，同时要求连接各塔楼的大底盘屋面及大底盘上、下楼层应具备足够的平面强度及保证在水平地震作用下各塔楼的协同作用。

大底盘多塔楼结构在水平荷载的作用下的整体设计，事实上就是结构的抗扭设计，对于大底盘多塔楼的抗扭设计主要应满足三个方面的要求：1.大底肋平面布置应力求规则、刚度均匀以保证大底盘有足够的抗扭刚度。2.各塔楼自身应为一个独立抗扭能力的单塔结构，其各层的抗侧、抗扭刚度自底到顶应连续可靠。3.在大底盘顶层至各塔楼底层，层抗扭风度的突变层，设计时应进行有限元分析并采取适当措施加强。

3、大底盘多塔楼高层建筑结构设计控制指标

1）大底盘多塔楼结构，按整体和分塔楼计算模型分别验算整体结构和各塔楼结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期的比值， 不应大于0.85。限制周期比就是限制结构的抗扭刚度不能太弱。

2）结构的扭转位移比。限制扭转位移比主要是限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。

3）规范要求控制结构楼层的层间位移比。

4）上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%。

5）底盘高度超过房屋高度20%的多塔楼结构设计，在体型收进处宜采取措施减小结构刚度的变化，上部收进结构的底部楼层层间位移移不宜大于相邻下部区段最大层间位移角的1.15倍。

6）抗震设计时，体型收进部位上、下各2层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级宜提高一级采用。

7）结构偏心收进时，应加强收进部位以下2层结构周边竖向构件的配筋构造措施。

由于目前新建住宅和商业建筑规模越来越大，小区景观调序、绿化有地、公共广场等建设标准也越来越高，这同时也造成了停车位的紧张，因此出现了很多整体式大底盘地上室、大底盘商场，上部多塔楼（住宅或商业）的建筑结构体系来缓解上述要求。而且，作为停车场使用的地下室这年来呈现出越做越大、上下塔楼的个数越来越多的趋势。 这种超长超宽整体式大底盘地下室、上部多塔楼的结构设计比较复杂的。设计人员应根据不同的情况，不同对待。