论多塔楼结构设计

摘 要多塔楼结构的主要特点在多个多、高层建筑的底部有一个连城整体的大裙房，形成大底盘；针对多塔楼的结构设计，本文提出个人的设计观点以供探讨。

关键词多塔楼；结构设计；构造；规定

中图分类号：S611文献标识码： A

中图分类号： TU2 文献标识码：Ａ

1 多塔楼结构定义

多塔楼结构的主要特点是，在多个多、高层建筑的底部有一个连城整体的大裙房，形成大底盘；当1幢高层建筑的底部设有较大面积的裙房时，为带底盘的单塔结构，这种结构是多塔楼结构的一个特殊情况。对于多个塔楼仅通过地下室连为一体，地上无裙房或有局部较小裙房但不连为一体的情况，一般不属大底盘多塔楼结构。

2多塔楼结构布置和构造的有关规定

2.1带大底盘的多高层建筑，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；如结构布置不当，竖向刚度突变、扭转振动反应及高振型影响将会加剧。因此，多塔楼结构（含单塔楼）设计中应遵循下述结构布置的要求：

（1）塔楼对底盘宜对称布置，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%（《高规》第10.6.1条）。

1995年日本阪神地震中，有几幢带底盘的单塔楼建筑，在底盘上一层严重破坏。1幢5层的建筑，第一层为大底盘裙房，上部4层突然收进，而且位于大底盘的一侧，上部结构与大底盘结构质心的偏心距离较大，地震中第2层（即大底盘上一层）严重破坏；另1幢12层建筑，底部2层为大底盘，，上部10层突然收进，并位于大底盘的一侧，地震中第3层（即大底盘上一层）严重破坏，第4层也受到破坏。

中国建筑科学研究院建筑结构研究所等单位的试验研究和计算分析也表明，塔楼在底盘上部突然收进已造成竖向刚度和抗力的突变，如结构布置上又使塔楼与底盘偏心则更加剧了结构的扭转振动反应。因此，结构布置上应注意尽量减少塔楼与底盘的偏心。

（2）抗震设计时，带转换层塔楼的转换层不宜设置在底盘屋面的上层塔楼内，否则应采取有效的抗震措施（《高规》第10.6.2条）。

多塔楼结构中同时采用带转换层结构，这已经是两种复杂结构在同一工程中采用，结构的竖向刚度、抗力突变加之结构内力传递途径突变，要使这种结构的安全能有基本保证已相当困难，如再把转换层设置在大底盘屋面的上层塔楼内，仅按规范和其他各项规定设计也很难避免该楼层在地震中破坏，设计者必须提出有效的抗震措施。上面介绍的日本阪神地震的震害很值得我们吸取经验教训。

（3）多塔楼建筑结构的各塔楼的层数、平面和刚度宜接近（《高规》第10.6.1条）。

中国建筑科学研究院建筑结构研究所等单位进行了多塔楼结构的有机玻璃模型试验和计算分析说明，当各塔楼的质量和刚度不同，分布不均匀时，结构的扭转振动反应大，高振型对内力的影响更为突出。如各塔楼层数和刚度相差较大时，宜将裙房用防震缝分开。

（4）结构布置中不允许上述3中不利的结构布置同时在一个工程中出现。

2.2 多塔楼结构的设计除需符合《高规》的各项有关规定外，尚应满足下列补充加强措施：

（1）为保证多塔楼（含单塔楼）建筑结构底盘与塔楼的整体作用，底盘屋面楼板厚度不宜小于150mm，并应加强配筋构造，板面负弯矩配筋宜贯通；底盘屋面的上、下层结构的楼板也应加强构造措施。当底盘楼层为转换层时，其底盘屋面楼板的加强措施应符合《高规》第10.2.20条及关于转换层楼板的规定（《高规》第10.6.3条）。

（2）抗震设计时，对多塔楼（含单塔楼）结构的底部薄弱部位应予以特别加强。多塔楼之间的底盘屋面梁应予以加强；各塔楼与底部裙房相连的柱、剪力墙，从固定端至裙房屋面上一层的高度范围内，柱纵向钢筋的最小配筋率宜适当提高，柱箍筋宜在裙房屋面上、下层的范围内全高加密；剪力墙宜按《高规》第7.2.16条的规定设置约束边缘构件（《高规》第10.6.4条）。

2.3当塔楼为底部带转换层结构时，应满足《高规》第10.2节的各项规定。

3多塔楼结构计算的步骤

（1）多塔楼结构，每个塔楼都有独立的迎风面，在计算风荷载时不考虑各塔楼的相互影响。每个塔楼都有独立的变形，各塔楼的变形仅与塔楼本身因素与底盘连接的关系和底盘的受力特性有关，各塔楼之间没有直接影响，而有通过底盘产生的间接影响。

（2）多塔结构，也应按《高规》4.3.5条规定，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，在刚性楼板假定条件下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值比值，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一周期的比值，均应符合该条要求。

（3）位移比控制计算应考虑各塔楼之间的相互影响，将各塔楼连同底盘作为一个完整的系统进行分析，即采用“整体模型”，各塔楼每层为一块刚性楼板，各塔楼相互独立。计算出每个塔楼每层及底盘各层最大水平位移与平均水平位移的比值，最大层间位移与平均层间位移的比值。

在方案设计阶段各塔楼的位移控制计算也可如同周期比控制计算一样采用“离散模型”。但大底盘各楼层的位移控制应采用“整体模型”。

（4）周期比控制计算，由于目前没有计算多塔情况下每个振型的平动因子和扭转因子的方法，只能近似地采用“离散模型”，即将各塔楼分离开进行计算。

（5）多塔结构的构件内力分析和截面设计计算时，应将各塔楼连同底盘作为一个完整的系统进行分析，即采用“整体模型”，同时楼板也应根据具体情况，采用刚性或弹性假定。

在构件内力分析时，当楼层竖向构件最大水平位移和层间位移与平均值比值大于1.2倍时，还应按双向地震作用但不考虑偶然偏心影响进行计算。单向地震作用和双向地震作用均应按扭转耦联振型分解法进行计算。

（6）采用SATWE分析软件，“整体模型”计算所得多塔结构的周期是整个结构系统的周期，一般情况下难以区分是哪个塔楼的周期。

参考文献：

[1]GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2]JGJ 3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[3]多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件(墙元模型)SATWE用户手册与技术条件[M].2005.