浅析大底盘多塔建筑结构设计

【摘 要】大底盘多塔结构是应用底部相连，上部分开的一种现代高层建筑结构模式。这样的结构占地面积小、容积率高，不但能使建筑在使用功能上得到扩展，对楼体的商业功能极大的拓宽，而且在建筑效果上也有很好的抗沉降与抗震效果。要做好大底盘多塔结构设计，还应在整体分析、基础设计等方面多做研究。

【关键词】大底盘多塔结构；高层建筑；结构设计

高层建筑目前不再只是单纯的用于住宅或是办公场所，而是呈现了综合利用的趋势，为了满足建筑类型与适用功能多样化的要求，20世纪末开始，大底盘结构形式成为了高层建筑的流行建筑模式。大底盘多塔结构就是将不同功能的各部分建筑同建在一个大面积、大空间的底盘上，这样底盘能创造一个较为宽松的空间，用于商用或是其他用处，从而满足了投资者与使用者的多方位要求，并能获得多方位的经济效益。而在大底盘多塔结构整体设计时主要要考虑到地基差异沉降控制、抗震设计、嵌固端的确定、超长地下结构的防开裂措施，是大底盘多塔高层设计中的需要研究与优化的重要问题。

1.嵌固端的选择与相关措施

关于高层建筑的结构设计，首先要分析计算结构的嵌固端位置，然后分析刚度与刚度比。当高层建筑结构的刚度相对大，而地下室层数相对较少时，对嵌固端上方的部分进行结构分析计算比较，考虑抗震扭转周期以外的结构控制指标以及地上土层与楼体结构的受力，计算分析的结果和实际情况差别并不大。而在地下室较多层结构的情况下，若用独塔结构的分析方法忽略地下室影响，其计算结果和配筋数据是偏差较大，则要以整体模型为工程设计依据。

首先，对于地下室层数较少的情况，对于大底盘多塔结构设计，最好的办法是简单化多塔结构设计，使各单体在地下室顶面嵌固。

按照《高层建筑混凝土结构技术规程》中对嵌固端的要求：“高层建筑结构计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室的楼层侧向刚度不应小于相邻结构楼层侧向刚度的2倍。”《建筑结构抗震规范》中也对嵌固端有明确的要求：“地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应避免在地下室顶板开洞口，并应采用现浇结构，其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。”综合两个规范可得，将地下室顶板作为上层结构的嵌固部位必须考虑两个方面的问题，一是地下室与上层的侧向刚度比，另一个是地下室顶板的刚性。

在分析时要考虑到不能满足刚性要求的情况。当地下室不能满足嵌固部位的楼层侧向刚度比要求时，可通过增大竖向结构的截面积和增加构件的数量来加大地下室楼层的侧向刚度。如嵌固部位内侧刚度无法满足时， 应该沿地下室两个水平方向分别取地下室一层层高2到3倍间作为计算地下室刚度的有效范围，这样计算分析的误差处于工程允许的范围内。一般情况下，可沿45°线延伸至底板范围内的竖向构件的抗侧刚度。

当地下室侧向刚度比达到一定范围，仍然要考虑对上部结构的嵌固作用的地下室顶板的刚性能力，地下室楼板的厚度与开洞率都影响着顶板的刚性。当楼板厚度大于180mm，可以按假设刚性计算。若当开洞率超过30%，楼板刚度有所削弱， 楼板弹性和刚性的计算结果差异变大，则不宜采用楼板刚性假定来计算结构内力与位移，因此，要保证地下室顶板的开洞率在30%以下。

同时，当要满足室外地面绿化、过车的需要，主楼以外的地下室顶板会因建筑需要而降低，导致主楼内外地下室顶板标高不一致。因此，如果侧向刚度与地下室的楼板结构同时满足地下室顶板作为上部结构嵌固部位的刚性要求的前提下，可以按嵌固来考虑，但应注意剪力的传递可以承受。

2.大底盘多塔结构地基基础设计的差异沉降控制

沉降是高层建筑设计要重点考虑的问题。土层是一种非弹性介质，大底盘多塔楼结构主楼的荷载将传递于相邻处的地基。荷载应力以塔楼区域为中心，通过基础沿径向向外扩散，但传递与扩散范围有限，这样差异沉降将随着塔楼结构的提升而明显。

高层建筑、地基与基础构成了土层荷载的区域，在三者的相互作用下，由于基础对高层建筑荷载的扩散，荷载存在于一个以塔楼为中心的共同作用范围，造成以各塔楼下面一定范围的区域为沉降中心，基础沉降变形各自向外衰减，多塔结构在各自荷载的共同影响范围内相互叠加。地基反力也是以多塔楼各自塔楼下面某一区域为中心，通过塔楼的裙房基础向外扩散，并在扩散的范围内相互叠加。当实际情况要减薄裙房筏板厚度以节省材料，或者设置后浇带用来调节基础筏板变形时，变截面位置或后浇带位置应设在多塔结构共同作用范围外，通常将该范围界定在主楼沿周边扩延。

大底盘多塔楼结构由于高层主楼与裙房或地下车库的整体作为基础时，相互间的差异沉降是关系到结构安全的关键性问题。《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定在高层建筑的基础和与其相连的裙房基础当不设沉降缝时，应采取有效措施减少差异沉降及其影响。

针对高层建筑工程具体情况，如高层主楼和裙房或地下车库基础均采用桩基时，则按照变形调整原则或土层与基础的承载力计算分析来确定各自桩基的直径、长度和数量，通过调整尽量使主楼和裙房的沉降差缩小，减小其各塔楼差异沉降值。高层主楼采用桩基，裙房或地下车库则可采用天然地基，使其与主楼沉降值接近。

在软土地基荷载能力差异大的区域，高层建筑一般采用桩基，沉降计算值一般在7至15 cm之间。对于单层地下室，顶板以上有一定量的覆土，在正常使用工况下形成抗浮设计，对应于荷载效应对基础地面的附加压力较小并可能为负值，也就是说基本不产生沉降。如果考虑上土体沉降变化的连续性，由于高层与单层地下室两者之间上部荷载的悬殊，较大的沉降差在所难免。

对这种情况，一方面，沿主楼周边，在高层主楼和裙房或地下车库基础之间应设置沉降后浇带，其目的在于消除施工期间相互间产生的不均匀沉降，待高层部分主体结构完成时再连接成整体。采用天然基础的地下室应尽可能减小基础底面积以加大沉降，在满足施工工况及低水位使用工况下抗压承载力的基础上，尽量采用柱下独立基础或条形基础。

3.地下室防裂设计

由于大底盘多塔结构的地下室相对较长，地下室的平面长度和宽度超过100m甚至200m以上，远远超过伸缩缝最大间距，大底盘地下室需要设置沉降缝或伸缩缝，而不设计永久性的伸缩缝。对此结构设计中还必须考虑超长地下室的基础及外墙的防裂问题。

大底盘多塔结构的工程实践中发现，留缝并不是决定结构形变的唯一手段，混凝土裂缝产生的原因与许多因素有关，以下对超长地下室控制混凝土裂缝预防设计要做到以下事项：一是混凝土强度等级不宜太高，在满足承载力和防水要求条件下，应控制在C25至C35强度之间。二是严格控制砂石骨料含泥量与配比，控制降温和加强养护，为减少混凝土硬化过程中的收缩应力。三是设置施工后浇带以释放基础在混凝土硬化过程中的收缩应力，沿基础长度每间隔20米留一道伸缩后浇带，与沉降后浇带搭配设计，带宽800毫米，设在柱距三等分的中间范围内。四是大体积基础底板混凝土，采取分层浇注，阶梯式推进，每层混凝土在初凝前完成上层浇注。五是结合工程实际采用“调”、“抗”、“挖”等技术，细化施工工艺。

4.结论

总之，在大底盘多塔高层的结构设计中，应根据工程与实地的具体情况，合理地确定计算模型的结构设计，综合考虑上述问题。不断提高解决实际问题的能力与强化科技创新水平，为建筑事业的发展多做贡献。

参考文献：

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