多塔大底盤結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化設(shè)計探討

1、<p>　　多塔大底盤結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化設(shè)計探討</p><p>　　【摘 要】多塔大底盤結(jié)構(gòu)建筑是上世紀90年代出現(xiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式[1]，它是將不同功能的各部分建筑同建在一個大的空間底盤上，在底盤上下創(chuàng)造一個較為寬松的商業(yè)空間或共享空間，從而滿足了用戶對建筑多功能的使用需要，并且該結(jié)構(gòu)具有占地面積小、容積率高等顯著經(jīng)濟效益。本文以具體的工程為例，介紹了多塔大底盤結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計要求，重點針對多塔大底盤結(jié)構(gòu)

2、設(shè)計計算進行了闡述，并對大底盤結(jié)構(gòu)地下室的經(jīng)濟性分析和優(yōu)化設(shè)計作了一些簡單的探討，提出了幾點經(jīng)濟可行的技術(shù)措施建議。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】多塔大底盤結(jié)構(gòu)；設(shè)計要求；計算分析；經(jīng)濟性；優(yōu)化設(shè)計 </p><p><b>　　1.引言 </b></p><p>　　隨著我國城市化進程的加速，建筑行業(yè)快速發(fā)展，各地高層建筑已逐漸向體形復雜

3、、功能多樣的綜合性方向發(fā)展，以滿足人們對生活和工作環(huán)境的空間需求。而多塔大底盤建筑的不斷增多，正是因為它滿足了用戶對建筑多功能的使用需要?，F(xiàn)結(jié)合某小區(qū)多塔大底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計過程總結(jié)一些設(shè)計體會 。 </p><p>　　2.工程概況和結(jié)構(gòu)體系 </p><p>　　某小區(qū)由4棟塔式高層住宅樓組成，設(shè)有3層裙房、2層地下車庫及設(shè)備用房，總建筑面積12.59萬m2，塔樓總面積為7.77萬m2，地下

4、室及裙房總面積約4.82萬m2。本工程塔樓結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系為剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室塔樓以外部分為框架結(jié)構(gòu)，樓面為現(xiàn)澆混凝土樓板，基礎(chǔ)為高強砼預應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，地下室底板為帶承臺柱帽無梁筏板結(jié)構(gòu)體系。各部位采用的混凝土設(shè)計強度等級分別為：地下室底板和外墻為C30，地下框架部分為C40，地下梁板除首層為C35外，其它部分均為C30。 </p><p>　　3.多塔大底盤結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計要求 </p><p&

5、gt;　　多塔結(jié)構(gòu)在底盤上一層的平面布置有劇烈變化，上部結(jié)構(gòu)突然收進，屬于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)；塔樓與底盤的結(jié)合部結(jié)構(gòu)豎向剛度和抗力發(fā)生突變，容易形成薄弱部位等。為規(guī)范這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計，結(jié)合以往工程經(jīng)驗，總結(jié)需要注意的幾點基本設(shè)計要求： </p><p>　?。?）塔樓對底盤宜對稱布置，塔樓群體質(zhì)心宜接近大底盤的質(zhì)心，塔樓與底盤質(zhì)心的距離不宜大于底盤相應(yīng)邊長的20%，以減少塔樓偏置對底盤的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 </p>

6、<p>　　（2）多塔結(jié)構(gòu)振型復雜，且高振型對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響較大，當各塔樓質(zhì)量和剛度分布不均勻時，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動反應(yīng)較大，因此各塔樓的樓層數(shù)、平面布局、豎向剛度及結(jié)構(gòu)類型宜接近。 </p><p>　?。?）塔樓與裙房連接體的相連的外圍柱，剪力墻從固定端至裙房屋面上一層的高度范圍內(nèi)，在構(gòu)造上應(yīng)加強。 </p><p>　?。?）抗震設(shè)計時，與主樓相連的裙樓抗震等級除符合自身設(shè)計

7、要求外，不應(yīng)低于主樓的抗震等級。 </p><p>　?。?）為保證大底盤與塔樓整體工作，底盤屋面板應(yīng)加厚，不宜小于150mm，板面負彎矩鋼筋宜貫通并應(yīng)加強配筋構(gòu)造措施；底盤屋面上，下一層的樓板也應(yīng)加強構(gòu)造措施。 </p><p>　　4.多塔大底盤結(jié)構(gòu)的計算分析 </p><p>　　4.1 結(jié)構(gòu)的特點 </p><p>　?。?）多塔的風

8、荷載一般結(jié)構(gòu)計算軟件處理原則是塔間距大于1m，則按獨立的迎風面考慮風荷載來計算，小于1m則自動不算。在計算風荷載時，本工程建筑的各塔樓都有各自獨立的迎風面?？梢圆豢紤]各塔樓間的相互影響，考慮到各塔樓之間的間距都比較大，也不用考慮風力相互干擾的群體效應(yīng)。 </p><p>　　（2）結(jié)合本工程實際情況，每個塔樓都有獨立的變形，塔樓的變形僅與該塔樓本身、與底盤的連接關(guān)系和底盤的受力特性有關(guān)，而各塔樓之間沒有直接影響，

9、且各塔樓的高度、剛度相差都比較小，因此，在抗震設(shè)計時，可以不考慮塔樓間的相互影響作用。 </p><p><b>　　4.2 結(jié)構(gòu)模型 </b></p><p>　　多塔結(jié)構(gòu)通常采用以下兩種計算模型： </p><p>　?。?）離散模型：切分大底盤，將各個塔樓分成完全獨立的單塔樓結(jié)構(gòu)分別計算分析。根據(jù)規(guī)范要求，分塔計算時，當塔樓周邊的裙樓超過

10、兩跨，分塔至少附帶兩跨裙樓進行設(shè)計?？紤]到多塔樓結(jié)構(gòu)振動形態(tài)復雜，整體模型計算有時不容易判斷結(jié)構(gòu)的合理性；需增加分塔樓模型分析，取兩者不利結(jié)果進行設(shè)計。但是離散模型的切分方法，是不得已而為之的方法，它存在某些顯然的不理想性。而在各個塔樓結(jié)構(gòu)體系不一致，或塔樓層數(shù)或質(zhì)量剛度相差很大，或塔樓布置不規(guī)則不對稱，塔樓間的相互影響不能忽略時，則應(yīng)考慮采用其它計算分析方法進行補充，例如彈性動力時程分析、彈塑性靜力或動力分析驗算等方法。 </p

11、><p>　?。?）整體模型：將各塔樓和底盤綜合在一起，作為一個整體結(jié)構(gòu)計算分析。 </p><p>　　顯然，整體模型比離散模型計算分析更簡單便利，所以計算時優(yōu)先采用整體模型。國內(nèi)流行的有限元SATWE軟件可實現(xiàn)多塔結(jié)構(gòu)的整體計算，現(xiàn)該軟件已更新至可以將多塔結(jié)構(gòu)的大多數(shù)控制參數(shù)整體計算分塔輸出，如位移比（層間位移比）、層間側(cè)移剛度比、層間受剪承載力比、剪重比等。進行全樓構(gòu)件內(nèi)力和配筋的計算時

12、，還可以將整體計算的有關(guān)數(shù)據(jù)（如上部結(jié)構(gòu)荷載與剛度）傳給基礎(chǔ)，接力進行基礎(chǔ)設(shè)計。 </p><p>　　5.大底盤地下室經(jīng)濟性的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　近年隨著各地的高層建筑的迅速發(fā)展，建設(shè)規(guī)模的日益增大使得工程造價不斷提高，在如今物價飛漲和貸款利率不斷調(diào)高的經(jīng)濟形勢下，嚴格控制工程造價成為建設(shè)方的重中之重。由于建筑物地下部分的工程造價占整個項目的35%左右，因此，考慮把地下室

13、這一部分做得安全和經(jīng)濟合理，成為整個項目中的重點。結(jié)合本文所舉案例的大底盤地下室設(shè)計過程中的一些經(jīng)驗，重點介紹設(shè)計中為實現(xiàn)各構(gòu)件配筋量的優(yōu)化，針對地下室基礎(chǔ)、外墻、梁板水平構(gòu)件、板鋼筋所采取的技術(shù)措施、受力體系和可行的計算方法等，供同行參考。 </p><p>　?。?）根據(jù)地質(zhì)情況，本工程采用的是樁基礎(chǔ)，地下室共2層，考慮到大底盤地下室的底板必須要進行抗浮設(shè)計，所以決定采用帶承臺柱帽無梁筏板的地下室底板結(jié)構(gòu)。在

14、結(jié)構(gòu)受力原理上，其主要特點是根據(jù)無梁樓蓋的計算原理，利用樁承臺大柱帽的客觀存在來減少無梁筏板主控內(nèi)力――柱上板帶承臺邊筏板的支座彎矩，從而減少柱上板帶支座彎矩的配筋，充分發(fā)揮了柱基承臺柱帽承載力和剛度的作用。在初步計算時根據(jù)無梁樓蓋的經(jīng)驗系數(shù)法及承臺柱帽無梁筏板的修正系數(shù)[4]，對柱上板帶跨中彎矩、柱上板帶承臺邊支座彎矩、柱上板帶承臺柱邊支座彎矩等進行了估算，確定了底板厚度為500mm，承臺厚度由1.6m增加到1.8m，并用ETABS軟

15、件建立了分析計算模型求出了各部分最大彎矩值。根據(jù)計算，底板面、板底通長筋均為16@200，板底附加筋均為12@200，承臺底筋為22@150.經(jīng)比較，這種結(jié)構(gòu)相對于基礎(chǔ)梁大板式基礎(chǔ)而言，更具有經(jīng)濟合理、施工方便、容易保證工程質(zhì)量的特點?？梢妿С信_柱帽無梁筏板結(jié)構(gòu)體系具有明顯的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟優(yōu)勢，詳細的經(jīng)濟比較和施工優(yōu)勢參見文獻[5]。 </p><p>　?。?）本工程2層地下室，地下室外墻承受的水平荷載及鋼筋混凝土的

16、用量都非常大，如何把這部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計得經(jīng)濟合理，也是本工程設(shè)計中必須考慮的問題。本工程設(shè)計中把樓板和基礎(chǔ)底板作為地下室外墻的支承點按單跨梁或多跨連續(xù)梁計算，按考慮塑性變形內(nèi)力重分布來計算負彎矩，這樣有利于節(jié)省豎向鋼筋的用量。地下室外墻一般配置較多的豎筋，本工程對受力最大的支座負彎矩處采用跨中直通筋加附加鋼筋的方法，既達到節(jié)省鋼筋的目的，也能滿足結(jié)構(gòu)受力要求并抑制裂縫的發(fā)展。詳細的做法是根據(jù)計算簡圖的跨中彎矩配置豎向直通鋼筋，而在支座處采