多塔楼结构高层建筑设计控制指标研究

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【摘要】现在一些小区和商住综合楼楼群中，为了有更加舒适的生活环境，解决越来越多的汽车停放位置，建筑物之间设有庭院绿化，开发利用地下库房设置车库，并与楼房连通，这是近年来出现并得到广泛运用的一种建筑结构形式。多塔楼在现在越来越拥挤的社会中，备受关注，得到广泛的关注。本文简要研究多塔楼结构高层建筑设计控制指标。

【关键词】多塔楼 设计 指标

前言：概念设计是展现先进设计思想的关键，因此建立科学的设计理念和正确的整体结构思路比单纯的结构计算更为重要。多塔结构通常采用两种计算模型。第一是离散模型，将各个塔楼分成完全独立的单塔楼结构分别计算，忽略个塔楼之间的相互影响，是不得已的分析方法，目前整体模型分析法很难反映各塔楼之间不同的扭转特性，因此各塔楼的周期比要采用离散模型来得到。第二是整体模型，是将各塔楼综合在一起，作为一个整体结构计算分析。显然在可以采用整体模型是应当优先采用。

一、多塔楼结构的定义

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成整体的大底盘。当一栋高层建筑的底部设计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小裙房但是不连为一体的情况，一般不属于多塔楼结构。――《多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例》李国胜著

二、“调”“抗”“放”整体结构体系设计

多塔楼通常在上部采用两个或者两个以上的塔楼作为主体的结构，如果上部塔楼在某些楼层通过连体相连，那么就构成了多塔楼的连体结构。当有两个或者两个以上塔楼时，结构振型复杂，并会产生复杂的扭转震动，如果结构布置不当，竖向刚度突变、扭转震动反应及高振型影响将会加剧，而且由于多个塔楼通过地盘或者连体相互连接，其振动特性、受力性能、破环形式、分析模型及计算方法要比一般高层建筑复杂得多。

“调”就是通过调整荷载和抗力重心差，调整上下刚度差，调整传力途径和方向，通过合理布桩，选择正确的桩型和稳定的持力层，按照整体计算分析结果调整桩长、桩直径和利用回填土增加自重、加强施工期间的沉降观测，开展动态管理，按照沉降结果调整施工顺序，努力消除差异沉降对结构的不利影响，同时要控制施工和使用期间的温度差，减少内外温度差、日照温差和季节温差对工程的不利影响。

“抗”就是按照实际的受力状况设置抗压桩和抗拔桩。基础、地下室外墙、地板和顶板的结构设计满足各种受力工况下的强度、刚度、稳定性和耐久性要求，可以采用补偿收缩混凝土新技术，同时对重点部位和重点区域适当提高配筋率，用以提高钢筋混凝土结构和抗裂抗渗的能力。

“放”就是在“调”和“抗”都还能满足建筑施工设计要求时，采取直接将部分应力释放的上级方法。例如，超大地下室在和在差异较大的部位设置沉降型施工后浇带，当沉降趋于稳定后封闭，以减少混凝土的收缩应力和施工期间差异沉降产生的附加应力，同时注意与地下人行街之间设置沉降脱开。

三、抗震作用计算

在抗震作用计算中，SATWE提供了平动分析和藕连分析两种办法。对于平面形状比较规则、质量和刚度分布基本均匀对称的机构可以只采用平动分析，但是对于平面形状明显不规则、质量和刚度分布明显不均匀不对称的结构，就必须采用平动分析和藕连分析分别计算。因为藕连分析计算得到的仅是在扭转下少数周边构件的地震反应，所以可以根据这个结果设计一些构件，但是其他大部分构建的内力、配筋应当按照平动分析和藕连分析计算比较，选择比较不利的结果进行设计（一般情况而言，平动分析的结果更加不利）。

对于非复杂的高层建筑结构，可采用振型分解法计算。SATWE对振型分解法提供三种楼层侧向刚度计算方法：剪切刚度、剪弯刚度及楼层剪力和层间位移比值，这三种算法计算结果差异较大，且具体含义也大不相同。

四、整体设计研究

多塔楼结构整体分析中必须要掌握嵌固端的确定及其影响、水平地震作用下大底盘多塔楼结构的扭转反应控制、转换层层高对侧向刚度比的影响和控制、大底盘多塔楼结构地基基础设计实例、以及计算软件在大底盘多塔楼结构设计计算中的问题研究。

（1）多塔楼结构嵌固端问。在结构刚度需求大，地下室层数比较少，但是塔数较多，而且上部布置复杂的大底盘多塔楼结构，可对嵌固端以上部分进行离散的结构分析，这样其结构控制指标以及相应地上部分的受力分析结果和实际情况差别不大；但是在多层地下室情况下，如果忽略地下室影响单独取各塔结构分析，那么其计算结果和配筋数据是不太安全的，就必须要以整体模型为工程设计依据。

（2）对在水平地震作用下多塔楼结构的扭转反应控制。在结构设计包括位移比计算中，单向地震作用计算应考虑偶然偏心。因为设计中无论结构平面布置对称与否，都需要考虑偶然扭转的影响，因此对于平面不规则结构，还应进一步考虑双向地震的扭转效应，但是双向地震扭转效应的计算在不计偶然偏心的结构模型上进行，设计中取两者的不利情况作为设计方案来研究；扭转不规则或特别不规则的机构是由位移比及周期比的限值加以定量来判别的，如果结构位移比超过常规限值时，比较合理有效的调节办法同时减少偏心率和周期比。

（3）对多塔楼结构转换层层高对侧向刚度的影响和设计控制。对底层大空间转换层层高较高的框支剪力墙结构，只是剪切刚度的指标无法真实反映转换层及其相邻楼层刚度变化情况，必须补充计算等效侧向刚度比和楼层刚度比指标，在不改变其它各项条件的前提条件下，转换层最大层高的取值由刚度控制。

（4）在多塔楼结构的基础设计中，地下室超长、差异沉降控制、经济指标的把握等是设计中必须解决的问题，通过对主楼和裙房荷载和地质条件采用不同的基础类型或不同的桩长来控制差异沉降值和倾斜，通过设置温度缝和施工后浇带以及调整施工阶段沉降差、增加砼的膨胀性能来解决超大底盘的开裂问题，通过对基础方案的比较和经济估算并且考虑裙房与大底盘基础共同刚度叠加作用解决基础造价控制的目的。

（5）计算软件SATWE在多塔楼结构计算中还有一些不够合理的方面需要解决，如塔楼与底盘的上下层刚度比、整体剪重比，各塔楼剪重比需另行计算。

高层多塔楼结构属于复杂的高层建筑结构，结构计算模型的建立和内力分析都非常复杂，尤其是有抗震要求时，要做到所有参数指标都达到现行规范的要求很不容易，设计就显得非常重要，建筑方案设计时应该考虑到结构的需要，处理好建筑平面功能和结构墙柱布置关系。

结束语：

由于目前新建住宅和商业建筑群规模越来越大，小区景观设计，绿化用地，公共广场等大型建筑标准越来越高，造成了汽车位的紧张，因此出现了很多多塔楼的结构，不少的多塔楼的底盘设计成为了停车库，而且是越来越大，用此来缓解绿地面积和停车位的紧张。因此多塔楼在未来有巨大的作用，应当重视多塔楼的使用安全性。

参考文献

[1]高层建筑结构设计 沈蒲生编著

[2]多层及高层结构CAD软件高级应用 魏文郎等主编

[3]高层商住建筑的探索----温州市新国光商住广场设计回顾，建筑技术与设计 牛寿雁