多塔高层建筑结构设计分析

多塔高层建筑结构设计分析
摘要：本文以多塔高层建筑结构体系的整理为基础，阐述了其设计要点，结合某多塔高层建筑结构的工程实例，从体型评价和计算参数进行分析着手，介绍多塔高层建筑的结构设计分析。

关键词：多塔；高层建筑；结构；设计分析
Abstract :This paper based on the classification of multi-tower high-rise buildings’structure system ,this study expounds the key points of the design ,combined with a engineering case of one multi-tower high-rise building structure ,started from the size and calculation analysis evaluation parameters ,It introduced the structural design analysis of multi-tower high-rise building .
Key words: multi-tower，high-rise building，structure，design analysis
1．引言
随着我国高层建筑工程项目的增加，越来越趋于多功能方向的发展，这就要求建筑功能多样化和建筑体型多样化，近年来大量出现的多塔高层建筑结构就是应这方面的需求而产生。

作为较为新颖的建筑结构类型，其结构设计优劣等方面的分析引起了相关工程技术人员的关注，相关部门也出台了很多规范进行标准规定，都体现了对其的重视。

2．多塔高层建筑结构设计要点
多塔高层建筑结构是指在上部采用两个或两个以上的塔楼作为主体结构的高层建筑结构类型，多塔高层建筑结构体系具有多方面的自我特征。

在大多数多塔结构中,由于整个项目较大的规模,底层多数属于超长且超宽结构,上部塔楼大多数存在不对称，这些特点要求多塔高层建筑结构设计必须着重多个方面的分析。

2.1 地基基础不均匀沉降问题的设计解决
对于多塔高层建筑来说，各塔楼由于总高度较高且层数较多，其传递至地基基础的荷载一般都较大,塔楼部位基础设计地基应力要比无塔楼的其他部位大的多。

设计中首先要采用两种以上的计算方法计算有无塔楼部分的沉降差和沉降量，然后设计者根据计算得到的沉降差决定是“放”还是“抗”，即是在各塔楼与无塔楼处设置沉降后浇带来加强两部位的沉降观测，还是综合考虑强度需要和附加弯矩与剪力所需钢筋进行相邻构件设计，不使用后浇带。

前者在塔楼与无塔楼部分分界处的构件中增加的配筋较少，而其较大的缺点是由于达到沉降稳定需要较长时间，施工周期延长，增加结构的构造复杂性，造成现场施工的管理困难；后者施工周期快,底层可以完整施工,但其缺陷在于往往增加了造价。

2.2 把好建筑材料使用关，加强检测
地下室部分使用混凝土强度等级需控制在C30 左右，水泥用量需控制在250Kg 左右，水泥品种不宜使用矿渣水泥，条件许可的情况下可添加20%粉煤灰, 用以减小大体积混凝土浇筑造成的结构水化热，阻止结构裂缝的提前开展。

2.3 结构设计与施工方面注意良好配合
首先是特殊部分附加钢筋的设置和构造钢筋的设计要经过构件受力计算，计算和裂缝控制都应满足相关规范规定。

其次，底板宜一次性浇注完成，基坑范围内水位专人专门掌握控制。

再次，施工阶段设后浇带，顶板与底板和侧墙都可不连续设置，但是各个后浇带等都必须在相关规范规程规定的参数范围内。

此外，多塔高层建筑墙体易出现竖向收缩裂缝, 其水平筋的间距宜小于150mm，水平构造筋的配筋率宜大于0.4%。

还有墙体与柱子连接部位插入长度宜在1500~2000mm范围内, 加强钢筋采用φ8~φ10，插入柱子长度200~300mm，插入边墙深度1200~1600mm，其配筋率还要提高10%~15%。

施工中还有楼板宜按照规范配置细而密的构造钢筋网等等要求必须严格满足。

3．工程实例
3.1 工程概况
某两栋八层塔楼（建筑功能为计算机房、图书阅览、实训室、办公室和会议室等）组成，总高度为36.1m，总建筑面积约1.8 万方。

为满足建筑造型和使用功能的需要，两栋塔楼在顶部位置设两层连廊，跨度为32 米，层高6.4m，连体部分采用钢结构。

场地基本风压为0.5，基本地震烈度为7度，地震基本加速度设计值为0.15g，设计地震分组第一组。

拟建场地土层类型属中软土，场地类别属III 类。

3.2 结构体型的评定及相应加强措施
本工程主要采用框架-剪力墙结构, 体型规则性评定参数包括四个方面。

第一，平面体形规则, 中间连梁部位略有收进，但不大于该方向的30%；第二，两个塔楼主体立面上整体结构分开是规则的；第三，楼层刚度突变均都小于25%；第四，平面内抗侧力构件的布置和质量分布基本均匀对称。

由于建筑立面的要求，连接体采用了竖杆的空腹桁架，具体通过空腹桁架内型钢连接实现了结构刚性连接，且与连体相连部位楼层的框架梁均都采用钢骨梁。

为进一步加强平面刚度，保证抗侧力构件的协同工作，楼板采用现浇梁板体系。

3.3 相关计算结果
1）主要计算措施
为满足建筑设计的各项性能指标，采取了多项计算和设计措施。

第一，小震弹性设计，即在小震作用下，结构全部按照弹性状态，构件变形和承载能力满足规范要求。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13 条要求，采用两种不同力学模型进行三维空间软件分析计算整体内力及位移。

第二，对连体部位进行中震弹性验算，来保证结构重要部位构件抗震承载力能满足抗震性能的目标要求。

第三，采用PUSHOVER程序进行结构罕遇地震作用下弹塑性静力分析，来考察结构在罕遇地震下表现的抗震性能，控制整体结构塑性变形能满足规范要求。

第四，考虑到连体结构刚度竖向不规则性，定义连接结构薄弱层，并将薄弱层的地震剪力乘以增大系数1.15。

第五，考虑到连接部分竖向地震作用影响，提高一个级别的连接体和与连接体相邻结构构件的抗震等级。

还有，考察整体反应时和连接体钢结构反应时，阻尼比分别取取0.05和0.035。

2）SATWE 及PMSAP 计算分析
主体结构的整体分析根据中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》进行，校核工作采用《复杂多、高层建筑结构分析与设计软件PMSAP》进行。

抗震分析时考虑双向地震效应、扭转耦联效应和偶然偏心效应，采用刚性楼板假定验算结构最大水平位移和层间位移。

3）小震弹性时程分析结果
采用SATWE程序进行结构多遇地震下弹性时程分析，选用三条地震波进行计算，分别为天然波TH3TG055、人工波RH3TG05和天然波TH4TG0555。

通过时程法计算得到的结构层间位移角比反应谱法的计算结果都要小，时程法计算得到的基底剪力与反应谱法较为接近，反应谱法计算结果同三条波平均反应计算结果的变化规律大致相符，满足设计要求。

4）中震计算主要结果及分析
采用SATWE 进行连体结构部分中震弹性计算，地震影响系数取中震的0.33，取消组合内力调整，其他主要计算参数与小震相同。

5）大震弹塑性静力分析
采用《多层及高层建筑结构弹塑性静动力分析软件》分别进行结构X向、Y 向弹塑性静力推覆分析，水平荷载分布模式采用小震下各层地震力分布进行计算保证罕遇地震作用下结构的最大侧向位移满足规范规定的水平位移限值要求。

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。