多塔结构的设计要点

多塔结构的设计要点

多塔结构在计算分析时与单塔结构的不同之处主要体现在风荷载的计算、剪力墙底部加强区的确定以及合理选取单塔剖分方法等，在设计时应关注以下一些设计要点：

一、多塔结构的单塔剖分方法

由于底盘结构的存在，要使各单塔按照“离散模型”计算的周期比、位移比、内力配筋等各项指标与其在整体工程中的计算结果完全一样是不太可能的。怎样剖切底盘范围构件、使得“离散模型”计算结果能最发限度与真实值接近一直是工程界在探索的问题。目前，常用的底盘剖分方法有：①沿塔楼周围向两个方向取地下室层高的二倍范围内的构件，这种方法较适用于底盘为地下室，且地下室面积相对塔楼面积比较大的情形；②45度线剖分法，比较适用于塔楼层数较多，底盘裙房层数相对较少，多塔相对底盘布置对称，即所谓的“典型多塔结构”，工程中大多数的多塔结构都属于这种情形；③单独将各塔楼从大底盘顶部取出，在底部嵌固；底盘结构也进行周期比验算，验算时将各塔楼质量加在底盘顶相应位置，这种剖分方法比较适合于大底盘层数较多的“非典型多塔结构”或大底盘按嵌固设计时的情形。

二、裙房层数设置

从地震灾害调查结果可以发现：多塔结构塔楼部分底部与底盘顶层连接部位，立面缩进较大，造成楼层刚度突变，在地震作用下，这些部位往往成为薄弱环节，破坏比较严重；地震作用时各塔楼各自震动，单都通过底盘共同作用，相互影响，此时底盘连接各塔部分受力通常比较复杂，因此《高规》10.6.3条中规定：底盘屋面楼板厚度不宜小于150mm，并因加强配筋构造；底盘屋面上、下层结构的楼板也应加强构造措施。当底盘屋面为结构转换层时，应符合《高规》10.2.20条的规定，该条内容主要是对楼板厚度与配筋的构造要求。

《高规》10.6.4条还规定：抗震设计时多塔楼之间裙房连接体的屋面梁应加强；塔楼中与裙房连接体相邻的外围柱、剪力墙，从固定端到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》7.2.16条的规定设置约束边缘构件。

基于以上规定，设计人员须在设计总信息项中正确填写裙房层数（注意裙房层数指的是自然层的总数，含地下室层数），以便程序根据该参数值自动找出裙房顶层，确定裙房上一层到底部固定端范围为剪力墙加强高度，同时与按规范规定的剪力墙底部加强区高度比较取大值，普通剪力墙结构的加强区规范取法为：墙肢总高度的1/8和底部两层高度二者的较大值，且不大于15m，当各塔剪力墙高度不同时，取最大墙肢总高度计算；除剪力墙以外需加强的梁、柱构件，程序尚未自动采取加强措施，需由设计人员自行完成。

对于底盘楼层数很多、上部单塔高度不大的非典型多塔结构，此时若输入较高的裙房楼层号，会出现剪力墙底部加强区过高的不合理现象，可输入0由程序按规范计算剪力墙加强区高度，再对受力复杂的大底盘顶连接层及上、下一层结构构件做人为的加强调整。

三、多塔结构的风荷载定义

1.多塔结构风荷载计算的特殊性与多塔定义必要性

按普通层模型建立的整体结构如不进行多塔补充定义，程序将按单塔结构进行内力计算与配筋设计，和实际情况相比风荷载会造成较大的偏差，因此，普通层模型多塔结构必须进行多塔特殊补充定义，软件才能准确计算各塔的风荷载值。需说明的是尽管定义多塔信息与否对于结构的恒载、活载、地震工况内力计算影响不大，但是有了多塔信息以后，软件可以按单塔分别输出各项计算指标，方便核查计算结果。

2.多塔结构风荷载遮挡定义

当塔楼相隔很近时，尤其是对于设缝多塔结构，计算风荷载时需考虑各塔之间的相互遮挡作用。通过指定各单塔的背风面为遮挡面，程序在风荷载计算时自动扣减背风面的风荷载值。遮挡定义方式与多塔定义方式基本类似，每个塔可以同时有几个遮挡面。由于遮挡造成的风荷载扣减值通过“设缝多塔背风面体型系数”参数来指定，比如缝隙很小的矩形单塔该值可取软件默认值0.5设计人员可按工程实际情况调整输入，填0表示没有遮挡作用。由于有的工程“缝”两边塔楼高度、宽度不尽相同，在进行遮挡定义时需正确圈选遮挡部分的节点网格，并输入遮挡面相应的楼层起至层号，遮挡定义可多次操作，并通过“多塔平面”的“遮挡显示”进行检查。如果多个遮挡部位的体型系数扣减值不同，须偏于安全的统一取小值。

广义层多塔模型目前暂不支持风荷载遮挡定义，程序自动计算的风荷载值会比实际情况大一些。

3.裙房效应与多塔结构风荷载计算

《荷载规范》7.3.2条规定：当多个建筑物特别是群集的建筑物，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应；一般可将单独建筑物的体型系数μs 乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的实验资料确定；必要时宜通过风洞实验得出。

根据国内学者的研究，当相邻建筑物的间距小于3.5倍的迎风面宽度且两栋建筑物中心线与风向成45度时，裙楼效应比较明显，其相互干扰增大系数一般为1.25-1.5，最大可达到1.8。多塔结构中各单塔的平面布置往往间距比较近，需要考虑此群体效应，设计人员可根据塔楼平、立面布置情况，建筑物重要性，风玫瑰图，风洞实验结果等因素综合确定该放大系数。计算时可将多塔结构的体型

系数分段，大体盘以上塔楼部分的体型系数μs用修正后的体型系数μsm替换。

四、分段、分塔0.2Q0调整

《高规》对框剪结构中框架部分设计总剪力的要求：在设计阶段框架部分由于刚性较小，所承担的地震力比较小，若按弹性分析得到剪力结果直接对框架进行设计，有可能满足不了抗震设计中需将框架作为第二道防线的要求。因此要求框架部分的设计剪力不能过小，限制各层的框架部分总剪力：Vf≥min（0.2V0，1.5Vmax）。

对框架柱数量从下至上分段有规律变化的结构，V0应取每段最下一层结构对应于地震作用标准值的总剪力；Vmax应取每段中对应于地震作用标准值且未经调整的各层框架承担的地震剪力中的最大值。对于多塔结构，若塔楼各层均按底层的V0与框架部分的剪力计算Vmax，用来调整Vf，通常会过于保守。

08版PKPM设计软件已经实现了“一模多算”效果，即TAT、SATWE、PMSAP 三个计算模块，可共用前处理数据，包括参数定义、特殊构件定义、多塔定义、特殊荷载定义。不过在0.2 Q0调整方面，TAT软件与SATWE、PMSAP软件略有不同，可通过人工指定的方式实现更细化的分段调整功能，对于每段取本段起始层底部的剪力作为调整基数，实现了《高规》8.1.4条的要求，对于普通层模型建模的多塔结构在TAT补充参数菜单中分开输入，各段起止层号，程序可根据指定的分段参数计算各塔各段各层的调整系数。

五、柱、墙设计时活荷载折剪系数

08版PKPM设计软件能自动统计出各层每根柱上的真实层数，从而解决了旧版本中对多塔结构的裙房部分柱墙设计活荷载折减不准确的问题。PMCAD在执行一次楼面荷载导算后，在命令栏中键入“PM3JSHOW”命令即可显示第一层各柱计算截面以上的楼层数，而且每根柱的活荷载折减系数载各层配筋文件中也有输出。

六、计算振型数的选取

《高规》5.1.13条及《抗震规范》5.2.2条条文说明，提出了用振型参与质量系数来判断参与振型数是否足够的方法，即选定振型个数的振型参与质量之和与总质量之比即为振型参与质量系数，对于多塔结构该值不应小于90%，规范明确多塔结构的最小计算振型数为“塔数X9”，而多塔结构整体模型考虑扭转藕联计算地震作用效应时需要的振型数比较多，不够时建议以3的倍数递增，不断试算，直至满足规范要求。

对于大型的多塔工程，所需要的计算时间往往很长，可采取“二分法”来快速取得较合适的计算振型数进行设计。

七、广义层多塔模型模拟施工3和施工顺序定义

08版SATWE软件支持恒荷载活荷载的计算“模拟施工3”的计算方式，即按施工顺序分层计算结构总刚，分层模拟加载计算；采用模拟施工3计算对于广义层多塔模型需要在SATWE软件中定义合适的施工顺序，以符合工程实际施工情况。