浅述多塔大底盘结构设计要点及抗震措施

浅述多塔大底盘结构设计要点及抗震措施

随着社会经济发展，多塔大底盘建筑不断涌现，以解决公共建筑用房和日益旺盛的停车需求，同时有助于实现居民区综合配套功能和居住环境绿化美化的目标。

1. 多塔大底盘结构特点

多塔结构，一般是在多栋高层建筑的底部有一个连成整体的大裙房（含地下室）形成大底盘。多塔结构在底盘上一层的平面布置有剧烈变化，上部结构突然收进，属于竖向不规则结构；塔楼与底盘的结合部结构竖向刚度和承载力发生突变，容易形成薄弱部位；多个塔楼相互作用，使结构振型复杂，如结构布置不当，扭转振动反应及高阶振型影响会加剧。

多塔结构在受力上有两个突出的特点：

1）每个塔楼有独立的迎风面，在计算风荷载时，一般可以不考虑各塔楼间的相互影响。若上述结构按单塔结构计算时，在计算X向风荷载时，其迎风面积为X向迎风面宽度与层高的乘积，计算得到的本层X风荷载均分到两个塔的所有节点上，与实际情况相比，各节点的风荷载值少算一半；同理，Y向迎风面宽度增大，计算的节点风荷载偏大。

2）每个塔楼都有独立的变形，其变形不仅与塔楼本身因素有关，与底盘的连接关系及底盘的受力特性也有关。各塔楼间没有直接影响没在一般抗震设计时，一般可以不考虑塔楼间的相互作用。但如果各塔楼的高度、刚度相差很大，且塔楼布局不合理，各塔楼通过底盘的间接影响很大时，其相互作用就不能忽略了。

2. 多塔大底盘结构的计算分析

《高层建筑混凝土结构技术规程》10.6.3规定：大底盘多塔楼结构，可按整体结构和分塔楼计算模型分别验算整体结构和各塔楼结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期的比值，并采用较不利的结果进行结构设计。

多塔结构周期比的计算模型，宜采用分塔切开的单塔模型分析。因为多塔振动是相互影響的共同振动，理论上是分不开的，这样很难确定各塔彼此都合理的扭转周期和平动周期。

控制剪重比、位移比、刚度比、承载力比的计算模型可以是整体模型，但一定要定义多塔，否则，这些结构性能指标的统计将没有意义。

构件设计一般可取多塔的整体模型分析。当下部连体层数较多时，应以整体分析模型为主；下部裙房层数较少时，可按单塔模型分析设计，或者两者取大值控制。

根据多塔结构与大底盘的不同连接，分两种情况进行多塔切分简化。

1）地下室相连，地上各塔分开。各塔楼地上部分可单独建模，单独设计，嵌固点取在地下室顶板位置（一般可以满足），可得到各塔楼的周期比、构件内力，该独立模型可用于塔楼上部结构设计。然后再进行整体建模，设计地下室及基础。各塔底层（地上一层）的设计结果，应取两种模型包络设计。

2）地下室相连，地上有裙房，裙房以上各塔分开。一般采用45°斜线切分法：从塔楼和裙房顶板交界处作45°向外斜线交于裙房及地下室底部，嵌固于基础顶面，截取各塔计算其周期比、位移比及结构构件配筋。而后进行整体计算，设计裙房、地下室及基础。

3. 多塔结构的建模方式

结构分析计算一般采用PKPM软件，对多塔结构的整体建模计算，软件有两种方法：

1）普通层模型多塔补充定义。所有塔楼平面都在同一标准层中布置完成，下一层的楼顶标高即是上一层的层底标高，任何楼层都只能和层高紧相邻的上下层相连，组装方式如图（四）所示。然后指定“多塔”，在平面图中以围区的方式指定各塔楼范围内的构件；在“多塔立面”中，可以根据两个塔楼的不同情况，修改层高、混凝土等级及抗震等级等参数。该方法的优点在于标准层数少，分塔方式较清晰。2）采用“广义楼层法”进行建模计算。分别建立大底盘部分的标准层及大底盘以上各单独塔楼独立的标准层模型，组装时先自下而上完成第一个单塔，然后其余单塔通过修改楼层底标高均以大底盘顶部为基底依次组装完成，由程序自动判别所有楼层的空间位置并形成连接，组装方式如图（五）所示。该方法为第一种方式的有效补充，适合复杂多塔工程的建模。

4. 多塔大底盘结构的设计要求

多塔结构在底盘上一层的平面布置有剧烈变化，上部结构突然收进，属于竖向不规则结构；塔楼与底盘的结合部竖向刚度和承载力发生突变，容易形成薄弱

部位；多个塔楼相互作用，使结构振型复杂，如结构布置不当，扭转振动反应及高阶振型影响会加剧。大量震害实例说明，塔楼与大底盘结合部位及上下各一层的构件在地震中破坏严重。为此，规范为多塔结构提供了比较详细的抗震措施要求，在多塔结构抗震设计中，应当从概念设计出发，重视结构薄弱部位的分析，加强抗震构造措施，其要点是：

1）各塔楼的层数、平面和刚度及结构形式宜接近；塔楼对底盘宜对称布置；上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%，以减小塔楼偏置对底盘的扭转效应。

2）抗震设计时，转换层宜设置在大底盘范围内，不宜设置在底盘以上的塔楼内，以避免高位转换形成的结构薄弱部位。

3）多塔大底盘结构，底盘顶部的楼板宜加强，楼板厚度不宜小于150mm，宜双层双向配筋，每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%。底盘屋面上、下层结构的楼板也应加强构造措施。

4）塔楼中与裙房相连的外围柱、剪力墙，从固定端至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，剪力墙宜按规定设置约束边缘构件，柱箍筋宜在裙楼屋面上、下层的范围内全高加密；多塔楼之间裙房连接体的屋面梁应予以加强；当塔楼结构相对于底盘结构偏心收进时，应加强底盘周边竖向构件的配筋构造措施。

5. 结论

1）在多塔大底盘结构中，应根据工程实际情况，合理确定计算模型的嵌固端，采用合理的简化模型进行计算分析。

2）多塔结构振型比较复杂，应准确理解“塔”的概念，正确划分多塔是结构整体计算的关键。

3）结构的整体指标分析可采用分塔计算模型分析，而结构构件设计需取整体与分塔模型的计算结果包络设计。

4）应当从概念设计出发，重视对结构薄弱部位的分析研究，加强关键部位的抗震构造措施。

参考文献

[1]肖雄远. 多塔大底盘结构的分析与优化设计探讨. 中国房地产业2013年05期

[2]卫晓峰. 浅谈大底盘多塔楼高层建筑结构的设计分析. 城市建设2010年01期