多塔大底盤結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

1、<p>　　多塔大底盤結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)探討</p><p>　　【摘 要】多塔大底盤結(jié)構(gòu)建筑是上世紀(jì)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(gè)大的空間底盤上，在底盤上下創(chuàng)造一個(gè)較為寬松的商業(yè)空間或共享空間，從而滿足了用戶對(duì)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(jì)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(jì)要求，重點(diǎn)針對(duì)多塔大底盤結(jié)構(gòu)

2、設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了闡述，并對(duì)大底盤結(jié)構(gòu)地下室的經(jīng)濟(jì)性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)作了一些簡(jiǎn)單的探討，提出了幾點(diǎn)經(jīng)濟(jì)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(jì)要求；計(jì)算分析；經(jīng)濟(jì)性；優(yōu)化設(shè)計(jì) </p><p><b>　　1.引言 </b></p><p>　　隨著我國(guó)城市化進(jìn)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(fù)雜

3、、功能多樣的綜合性方向發(fā)展，以滿足人們對(duì)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?yàn)樗鼭M足了用戶對(duì)建筑多功能的使用需要。現(xiàn)結(jié)合某小區(qū)多塔大底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程總結(jié)一些設(shè)計(jì)體會(huì) 。 </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(kù)及設(shè)備用房，總建筑面積12.59萬(wàn)m2，塔樓總面積為7.77萬(wàn)m2，地下

4、室及裙房總面積約4.82萬(wàn)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(qiáng)砼預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，地下室底板為帶承臺(tái)柱帽無(wú)梁筏板結(jié)構(gòu)體系。各部位采用的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)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(jì)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(jìn)，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(jì)，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)需要注意的幾點(diǎn)基本設(shè)計(jì)要求： </p><p>　?。?）塔樓對(duì)底盤宜對(duì)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(zhǎng)的20%，以減少塔樓偏置對(duì)底盤的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。 </p>

6、<p>　?。?）多塔結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，且高振型對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響較大，當(dāng)各塔樓質(zhì)量和剛度分布不均勻時(shí)，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)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(qiáng)。 </p><p>　?。?）抗震設(shè)計(jì)時(shí)，與主樓相連的裙樓抗震等級(jí)除符合自身設(shè)計(jì)

7、要求外，不應(yīng)低于主樓的抗震等級(jí)。 </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(fù)彎矩鋼筋宜貫通并應(yīng)加強(qiáng)配筋構(gòu)造措施；底盤屋面上，下一層的樓板也應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施。 </p><p>　　4.多塔大底盤結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析 </p><p>　　4.1 結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) </p><p>　?。?）多塔的風(fēng)

8、荷載一般結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件處理原則是塔間距大于1m，則按獨(dú)立的迎風(fēng)面考慮風(fēng)荷載來(lái)計(jì)算，小于1m則自動(dòng)不算。在計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)，本工程建筑的各塔樓都有各自獨(dú)立的迎風(fēng)面。可以不考慮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(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)。 </p><p>　?。?）結(jié)合本工程實(shí)際情況，每個(gè)塔樓都有獨(dú)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(méi)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(jì)時(shí)，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(jì)算模型： </p><p>　?。?）離散模型：切分大底盤，將各個(gè)塔樓分成完全獨(dú)立的單塔樓結(jié)構(gòu)分別計(jì)算分析。根據(jù)規(guī)范要求，分塔計(jì)算時(shí)，當(dāng)塔樓周邊的裙樓超過(guò)

10、兩跨，分塔至少附帶兩跨裙樓進(jìn)行設(shè)計(jì)?？紤]到多塔樓結(jié)構(gòu)振動(dòng)形態(tài)復(fù)雜，整體模型計(jì)算有時(shí)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(jìn)行設(shè)計(jì)。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(gè)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(duì)稱，塔樓間的相互影響不能忽略時(shí)，則應(yīng)考慮采用其它計(jì)算分析方法進(jìn)行補(bǔ)充，例如彈性動(dòng)力時(shí)程分析、彈塑性靜力或動(dòng)力分析驗(yàn)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(gè)整體結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。 </p><p>　　顯然，整體模型比離散模型計(jì)算分析更簡(jiǎn)單便利，所以計(jì)算時(shí)優(yōu)先采用整體模型。國(guó)內(nèi)流行的有限元SATWE軟件可實(shí)現(xiàn)多塔結(jié)構(gòu)的整體計(jì)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(jì)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(jìn)行全樓構(gòu)件內(nèi)力和配筋的計(jì)算時(shí)

12、，還可以將整體計(jì)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(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。 </p><p>　　5.大底盤地下室經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </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(jià)不斷提高，在如今物價(jià)飛漲和貸款利率不斷調(diào)高的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，嚴(yán)格控制工程造價(jià)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(jià)占整個(gè)項(xiàng)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(jì)合理，成為整個(gè)項(xiàng)目中的重點(diǎn)。結(jié)合本文所舉案例的大底盤地下室設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)中為實(shí)現(xiàn)各構(gòu)件配筋量的優(yōu)化，針對(duì)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(jì)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(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，所以決定采用帶承臺(tái)柱帽無(wú)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(diǎn)是根據(jù)無(wú)梁樓蓋的計(jì)算原理，利用樁承臺(tái)大柱帽的客觀存在來(lái)減少無(wú)梁筏板主控內(nèi)力――柱上板帶承臺(tái)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(tái)柱帽承載力和剛度的作用。在初步計(jì)算時(shí)根據(jù)無(wú)梁樓蓋的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法及承臺(tái)柱帽無(wú)梁筏板的修正系數(shù)[4]，對(duì)柱上板帶跨中彎矩、柱上板帶承臺(tái)邊支座彎矩、柱上板帶承臺(tái)柱邊支座彎矩等進(jìn)行了估算，確定了底板厚度為500mm，承臺(tái)厚度由1.6m增加到1.8m，并用ETABS軟

15、件建立了分析計(jì)算模型求出了各部分最大彎矩值。根據(jù)計(jì)算，底板面、板底通長(zhǎng)筋均為16@200，板底附加筋均為12@200，承臺(tái)底筋為22@150.經(jīng)比較，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)于基礎(chǔ)梁大板式基礎(chǔ)而言，更具有經(jīng)濟(jì)合理、施工方便、容易保證工程質(zhì)量的特點(diǎn)?？梢妿С信_(tái)柱帽無(wú)梁筏板結(jié)構(gòu)體系具有明顯的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)比較和施工優(yōu)勢(shì)參見文獻(xiàn)[5]。 </p><p>　　（2）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(jì)得經(jīng)濟(jì)合理，也是本工程設(shè)計(jì)中必須考慮的問(wèn)題。本工程設(shè)計(jì)中把樓板和基礎(chǔ)底板作為地下室外墻的支承點(diǎn)按單跨梁或多跨連續(xù)梁計(jì)算，按考慮塑性變形內(nèi)力重分布來(lái)計(jì)算負(fù)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(duì)受力最大的支座負(fù)彎矩處采用跨中直通筋加附加鋼筋的方法，既達(dá)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(xì)的做法是根據(jù)計(jì)算簡(jiǎn)圖的跨中彎矩配置豎向直通鋼筋，而在支座處采