高层建筑结构大底盘多塔结构设计的分析

时间:2022-06-07 18:15:02 公文范文 浏览次数:

zoޛ)j首总结大底盘多塔结果设计重点的基础上,结合某实际案例,对大底盘多塔结构设计的要点进行了分析。总体而言,本文所介绍的大底盘多塔结构设计具有科学性,可以满足高层建筑结构设计的要求,因此应该在更多地区做进一步推广。

关键词:高层建筑结构;大底盘;多塔结构

大底盘多塔高层建筑在结构上属于一种上下联合式的结构,这种结构的主要特征就是下部裙房几层公共空间联合一起作为大底盘承载着上部多个独立的建筑塔楼主体结构,若上部塔楼某些楼层之间通过连体连接,则成为大底盘连体结构。对应大底盘多塔结构,结构振型复杂,从整体上来看,大底盘多塔结构属于一种竖向结构,且结构中的“塔”具有不规则的特征,并会产生复杂的扭转效应,在设计阶段中需要在大底盘的第一层开始就“收紧”,尤其是在底盘上的塔楼数量较多时,其结构振型更加复杂,如结构体系布置不妥,竖向刚度极易突变,扭转振型反应及高振型影响加剧,就算勉强通过安全计算,也是增加较多的建造成本,因此应该得到设计人员的更多关注。

1大底盘多塔结构体系:

1.1大底盘多塔结构

顾名思义,就是在多栋(大于等于2)独立的高层建筑底部裙房联合为一个整体的大裙房,形成一个大底盘且上部仍为分开的独立塔楼,这种结构在大底盘上一层突然收进,刚度突变,属于竖向不规则结构,容易质心不均衡,偏心率较大,产生不利的扭转效应;当有多个时,结构振型复杂,抗震极为不利,因此如果结构体系布置不当,竖向刚度突变,扭转振型反应及高振型影响加剧。在实际的工程设计中总的来说,大底盘多塔结构可分以下两种类型进行设计:

1.1.1大底盘结构顶板作为上部多塔主体的嵌固端,此时需要大底盘有足够的刚度才能保证稳定性。通常的高楼住宅小区因需解决大量的停车问题,基本都满铺地下室,所有都属于这种类型。

1.1.2大底盘结构顶板不能作为上部塔楼的嵌固端,主要是因为刚度不足,通常出现在下部裙房为商场或服务用房,上部塔楼为公寓酒店或办公楼等综合性建筑。

在实际工程项目设计中,受建筑立面效果、实际功能需求等方面的影响,可能都会有不同的差异,比如上部塔楼连体、嵌固刚度不足等,属于复杂高层建筑,设计员须仔细分析比较,确定适合的结构体系。

1.2高层建筑结构大底盘多塔结构设计的要点分析

1.2.1沉降差异

从建筑物的结构上来看,高层建筑大底盘多塔结构普遍面临着层数高、底盘面积大的问题,这将会导致地面所承受的压力很大,而在这种情况下,若不能有效处理地基的沉降问题,那么就有可能引发沉降,对建筑物的安全性造成影响。根据经验,在设计阶段为了能够有效处理沉降差异问题,设计人员需要重点考虑以下几方面问题:

(1)假设高层建筑物结构大底盘多塔建筑结构发生了沉降问题,那么在沉降的情况下,建筑物的大底盘多塔结构主楼与裙楼之间将会出现明显的荷载差异,而这种差异将会对建筑物的稳定性产生影响。所以在设计阶段,设计人员应该遵照刚度调平的原则,采用多样化设计的方法来改善建筑物主楼与裙房之间的沉降差异问题。例如,在软土地区地区,高层建筑物在沉降预防中主要采用桩基的方法,其沉降计算值约为10-15cm;若是单层地下室,不仅要考虑覆土问题,还需要结合抗浮设计的内容,确保所对应的荷载能力对地面的附加压力将降到最低,达到避免沉降发生的目的。

(2)为了能够有效避免沉降风险问题,除了要继续强化主楼基础外,还需要在主楼与裙房的交接位置设置永久沉降缝,通过这个沉降缝来避免主楼与裙房之间的沉降问题。从功能上来看,沉降缝可以分开高层建筑与裙楼,让二者成为两个相互独立的建筑体,这样就可以有效避免沉降的发生。所以在设计阶段,设计人员可以尝试在裙房与主楼的交接位置设置一道永久沉降缝,就可以有效避免沉降差异发生。设置后浇带也是避免沉降的方法,可以弥补沉降缝中的不足,一般在設计过程中,需要严格按照高层建筑结构技术规范的相关内容,在结构面30-40m,柱距三等分的位置设置0.8-1.0m宽的后浇带,并且后浇带要注意避开洞口、楼梯等位置。

1.2.2确定结构的计算方法

由于大底盘多塔结构具有复杂性的特征,并且其受力状况的复杂性要明显高于常规建筑物,所以在结构受力计算时,设计人员必须要充分考虑塔间的变性问题,并依靠计算机软件,将BIM等现代化技术手段应用在分析中,这样才能获得更理想的应用效果。例如一般在刚度指标的计算中,通常根据高层建筑的使用功能来对大底盘结构进行分类,包括有裙房的大底盘多塔结构、没有裙房的大底盘多塔结构、有缝的大底盘多塔结构等多种结构,其设计方法存在着较为明显的差异。

同时对设计人员而言,为了能够提高设计质量,在大底盘建模分类过程中,其建模主要可以分为整体模型与离散模型两种,其中整体模型主要面临着大底盘多塔结构中的存在的“紧凑性”问题,避免风险因素导致塔间的相互影响。而离散型主要是指大底盘多塔结构中所分离出的多个独立模型,包括分割各塔、从大底盘顶面斜切等,且这种离散型多个独立塔楼模型计算完后,还应整体建模计算复核,采取包络方式进行设计。

2工程实例分析

某小区由5栋17-29层的商住楼组成,由于建筑现场勘察结果发现场地为山丘状,因此在设计阶段,设计人员设置了1-3层的地下室,并且在上部塔楼设计过程中,采用“框架+剪力墙”的结构,其抗震设防烈度为6度。

2.1确定嵌固部位

在本次工程项目中,设计人员针对施工现场的坡地大底盘高层结构设计特征,认为设计的重点就是要确定结构的嵌固部位,其中地下室顶板作为上部连接嵌固部位的关键,因此必须要满足《建筑抗震设计规范》的相关内容,确保地下室顶板结构层的侧向刚度要大于地上一层侧向刚度的2倍。

在该项目中,由于项目属于坡地建筑,因此在施工过程中不可避免的要面临山体开挖的问题,所以为了能够节省投资,设计人员根据地形设置了1-3层的地下室,基本结构如图1所示。

在图1的结构中,地下室四周的添堵标高存在明显差异,其中对于塔楼1而言,其地下室只有三面环土;而对于塔楼2,其地下一层三面敞开,不属于完整的地下室结构。针对这种特殊的建筑类型结构,设计人员根据《建筑抗震设计规范》的相关内容,认为本次工程中的地下室顶板不能成为图1中两个塔楼的嵌固部位,所以决定采用大底盘多塔结构,其中塔楼1的嵌固部位为基础顶,塔楼2的嵌固部位为地下3层的顶板位置。

2.2结构计算

在该项目中,为了保证结构计算结果的科学性,工作人员采用GSSAP有限元软件建模的相关内容,根据相关技术规范,按照整体模型与各塔楼分开的独立模型来分别计算,其中当塔楼周边的裙楼超过两跨时,分塔楼模型采用至少附带两跨的裙楼结果。在这种结构模式下,地下室顶板依然具有一定的嵌固作用,所以有助于增强建筑结构的稳定性。

在设计过程中,设计人员根据单塔模型的计算结果,以周期比、偏心率、剪切刚度、抗倾覆力矩、剪重比、层间位移比、层间位移角、扭转位移比等多个维度参数进行计算分析,再将每个塔模型整合在一起,使其成为大底盘多塔模型,进行整体计算分析,采用包络取值进行设计。在施工图阶段,其地下室顶板以下的构建配筋仅采用大底盤模型计算结果,而塔楼配筋应采用单塔计算和大底盘多塔计算的较大值进行包络设计。同时从该建筑物的外形特征来看,由于所有建筑物均为17-29层的建筑物,因此塔楼将会出现较为明显的层数差异,再加之在塔楼1的位置上,地下室三面有土,这种情况会进一步改善扭转转动效应,提供了建筑物的稳定性,所以在设计阶段,设计人员适当放宽了塔楼的层数要求。

2.3设计问题及其处理措施

根据图1的相关资料可以发现,该项目中的地下室规格存在明显的沉降差异,其中地下一层的平面尺寸长度超过230m,而宽度为75m,在设计中发现混凝土结构伸缩缝不满足《混凝土结构设计规范》的相关内容。针对这种超长的设计方法,设计人员决定采用膨胀收缩混凝土的方法来解决这个问题,在平面上按规范30-40米距离要求适当布置膨胀加强带,在混凝土适当加入外加剂并按相关外加剂规范及特性控制好比例,通过膨胀带的混凝土微膨胀来达到补偿两侧混凝土收缩的目的,有效避免了裂缝发生。

3结束语

本文所介绍的高层建筑结构多塔结构设计具有合理性,并且案例的最终结果也证明,在建筑物自建成之后,尚未出现沉降等质量问题,证明其采用的结构设计方法具有可行性,因此应该在更多地区做进一步推广。

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