多塔結構的設計要點

多塔結構在計算分析時與單塔結構的不同之處主要體現在風荷載的計算、剪力墻底部加強區的確定以及合理選取單塔剖分方法等，在設計時應關注以下一些設計要點：

一、多塔結構的單塔剖分方法

由于底盤結構的存在，要使各單塔按照“離散模型”計算的周期比、位移比、內力配筋等各項指標與其在整體工程中的計算結果完全一樣是不太可能的。怎樣剖切底盤范圍構件、使得“離散模型”計算結果能最發限度與真實值接近一直是工程界在探索的問題。目前，常用的底盤剖分方法有：①沿塔樓周圍向兩個方向取地下室層高的二倍范圍內的構件，這種方法較適用于底盤為地下室，且地下室面積相對塔樓面積比較大的情形；②45度線剖分法，比較適用于塔樓層數較多，底盤裙房層數相對較少，多塔相對底盤布置對稱，即所謂的“典型多塔結構”，工程中大多數的多塔結構都屬于這種情形；③單獨將各塔樓從大底盤頂部取出，在底部嵌固；底盤結構也進行周期比驗算，驗算時將各塔樓質量加在底盤頂相應位置，這種剖分方法比較適合于大底盤層數較多的“非典型多塔結構”或大底盤按嵌固設計時的情形。

二、裙房層數設置

從地震災害調查結果可以發現：多塔結構塔樓部分底部與底盤頂層連接部位，立面縮進較大，造成樓層剛度突變，在地震作用下，這些部位往往成為薄弱環節，破壞比較嚴重；地震作用時各塔樓各自震動，單都通過底盤共同作用，相互影響，此時底盤連接各塔部分受力通常比較復雜，因此《高規》10.6.3條中規定：底盤屋面樓板厚度不宜小于150mm，并因加強配筋構造；底盤屋面上、下層結構的樓板也應加強構造措施。當底盤屋面為結構轉換層時，應符合《高規》10.2.20條的規定，該條內容主要是對樓板厚度與配筋的構造要求。

《高規》10.6.4條還規定：抗震設計時多塔樓之間裙房連接體的屋面梁應加強；塔樓中與裙房連接體相鄰的外圍柱、剪力墻，從固定端到裙房屋面上一層的高度范圍內，柱縱向鋼筋的最小配筋率宜適當提高，柱箍筋宜在裙房屋面上、下層的范圍內全高加密，剪力墻宜按《高規》7.2.16條的規定設置約束邊緣構件。

基于以上規定，設計人員須在設計總信息項中正確填寫裙房層數（注意裙房層數指的是自然層的總數，含地下室層數），以便程序根據該參數值自動找出裙房頂層，確定裙房上一層到底部固定端范圍為剪力墻加強高度，同時與按規范規定的剪力墻底部加強區高度比較取大值，普通剪力墻結構的加強區規范取法為：墻肢總高度的1/8和底部兩層高度二者的較大值，且不大于15m，當各塔剪力墻高度不同時，取最大墻肢總高度計算；除剪力墻以外需加強的梁、柱構件，程序尚未自動采取加強措施，需由設計人員自行完成。

對于底盤樓層數很多、上部單塔高度不大的非典型多塔結構，此時若輸入較高的裙房樓層號，會出現剪力墻底部加強區過高的不合理現象，可輸入0由程序按規范計算剪力墻加強區高度，再對受力復雜的大底盤頂連接層及上、下一層結構構件做人為的加強調整。

三、多塔結構的風荷載定義

1.多塔結構風荷載計算的特殊性與多塔定義必要性

按普通層模型建立的整體結構如不進行多塔補充定義，程序將按單塔結構進行內力計算與配筋設計，和實際情況相比風荷載會造成較大的偏差，因此，普通層模型多塔結構必須進行多塔特殊補充定義，軟件才能準確計算各塔的風荷載值。需說明的是盡管定義多塔信息與否對于結構的恒載、活載、地震工況內力計算影響不大，但是有了多塔信息以后，軟件可以按單塔分別輸出各項計算指標，方便核查計算結果。

2.多塔結構風荷載遮擋定義

當塔樓相隔很近時，尤其是對于設縫多塔結構，計算風荷載時需考慮各塔之間的相互遮擋作用。通過指定各單塔的背風面為遮擋面，程序在風荷載計算時自動扣減背風面的風荷載值。遮擋定義方式與多塔定義方式基本類似，每個塔可以同時有幾個遮擋面。由于遮擋造成的風荷載扣減值通過“設縫多塔背風面體型系數”參數來指定，比如縫隙很小的矩形單塔該值可取軟件默認值0.5設計人員可按工程實際情況調整輸入，填0表示沒有遮擋作用。由于有的工程“縫”兩邊塔樓高度、寬度不盡相同，在進行遮擋定義時需正確圈選遮擋部分的節點網格，并輸入遮擋面相應的樓層起至層號，遮擋定義可多次操作，并通過“多塔平面”的“遮擋顯示”進行檢查。如果多個遮擋部位的體型系數扣減值不同，須偏于安全的統一取小值。

廣義層多塔模型目前暫不支持風荷載遮擋定義，程序自動計算的風荷載值會比實際情況大一些。

3.裙房效應與多塔結構風荷載計算

《荷載規范》7.3.2條規定：當多個建筑物特別是群集的建筑物，相互間距較近時，宜考慮風力相互干擾的群體效應；一般可將單獨建筑物的體型系數μs乘以相互干擾增大系數，該系數可參考類似條件的實驗資料確定；必要時宜通過風洞實驗得出。

根據國內學者的研究，當相鄰建筑物的間距小于3.5倍的迎風面寬度且兩棟建筑物中心線與風向成45度時，裙樓效應比較明顯，其相互干擾增大系數一般為1.25-1.5，最大可達到1.8。多塔結構中各單塔的平面布置往往間距比較近，需要考慮此群體效應，設計人員可根據塔樓平、立面布置情況，建筑物重要性，風玫瑰圖，風洞實驗結果等因素綜合確定該放大系數。計算時可將多塔結構的體型系數分段，大體盤以上塔樓部分的體型系數μs用修正后的體型系數μsm替換。

四、分段、分塔0.2Q0調整

《高規》對框剪結構中框架部分設計總剪力的要求：在設計階段框架部分由于剛性較小，所承擔的地震力比較小，若按彈性分析得到剪力結果直接對框架進行設計，有可能滿足不了抗震設計中需將框架作為第二道防線的要求。因此要求框架部分的設計剪力不能過小，限制各層的框架部分總剪力：Vf≥min（0.2V0，1.5Vmax）。

對框架柱數量從下至上分段有規律變化的結構，V0應取每段最下一層結構對應于地震作用標準值的總剪力；Vmax應取每段中對應于地震作用標準值且未經調整的各層框架承擔的地震剪力中的最大值。對于多塔結構，若塔樓各層均按底層的V0與框架部分的剪力計算Vmax，用來調整Vf，通常會過于保守。

08版PKPM設計軟件已經實現了“一模多算”效果，即TAT、SATWE、PMSAP三個計算模塊，可共用前處理數據，包括參數定義、特殊構件定義、多塔定義、特殊荷載定義。不過在0.2 Q0調整方面，TAT軟件與SATWE、PMSAP軟件略有不同，可通過人工指定的方式實現更細化的分段調整功能，對于每段取本段起始層底部的剪力作為調整基數，實現了《高規》8.1.4條的要求，對于普通層模型建模的多塔結構在TAT補充參數菜單中分開輸入，各段起止層號，程序可根據指定的分段參數計算各塔各段各層的調整系數。

五、柱、墻設計時活荷載折剪系數

08版PKPM設計軟件能自動統計出各層每根柱上的真實層數，從而解決了舊版本中對多塔結構的裙房部分柱墻設計活荷載折減不準確的問題。PMCAD在執行一次樓面荷載導算后，在命令欄中鍵入“PM3JSHOW”命令即可顯示第一層各柱計算截面以上的樓層數，而且每根柱的活荷載折減系數載各層配筋文件中也有輸出。

六、計算振型數的選取

《高規》5.1.13條及《抗震規范》5.2.2條條文說明，提出了用振型參與質量系數來判斷參與振型數是否足夠的方法，即選定振型個數的振型參與質量之和與總質量之比即為振型參與質量系數，對于多塔結構該值不應小于90%，規范明確多塔結構的最小計算振型數為“塔數X9”，而多塔結構整體模型考慮扭轉藕聯計算地震作用效應時需要的振型數比較多，不夠時建議以3的倍數遞增，不斷試算，直至滿足規范要求。

對于大型的多塔工程，所需要的計算時間往往很長，可采取“二分法”來快速取得較合適的計算振型數進行設計。

七、廣義層多塔模型模擬施工3和施工順序定義

08版SATWE軟件支持恒荷載活荷載的計算“模擬施工3”的計算方式，即按施工順序分層計算結構總剛，分層模擬加載計算；采用模擬施工3計算對于廣義層多塔模型需要在SATWE軟件中定義合適的施工順序，以符合工程實際施工情況。