多塔結(jié)構(gòu)工程設(shè)計的探討

摘要：隨著我國建筑工程技術(shù)的飛速提升，多塔結(jié)構(gòu)作為一種獨特的建筑形式，被逐漸應(yīng)用起來。不同于其他普通的幾棟建筑之間無需考慮干擾的問題，多個多塔結(jié)構(gòu)的建筑需要共同一個裙樓時，其水平力作用是相互影響的，因此在工程設(shè)計過程中，多塔結(jié)構(gòu)的建筑設(shè)計有很多難點與要點。本文就多塔結(jié)構(gòu)中的工程設(shè)計應(yīng)注意的問題，從多塔結(jié)構(gòu)的特征出發(fā)，闡述了其結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與一些支持。

關(guān)鍵詞：多塔結(jié)構(gòu) 大底盤 工程設(shè)計 抗震分析

多塔結(jié)構(gòu)常被稱為大底盤的多塔結(jié)構(gòu)，是指結(jié)構(gòu)不為一個整體，但存在獨立成棟的情況，而因其可能出現(xiàn)共用一個大底盤裙樓的現(xiàn)象。與普通城市建筑不同，獨立的普通建筑在設(shè)計與施工時不需要考慮兩棟或者多棟建筑之間的互相干擾因素，而這種多個塔樓共用一個裙樓的情況則需要考慮到裙樓對于塔樓水平力的作用互相影響，所以多塔結(jié)構(gòu)的建筑在設(shè)計結(jié)構(gòu)時有很多需要考慮的因素。

一、多塔結(jié)構(gòu)的簡介。

隨著城市的經(jīng)濟(jì)水平與社會的發(fā)展，大底盤結(jié)構(gòu)的多塔建筑形式越來越多，而我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中也提出了相應(yīng)的專門規(guī)定。人們對于城市建筑功能的需求推動著多塔結(jié)構(gòu)建筑的廣泛應(yīng)用，其對于城市的影響也是非常重要的，隨著應(yīng)用的增多，其結(jié)構(gòu)形式方面的一些理論分析也逐漸得到了關(guān)注。多塔結(jié)構(gòu)的建筑就是指，包括大底盤與多塔兩個部分組成的建筑，其結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：

大底盤。從結(jié)構(gòu)上來看，大底盤是支撐上部塔樓結(jié)構(gòu)的重要部分，但其與塔樓之間還可以多種連接的關(guān)系存在。一方面，底盤與上部塔樓結(jié)構(gòu)之間的豎向分布為間斷性的，在連處采用的是轉(zhuǎn)換層的方式來實現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)主要被用在住宅修建中。大底盤常常會使用框架結(jié)構(gòu)或者是布置剪力墻的框架結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。另一方面，如果兩者之間的結(jié)構(gòu)豎向分布為連續(xù)的，這時的上部塔樓的豎向結(jié)構(gòu)并沒有形成頂部中斷，而是呈一種連續(xù)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

塔樓。塔樓是多塔結(jié)構(gòu)中最主體的部分，與眾多單體結(jié)構(gòu)一樣，可以分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、以及鋼筋與鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)三種，而常用的結(jié)構(gòu)的形式也可以分為框架、剪力墻、框筒以及筒體結(jié)構(gòu)幾種，對于多塔結(jié)構(gòu)形式的建筑，在塔樓的剛度、質(zhì)量兩個方面必須完全一致，分為對稱與不對稱兩種。

二、多塔結(jié)構(gòu)工程設(shè)計的特征分析。

1、多塔結(jié)構(gòu)的建模形式。

多塔結(jié)構(gòu)建筑的建模方式，一般分為按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)層建設(shè)和不同標(biāo)準(zhǔn)層建設(shè)兩種，也就是通常說的共用標(biāo)準(zhǔn)與廣義層兩種。而同一多塔結(jié)構(gòu)的兩種建模方式，其后續(xù)分析計算的效率與結(jié)構(gòu)是否一致，兩者的引用范圍與后處理文件又有怎樣的區(qū)別都需要我們進(jìn)行分析。針對共用的標(biāo)準(zhǔn)層建模形式，需要在SATWE的前處理中，對多塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)充定義。事實上，這個過程與單塔結(jié)構(gòu)相類似，同一樓層號內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)都按照同一個標(biāo)準(zhǔn)層來輸入，組裝時要按照標(biāo)高，從上往下依次組裝。

2、多塔結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置。

多塔結(jié)構(gòu)的建筑主要有幾個特點，首先在多個、多層建筑的底部，擁有連成整體的大裙房以此形成大底盤，當(dāng)然也有無底盤裙房的多塔結(jié)構(gòu)。而還存在多個塔樓只有地下室連載一起，而沒有地表以上的大型底盤結(jié)構(gòu)。還有的多塔結(jié)構(gòu)帶有大底盤，但結(jié)構(gòu)在大底盤上某層時突然收緊，屬于豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)如果布置不當(dāng)，很可能導(dǎo)致豎向剛度突然扭轉(zhuǎn)。針對這樣的情況，我國現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)程中也有相關(guān)的措施來解決。一方面，可以通過使得塔樓與對應(yīng)的底盤對稱布置的方式，盡量減少塔樓與底盤的偏心情況來解決。另一方面，通過合理的抗震設(shè)計，按照規(guī)范來設(shè)計樓層，避免在地震中被破壞。為了保證多塔樓結(jié)構(gòu)建筑的底盤與塔樓的整體作用，對于樓板應(yīng)加強(qiáng)配筋構(gòu)造，貫通板面的負(fù)彎矩配筋，且加強(qiáng)構(gòu)造的措施，有效防止結(jié)構(gòu)布置不當(dāng)影響建筑。

三、多塔結(jié)構(gòu)的具體計算要點分析。

1、多塔定義的重要性。

多塔結(jié)構(gòu)的計算有很多要點，在進(jìn)行整體的計算時，首先必須進(jìn)行多塔的定義操作。因為對于多塔結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載計算、以及考慮分塔的地震作用偶然偏心等，都必須在多塔定義以后進(jìn)行計算。尤其對于雙塔結(jié)構(gòu)的建筑來講，多塔定義在風(fēng)荷載的倒算中有著很大的意義，其定義影響著風(fēng)荷載計算的準(zhǔn)確性。其次，對于多塔結(jié)構(gòu)的層統(tǒng)計參數(shù)分塔分層輸出也需要特別注意。在對多塔進(jìn)行定義后，通常分塔分層輸出的層統(tǒng)計參數(shù)主要包括，位移比、剪重比、剛度比和樓層抗剪承載力比、以及框架部分的柱剪力等等。而分塔輸出布置要實現(xiàn)結(jié)果的輸出、方便結(jié)果的查看，對于各單體的平面構(gòu)件布置不同時，沒有定義的多塔結(jié)構(gòu)計算結(jié)果將會是不正確的。

2、計算振型個數(shù)與結(jié)構(gòu)體系的選擇。

多塔結(jié)構(gòu)的計算振型個數(shù)應(yīng)依據(jù)國家規(guī)定的《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，取值應(yīng)大于15，且不小于塔樓數(shù)的9倍。但對于振型個數(shù)最佳的取值卻沒有一個特別的規(guī)定，事實上，由于多塔結(jié)構(gòu)的振型復(fù)雜，高振型對于建筑物結(jié)構(gòu)的內(nèi)力影響較大，當(dāng)建筑物的質(zhì)量與剛度分布不均時，建筑物的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的振動反應(yīng)相對增大，影響力就更為突出。

3、裙房層數(shù)與轉(zhuǎn)換層的層號填寫。

對于底盤樓層較多，上部塔樓高度不高的非典型多塔結(jié)構(gòu)建筑而言，如果設(shè)計時輸入了較高的裙房樓層號，則很容易出現(xiàn)剪力墻底部的加強(qiáng)區(qū)過高的現(xiàn)象。對于這種不合理的現(xiàn)象，可以通過輸入0，再由程序按照規(guī)范計算的方式計算剪力墻加強(qiáng)區(qū)的高度，對于受理復(fù)雜的底盤定鏈接層以上，以及下一層的結(jié)構(gòu)構(gòu)件一并進(jìn)行加強(qiáng)調(diào)整。而對于多塔結(jié)構(gòu)設(shè)置有轉(zhuǎn)換層的工程設(shè)計來說，則需要在參數(shù)中輸入轉(zhuǎn)化層的層號。層號指的是從結(jié)構(gòu)的最底層開始，到自然層的號，為軟件按照帶轉(zhuǎn)換層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計來確定剪力墻的加強(qiáng)區(qū)高度。當(dāng)裙房的層數(shù)與轉(zhuǎn)換層號所計算出來的剪力墻加強(qiáng)區(qū)高度不同時，軟件會進(jìn)一步對兩者比較的大值進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整和約束邊緣構(gòu)件設(shè)置操作。

4、周期比與位移比的計算分析。

對多塔結(jié)構(gòu)的建筑工程進(jìn)行周期比的計算，一般就是將多塔結(jié)構(gòu)以近似分割的形式，切割成各個單塔結(jié)構(gòu)，再分別進(jìn)行計算，這種方式也就是我們常說的離散模型。與普通的周期比計算相似，各個單塔結(jié)構(gòu)的周期比計算必須按照強(qiáng)剛性樓板假定來進(jìn)行，還要考慮到樓板的實際情況來進(jìn)行剪重比、剛度比以及樓層受剪承載力的計算。因為多塔結(jié)構(gòu)自身的構(gòu)建較多，所以其內(nèi)力的小幅度變化也會對配筋的驗算結(jié)論產(chǎn)生影響，因此，對于構(gòu)建內(nèi)力的分析以及配筋驗算時的模型設(shè)計應(yīng)盡量做到完整，應(yīng)視樓板的具體情況來設(shè)計相應(yīng)的彈性板或者彈性膜。

結(jié)語：事實上，對于多塔結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計還有非常多的因素要注意，為滿足更多的功能需求，多塔結(jié)構(gòu)的發(fā)展將會越來越好。而針對多塔結(jié)構(gòu)存在的結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜、豎向剛度突變以及結(jié)構(gòu)布置不當(dāng)?shù)葐栴}，我們必須采取合理的措施，根據(jù)工程的實際情況，保證各環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量，與結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑專業(yè)設(shè)計緊密結(jié)合，綜合考慮各項影響因素，認(rèn)真分析，提出合理、準(zhǔn)確的設(shè)計方式，應(yīng)用于工程建筑中，相信就能處理好多塔結(jié)構(gòu)的眾多問題，保證建筑的實用性。

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作者簡介：景宇（1989.2～），男，貴州人，研究生學(xué)歷，結(jié)構(gòu)設(shè)計師，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計