大底盤多塔連體復雜體型高層建筑結構設計探究

摘要：針對某大底盤、多塔連體、體型極為復雜的高層建筑實例，對其基礎設計與上部結構設計進行深入分析，并通過計算得出設計科學合理，能滿足規范和使用要求的結論。

關鍵詞：大底盤；多塔連體；復雜體型高層建筑；基礎設計；上部結構設計

如今，高層建筑的體型越來越復雜，而且多見大底盤與多塔連體形式，這給建筑的基礎和結構設計都帶來了很大的困難，如果設計不合理，將造成安全問題，甚至引發事故，帶來不必要的損失。

1、工程概況

某建筑群共有6座高層住宅組成（1#樓～6#樓），設1層地下室，1#樓與2#樓、3#樓與4#樓、5#樓與6#樓在高度上部分相連，3#樓與4#樓之間采用拱形連體，能豐富區域景觀，凸顯建筑特色，成為標志性建筑。地下室高度為5.5m，長度為210m，未設置伸縮縫與沉降縫，采用鋼筋混凝土結構，建筑地上1層～地上3層為裙房，高度為4.7m。

2、基礎設計

經前期場地地質勘察，從上到下土層依次為：厚度為0.9-1.5m的雜填土，厚度為0.9-1.5m的粘土，厚度為16.9-21.8m的淤泥，厚度為2.1-6.1m的粘土，厚度為1.2-10.5m的粉質粘土，厚度為1.9-6.9m的粘土，厚度為0.4-10.3m的全風化基巖，厚度為0.4-6.6m的強風化基巖，厚度不超過10m的中風化基巖。地表和地下水位之間的距離為0.6m，水質無侵蝕性。

因工程處在沿海區，場地上層土質較軟，且地下水位高，巖層埋藏深度大，并具有一定起伏，地表下方30-50m范圍內主要為具有較高壓縮性的軟土。同時，地下室長度較大，超出規范要求，屬典型的超長結構，必須考慮溫度應力造成的影響。另外，塔樓荷載偏大，裙房則較小，局部采用下沉式廣場，有明顯的荷載差異，不均勻沉降將造成直接影響，極大的增加了設計難度。對此，設計決定采用樁閥式基礎，同時引入先進技術措施，以保證結構安全與工程質量。

工程主要采用直徑相對較大的鉆孔灌注樁，同時將中風化巖層視作灌注樁的持力層，持力層中樁端的深度要達到d，同時在樁端實施壓密注漿，減少差異沉降。對于樁徑，需要按照荷載與沉降進行計算，采用C30混凝土，抗拔樁全長度配筋。

除建筑塔樓設置厚度為2.2m的筏板基礎以外，其它都為獨立承臺。承臺基礎和筏板基礎之間，以及地梁和獨立承臺之間，均配置不小于700mm的底板。為避免混凝土產生較大的溫度應力與收縮現象，底板與頂板都要用就有補償收縮特性的C35混凝土，同時提高一定配筋率，在荷載有很大差異的位置增設一定數量的后澆帶，在主體施工完畢后進行封閉，這樣能進一步減少以差異沉降帶來的應力。對于塔樓的筏板基礎，需要按照彈性支座板完成計算與分析。

為了保證建筑地下室大體積砼施工質量，需在技術層面滿足以下基本要求：第一，由45d及60d的后期強度替代常規的28d強度；第二，確定合適的配合比，在條件允許的情況下以水化熱相對較低的水泥為主；第三，用由AEC水泥制成的具有補償收縮特性的混凝土，具體用量通過試驗和分析確定；第四，采用蓄熱養護措施，并輔以動態溫度監測，保證養護質量。蓄熱養護是指采用草包或者是塑料薄膜進行覆蓋，同時予以持續灑水，一般持續時間要達到14d以上；最后，混凝土的內部和外部溫差應控制在25℃以內，否則將產生溫縮裂縫，造成質量問題。

考慮到地下室的長度和深度都較大，但豎向荷載偏小的特點，在基坑支護方面決定采用一樁多用的方法，是指以基礎圍護樁為主，在各階段分別當做圍護結構，工程樁及地下室的外墻，具有良好的經濟效益。設計塔樓核心筒的過程中，應重點考慮是否有管道從墻體中穿過，為了使結構保持穩定和安全，需要綜合布置所有專業的管線，特別是核心筒中被削弱的部位，必須進行有效的增強處理。

3、上部結構設計

3.1上部結構選型

如前所述，該建筑群包含6座住宅和3層裙房，不僅底盤較大，而且多塔連體，體型十分復雜。工程設計階段采用框剪體系，除管道井、電梯井與樓梯間采用抗扭剪力墻外，其它都為常規剪力墻，即均不落地，同時在裙房的頂層采用轉換梁，以此滿足大空間及大柱網方面的要求。下層采用C40混凝土，上層采用C30混凝土，剪力墻的厚度在200-250mm范圍內，局部設置的抗扭剪力墻，其截面應增加到400mm。屋面板及樓面實際厚度都應根據板跨進行確定，由于本工程的屋面板與樓面都有很大的跨度，容易出現角部開裂等問題，所以不僅要進行配筋計算，而且還要在角部設置構造筋，對于轉換層和與之相鄰的樓板，其剛度應根據現行設計與施工規范進行加強處理，樓板總厚確定為200mm，框架的支柱與支梁都根據現行規范進行設計，通常情況下，框架抗震等級取3級，普通剪力墻也為3級，而抗扭剪力墻則為2級。

1#樓和2#樓、5#樓和6#樓采用現澆結構進行連接；而3#樓和4#樓之間采用鋼結構進行連接。主體和鋼結構之間的連接，主要使用鉸接支座，并安裝限位器，用于變形控制。需要注意，因連體部分不僅要按照要求進行防腐處理，而且還要進行防火涂裝，關鍵節點還需采用構造措施，確保耐火極限能夠滿足要求。

3.2計算與分析

計算采用SATWE進行，校核采用ANSYS，根據計算與校核結果實施優化分析。

計算時需采用的參數包括：風壓為0.55kN/m2；學壓為0.15kN/m2；安全等級確定為2級；六度設防；三級場地；通過施工方法的模擬對豎向荷載進行計算；振型為16個，計扭轉耦聯振動。經計算，結構受地震與風荷載作用時，層間與頂點的最大位移都能達到現行技術規范的要求，說明以上設計是合理可行的。

4、結論

（1）針對大底盤、多塔連體、體型十分復雜的高層建筑，應確保結構體系科學性與安全性，同時和建筑師始終保持密切配合，嚴格遵循“建筑服從結構、結構適合建筑”的原則，在盡可能滿足建筑方面各項要求的基礎上，確保結構合理性，重視并做好概念設計。

（2）對地下室進行設計時，應充分工程具體情況，引入先進技術措施，優化設計、正確施工、加強管理，只有這樣才能真正保證質量，切勿盲目照搬。

（3）針對大底盤、多塔連體、體型十分復雜的高層建筑，需要優先考慮具有假定樓板分塊平面內無線剛度和帶有彈性連接板帶或者是認為樓板是彈性板計算模型，采用總剛度設計計算方式的合理計算程序，在此基礎上，還應充分考慮耦聯振動可能造成的影響，一般計算振型的總數要達到16個以上，若少于16個，則難以充分反映出結構整體受力情況。

（4）大底盤、多塔連體、體型十分復雜的高層建筑，它和大底盤的多塔建筑相同，都要在做好裙房屋面設計的基礎上，加強和連接樓層之間的設計。這一因為該部分受力較為復雜，容易出現水平方向上的剪力。基于此，應采用通長配筋的方式，并在必要的位置增加抗剪鋼筋。

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