大底盤(pán)多塔高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

葉驚夫

（深圳市筑道建筑工程設(shè)計(jì)有限公司南昌分公司，江西 南昌 330096）

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，普通的高層建筑已不能滿足人們的高品質(zhì)居住環(huán)境要求。為緩解城市用地緊張的情況，以及滿足人們對(duì)高層建筑多樣化功能的需求，高層建筑大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)開(kāi)始受到關(guān)注。此結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)勢(shì)，但在設(shè)計(jì)方面非常復(fù)雜，需考慮整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性及塔樓轉(zhuǎn)換層等問(wèn)題。

1 大底盤(pán)多塔高層建筑結(jié)構(gòu)概述

目前，大底盤(pán)多塔建筑設(shè)計(jì)被建筑設(shè)計(jì)師廣泛應(yīng)用，其無(wú)論在外形上還是在使用功能方面均比較特別。其將許多獨(dú)立的建筑連在一起形成裙房，不僅提升建筑的使用功能，而且能提升建筑的價(jià)值。但大底盤(pán)多塔建筑呈不規(guī)則狀，在一定程度上增加了施工難度，而且與普通高層建筑相比，其穩(wěn)定性不高。所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)，為保證設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，需要采取相應(yīng)的措施。

從結(jié)構(gòu)方面來(lái)講，此類(lèi)建筑形狀不規(guī)則，大底盤(pán)與塔樓之間可以有多種不同的連接方法。例如，在當(dāng)前較為常見(jiàn)的住宅雙塔結(jié)構(gòu)中，底盤(pán)與塔樓之間豎向發(fā)生間斷，而在地面的部分并沒(méi)有大底盤(pán)結(jié)構(gòu)，處于中間位置的轉(zhuǎn)換層發(fā)揮著銜接作用，增強(qiáng)盤(pán)底與塔樓的聯(lián)系，但底部需要較大的空間。需要注意的是，設(shè)計(jì)時(shí)大底盤(pán)的剛度要小于上面塔樓的剛度。還有一種是備商業(yè)功能的結(jié)構(gòu)，上面裙房多，并呈多塔結(jié)構(gòu)，這種情況下通常將轉(zhuǎn)換層設(shè)置在裙房頂標(biāo)高處，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

2 大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.1 協(xié)調(diào)性

在設(shè)計(jì)大底盤(pán)多塔建筑過(guò)程中，根據(jù)大底盤(pán)多塔自身復(fù)雜性，提升設(shè)計(jì)方案的合理性。應(yīng)遵循相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，結(jié)合高層建筑對(duì)層數(shù)與剛度的要求，重視設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)并重視變形問(wèn)題，以提高高層建筑的穩(wěn)定性與協(xié)調(diào)性。

2.2 多樣性

大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)具有多樣化的特點(diǎn)，有許多結(jié)構(gòu)類(lèi)型，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要全面考慮影響大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)性能的因素，尤其要注意結(jié)構(gòu)受力情況與穩(wěn)定性。

2.3 不規(guī)則

大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)呈不規(guī)則性，大底盤(pán)底部具有面積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，其發(fā)揮的作用取決于應(yīng)用的領(lǐng)域。一般建筑下面用于商業(yè)辦公、酒店公寓等。在通常情況下，轉(zhuǎn)換層能夠?qū)⒋蟮妆P(pán)與多塔進(jìn)行連接，轉(zhuǎn)換層處于塔樓之內(nèi)，這樣才能消除多塔與底盤(pán)之間的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響。

3 大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 沉降差

高層大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)建筑使用功能較為復(fù)雜，而且樓層多，如果設(shè)計(jì)不合理就會(huì)發(fā)生沉降，對(duì)建筑的穩(wěn)定性造成較大的影響。針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)人員要充分考慮主樓的整體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，合理設(shè)置沉降縫，把主樓與裙房交接處接縫控制在最小范圍內(nèi)。造成大底盤(pán)沉降差異的因素有大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)平面面積小、荷載小、受力不均勻。

3.2 裂縫

裂縫是大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)的問(wèn)題，其原因在于結(jié)構(gòu)剛度的差異性，而且建筑結(jié)構(gòu)中的部分構(gòu)件承受能力較弱，受力不均勻就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

3.3 剛度弱

受結(jié)構(gòu)剛度的影響，大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)剛度弱，對(duì)整個(gè)建筑的穩(wěn)定性造成一定的影響。

4 解決大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體措施

4.1 控制大底盤(pán)與上部多塔結(jié)構(gòu)間的沉降差

大底盤(pán)多塔高層建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是地基的牢固性，應(yīng)考慮地面的承載力和大底盤(pán)的承載力，確保其他部位的體積與大底盤(pán)多塔樓的地基相符，方可保證地基的穩(wěn)定性，確保建筑安全。設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮大底盤(pán)高層建筑可能發(fā)生的沉降問(wèn)題，因?yàn)楦邔咏ㄖl(fā)生沉降將導(dǎo)致不可預(yù)估的危險(xiǎn)。因此，要不斷強(qiáng)化主樓基礎(chǔ)，適當(dāng)弱化裙房基礎(chǔ)，并根據(jù)兩者的荷載，采取不同的方式調(diào)節(jié)兩者之間的沉降差，從而有效降低沉降差，保證設(shè)計(jì)安全。在主樓與裙房的交接位置可以設(shè)置永久沉降縫，并保障兩者的獨(dú)立性，只有在相互獨(dú)立狀態(tài)下才能消除由于兩者受力不均衡導(dǎo)致的沉降差。例如，在軟土地區(qū)，高層建筑可采用樁基，沉降值應(yīng)控制在10～15cm，如果是單層地下層，還要結(jié)合抗浮設(shè)計(jì)，把所對(duì)應(yīng)的荷載能力對(duì)地面的附加壓力降到最低。但是上述做法不僅會(huì)影響建筑的整體立面效果，還會(huì)對(duì)防水與基礎(chǔ)產(chǎn)生一定的影響，增加工程的投入成本。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，后澆帶的結(jié)構(gòu)面寬度設(shè)計(jì)要控制在1.0m左右，并且貫通頂板、墻板等，通常為柱距三等分，位置在中間部位，并且強(qiáng)化防水層。后澆帶要避免處于樓梯位置。

例如，上海市一座高層辦公建筑工程，塔樓為20層高，3座，裙房3層，地基1層，主要是雜土，第2，3，4層分別為砂質(zhì)粉土層、淤泥質(zhì)土層、圓礫層，此3層可作為受力層。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)采用PHC管樁，裙樓采用短樁，塔樓采用長(zhǎng)樁。這種方式整體設(shè)計(jì)效果顯著，能夠有效解決沉降差異問(wèn)題，切實(shí)提升整體高層建筑的質(zhì)量，已在建筑行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

4.2 大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)計(jì)算方法分析

大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，受力情況容易受多塔之間變形的影響。借助計(jì)算軟件、BIM等現(xiàn)代化技術(shù)手段對(duì)大底盤(pán)多塔進(jìn)行建模，使設(shè)計(jì)人員了解和分析建筑的受力情況，從而獲得可靠的數(shù)據(jù)，達(dá)到理想的效果。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)整體建筑建模，并且通過(guò)單塔分析方式根據(jù)塔樓剛度進(jìn)行指標(biāo)性分析，通過(guò)剛度完成單塔組合，利用建筑建模對(duì)單塔剛度差異進(jìn)行計(jì)算，從而消除安全隱患，避免計(jì)算出現(xiàn)較大的誤差。例如，剛度指標(biāo)的計(jì)算，應(yīng)按照建筑使用功能進(jìn)行分類(lèi)。

大底盤(pán)結(jié)構(gòu)布置會(huì)受到周邊環(huán)境等因素的影響。裙房大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)主要有大底盤(pán)、多塔及裙房。沒(méi)有裙房的大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)主要有大底盤(pán)、多塔、轉(zhuǎn)換層等。從設(shè)計(jì)角度進(jìn)行分析，為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，將大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)體形分為緊湊型、離散型兩種。緊湊型通常為多塔，間距相對(duì)較小，整體建筑在結(jié)構(gòu)上處于一種空間相對(duì)擁擠的狀態(tài)。大底盤(pán)結(jié)構(gòu)布置通常采用根據(jù)45°線向下分割的方式。當(dāng)多塔間距相對(duì)較大時(shí)，45°線向下分割，發(fā)現(xiàn)不同塔的45°線不會(huì)出現(xiàn)相交。另外一種情況屬于離散型，大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)中的塔分別排列，通常情況下，塔分割從大底盤(pán)的頂面沿45°線完成向下斜切，能夠在底盤(pán)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)相交，45°線范圍又能夠形成獨(dú)立模型，其他部分都切除。

4.3 大底盤(pán)裂縫

大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)大部分地基受力處于不均勻狀態(tài)，如果未平衡好兩者的關(guān)系，極有可能造成地基開(kāi)裂，對(duì)建筑質(zhì)量安全造成影響。因此，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何有效地連接大底盤(pán)和多塔。采用剛性、柔性防水連接的方式，防開(kāi)裂的效果非常顯著。但是剛性連接技術(shù)尚不成熟，柔性防水連接的投入成本較高，并且后期維修困難，不利于推廣與應(yīng)用。所以只能控制混凝土等級(jí)，保持建筑良好的承載力與耐久性。后澆帶澆筑時(shí)需要對(duì)梁、板鋼筋等部位進(jìn)行貫通處理，在建筑部位的兩側(cè)結(jié)構(gòu)處進(jìn)行澆筑。梁、板部位澆筑的混凝土等級(jí)大于底部混凝土等級(jí)一級(jí)，澆筑完成以后還需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理。在大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要充分考慮整體層高、抗震性能、所在地區(qū)的氣候條件等，分析結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，從而提高建筑結(jié)構(gòu)性能。

4.4 提升剛度

在大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，布局階段應(yīng)遵循對(duì)稱(chēng)性原則，保證底盤(pán)中心與塔樓高度相同，以提升結(jié)構(gòu)的剛度，避免結(jié)構(gòu)變形。在高層建筑施工中，只有增加底盤(pán)樓板的厚度，才能提升周邊鋼柱的剛度。另外，在設(shè)計(jì)大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)時(shí)，要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況，通過(guò)借助計(jì)算機(jī)，運(yùn)用科學(xué)的計(jì)算方式，使設(shè)計(jì)方案更具合理性。在單塔設(shè)計(jì)、多塔設(shè)計(jì)時(shí)需掌握重點(diǎn)部分，保證結(jié)構(gòu)剛度與高層大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相符，充分發(fā)揮大底盤(pán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，使高層建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)在我國(guó)高層建筑中得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)充分發(fā)揮大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，不斷更新工程設(shè)計(jì)及施工模式，提升大底盤(pán)多塔結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性。大底盤(pán)多塔高層建筑使用功能多樣化，與人們追求高品質(zhì)生活的需求相符，應(yīng)充分利用城市土地及地下資源，規(guī)范合理地設(shè)計(jì)大底盤(pán)多塔高層建筑，確保大底盤(pán)多塔高層建筑的整體性和穩(wěn)定性。