對高層建筑結構大底盤多塔結構設計的分析

摘? 要：近年來，我國社會經濟發展水平不斷提高，從而使建筑技術有了很大進步，出現了越來越多結構復雜的高層建筑。房地產業，特別是居住小區和公共建筑，多塔結構的大底盤大量涌現，塔樓越來越多，底盤越來越大。大底盤多塔樓建筑結構設計復雜，如何設計出經濟、安全的組合結構，是設計人員面臨的重要課題。以此為基礎，對大底盤式多塔結構在高層建筑中的應用進行了研究，分析了多塔結構的協調性、多樣性和不規則性，并結合高層建筑的實際情況，提出了合理的設計要點，提高了多塔結構的設計水平。

關鍵詞：高層建筑;大底盤多塔樓;設計;研究

中圖分類號：TU347?? 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）07-0000-00

0引言

我國人口眾多，這就顯著土地資源極為匱乏，這一點在經濟發達的沿海地帶尤為顯著。因此高層建筑成為城市發展、解決土地資源緊張的首選。盡管高層建筑比多層建筑實用性強，但施工難度卻明顯較大，難以充分發揮出建筑物的功能性。而通過應用大底盤多塔結構設計，就可以很好的滿足業主或開發商對建筑物功能性的要求。但是這一結構的特點比較復雜，在設計過程中需要考慮多方面的問題，比如協同變形和扭轉不規則等問題，協調好大底盤和多塔之間的關系，實現安全施工和功能性需求的滿足。

1大底盤多塔結構體系的特點

首先是結構體系的多樣性。結構體系具有的多樣化特點可以在應用大底盤式塔結構后充分體現出來，這種結構設計形式極為繁瑣、復雜，涉及到的結構設計類型也相對較多。另外，在設計階段，需要充分考慮大底盤多塔結構的受力性與動力，綜合考量相關問題，使大底盤多塔結構的多樣性特點更加突出。其次是大底盤和多塔結構的協調性。在設計過程中，首先需要明確一點就是大底盤在高層建筑結構中多位于建筑物的最底部，其具有非常大的商業價值和商業用途，而多塔大多位于建筑物的上部，通常是具有住宅用途。因此，想要保證大底盤和多塔之間需要達成的協調性，這就要求工作人員在大底盤的頂層區域設置相應的結構轉換層，以避免剛度突變問題的出現。最后是大底盤多塔結構體系之間的不規劃性。大底盤多塔結構因其自身的不規則性，在不同的施工區域發揮著不同的作用。由于底盤面積大，一般廣泛用于商業，而多塔結構主要用于辦公、住宅等。

2大底盤多塔結構設計在高層建筑中的問題分析

2.1沉降差異

由于高層建筑底盤大、多塔結構，樓層高、底盤面積大，如果設計不合理，容易造成沉降問題，影響整個建筑的安全穩定。因此，在具體的設計過程中，設計者需要加強主建筑物的基礎，避免沉降問題的發生，合理設置沉降縫，控制主樓與裙樓之間的最小范圍內的接縫，從而避免對主樓立面效果的影響。一般情況下，引起沉降差的原因是底盤大的多塔結構平面面積小、荷載小，最終導致底盤沉降小，產生一定的差異。

2.2裂縫問題

在大底盤多塔結構高層建筑設計中，常見的問題有結構裂縫。由于結構剛度的差異，建筑結構中的一些構件承載力有限，在不均勻應力作用下容易產生裂縫。同時，大底盤的多塔結構底部容易收縮，產生嚴重的裂縫問題。

2.3剛度不足

大底盤多塔結構剛度不足的原因是受結構剛度的影響較大，容易影響建筑物的整體穩定性。

3高層建筑結構大底盤多塔結構設計難點

3.1建筑物的沉降難點

高層建筑樓層較高導致高度較高，這一點就意味著會對地基造成巨大的壓力，如果建筑物的結構設計存在不合理的可能，必然將導致整個建筑物發生沉降，影響高層建筑的安全性能，導致包括設計在內的整個過程宣告失敗，造成巨大的浪費。因此在具體設計過程中，可以從強化主樓基礎、設置后澆帶和設置沉降縫等方面解決建筑沉降問題。

（1）強化塔樓基礎。高層塔樓常用樁基礎，承載能力較高，對應高層的較大豎向力。大底盤裙房可根據地質條件采用樁或天然基礎，另外，需要驗算高層及相鄰裙房的基礎沉降差。

（2）設置后澆帶。在高層塔樓與裙房相接跨設置沉降后澆帶;裙房內根據實際長度設置相應的伸縮后澆帶。

（3）設置沉降縫。高層塔樓之間根據規范要求設置相應寬度的沉降縫，縫設置在裙房頂板以上。

3.2確定結構嵌固端所在的位置

在建造大底盤多塔高層建筑時，整個建筑物的建造通常都是利用一個大型裙房來完成，以裙房作為這個建筑物的底盤，在裙房之上形成了多個獨立高層建筑物。根據大底盤頂層樓蓋實際埋深高度的不同，結構的嵌固端可分為兩種情況：

（1）大底盤頂層樓板作為上部塔樓的嵌固端的結構，其一般情況下都會作為住宅小區而使用，嵌固端以下樓層就成為通常的地下室設計。嵌固端以上層為各棟塔樓，塔樓間采用抗震縫分隔。

（2）大底盤頂層樓板不作為上部塔樓的嵌固端的結構，往往應用在一些綜合性區域內。此時，嵌固端以下層為通常的地下室設計，嵌固端以上層裙房需根據規范要求做進一步的計算分析和加強。

3.3大底盤溫差效應及措施

對于嵌固端不在大底盤頂板層的結構而言，大底盤的頂層樓蓋通常是長度較長，中間不設縫的超長結構，因此需額外考慮溫度作用對樓蓋及墻柱的影響。結構設計時需要對此項內容單獨分析：根據結構當地的氣象統計資料及結構實際后澆帶合攏時間，得出結構的實際最大溫差，并根據此溫差，計算在最大溫升及最大溫降工況下，結構梁板、墻柱的應力變化。從而有的放矢的對應力較大區域做構造加強。采取可靠的減小溫差效應的措施，并通過調整裙房頂層框架梁柱及樓板的配筋，減小溫度效應對大底盤的影響。如以下幾條：

（1）設置后澆帶且應當避開溫度較高的月份進行合攏，可以選擇溫度較低的冬季進行合攏。

（2）優化施工進度安排，控制裙房施工及竣工時間，減小整體溫差，控制溫度效應。

（3）采用實際氣象資料，安排混凝土低溫入模，并采用相對不高的混凝土等級C40。

（4）樓板采用雙層雙向配筋，根據上述增加配筋率，控制配筋間距，增加抗裂性能。

（5）適當增加底層邊柱的配筋。

（6）對于中間塔樓和裙房的后澆帶部位要求裙房施工完成后3個月內不得合攏。

3.4結構設計與施工難點

大底盤多塔結構的設計中，除了常規的單塔結構設計外，還需考慮大底盤對單塔結構的影響，多塔整體模型對每個單體結構的影響、多塔結構對裙房頂板及其上下層的影響以及塔樓與底盤相接處的分析。

3.4.1大底盤對單塔結構的影響

根據規范要求，塔樓周邊的裙房超過兩跨時，單塔樓模型至少附帶兩跨的裙房結構計算。

3.4.2多塔整體模型對每個單體結構的影響

根據規范要求，多塔結構，按照多塔整體模型和各單塔模型分別計算，采用包絡結果。

3.4.3多塔結構對大底盤頂板及其上下層的影響

實際計算中可假定裙房頂板層樓板為彈性樓板，分析整體多塔模型，求出相應地震力下樓蓋的應力結果，根據多塔模型及單塔模型的包絡結果得出相應的配筋。

3.4.4塔樓與底盤相接處

針對多塔樓復雜結構體系，在豎向體型突變部位即裙房頂板，塔樓之間連接部位板厚應加大，除按應力分析結果外，實際配筋采用雙層雙向板筋拉通，且適當增加每層每個方向的配筋率;塔樓之間連接部位框架梁，增加通長筋以提高抗拉能力。在裙房范圍內，還包括了塔樓中與裙房相連的外圍框架柱及剪力墻，可以適當提升剪力墻與框架柱的配筋率，箍筋要做到全高加密。作為大底盤多塔樓高層建筑結構最為關鍵的一個問題，結構設計至關重要，相關人員必須嚴格遵循規范標準開展設計，并要求施工單位按照規定開展作業。

3.5重視質量檢測

在大底盤多塔高層建筑結構中并不是所有的建筑材料都適用，由于建筑材料種類較多，為了保證整個建造項目的順利開展，必須嚴格采用符合實際需求的特性指標材料。在此過程中，質量檢測發揮了重要作用，其能保證高層建筑質量與安全性，是審查建筑材料是否符合工程標準的一種有效手段，從而保證施工現場進入的建筑材料都能符合工程實際建造需求。

4實例分析

以中國某高層辦公樓工程為例，塔體16層，底裙4層，基礎層為雜土，二、三、四層為雜土，四層為圓礫石層，五層和六層為雜土。在此高層建筑中，由于大底盤多塔樓結構剛度大，在實際使用中，地下室底板的受力往往不均勻，容易引起底板的變形問題，長期存在的變形問題會導致地縫開裂，影響建筑使用安全。故而亟需采取有效措施予以解決。

4.1提高大型框架結構的穩定性，減少主廠房內沉降差

基坑支護是高層建筑結構穩定性的重要組成部分。多塔式大底盤結構設計應加強主樓基礎部分的設計。現實工程中，為了提高建筑物的整體安全，往往通過調整結構剛度來減少沉降差。對主樓基礎進行調整，加強主樓基礎設計，可大大減少主樓與裙樓的差異。采用剛度調平原理，對多塔大底盤結構進行多樣化設計，以確保建筑物穩定沉降，促進建筑物安全體系的建立，使之更加安全、實用。如在多塔結構設計中，常遇到塔身的平面剛度和變形問題。通過增加剪力墻，能夠平衡和調節整個建筑結構的協調，從而提高結構的穩定性。另外，樁的端部應力層采用PHC管樁進行設計，樁身全部為粉砂層。圍裙用短樁。采用長樁結構的高層建筑工程，整體設計效果明顯，并能有效緩解沉降差，得到廣泛的應用和推廣，有效提高了整體施工質量。

4.2沉降縫設置

在高層建筑中，對于底盤較大的多塔結構裂縫，應充分考慮結構間的平衡。大底盤式多塔結構在壓力作用下，通常采用設置沉降縫的方式形成裂縫，將高層建筑與周邊建筑隔開，有效地緩沖了主樓與裙樓之間的裂縫。采用挑梁基礎，即挑邊沉降縫一側，可設置沉降縫，保持原有設計水平。增加懸臂梁的承載力設置，可以更好地減輕結構受力，提高高層建筑的整體施工質量。在此基礎上，可對大底盤多塔結構進行柔性連接，盡量避免剛性連接，保持主樓和裙樓獨立，減少施工裂縫。可以設置后澆帶，減小高層建筑對地下空間的影響和沉降差。設計人員在進行具體設計時，應嚴格遵守《高層建筑混凝土結構技術規范》及其它相關規范。建筑物的構造面一般在35m左右，寬約1m，柱距約1m，保證了樓板、墻板、頂板之間的連通，增強了建筑物的實用性和功能性。

4.3提升高層建筑結構的剛度

高層建筑采用大底盤多塔樓結構，以提高結構剛度，減少結構變形。大底盤多塔結構的設計應遵循對稱性原則，保證底盤中心與塔高的一致性。基礎加厚是提高周圍梁柱剛度的常用方法，其寬度一般控制在140mm以內。在高層建筑大底盤多塔結構設計中，應充分考慮其整體受力，使方案設計更為合理。為解決高層建筑結構受力問題，應采用科學的計算方法，借助計算機軟件設定設計參數，緊緊抓住單、多塔設計的重點，確保多塔結構在高層建筑中的安全設計能滿足結構剛度的要求，充分發揮多塔結構的設計優勢，提高設計的合理性和可行性，使多塔結構在高層建筑中的設計剛度達到最大值。

4.4計算方法

針對大型多塔結構底盤高層建筑，解決其整體受力問題，提高設計方案的可操作性是一個重要課題。鑒于高層建筑設計的復雜性，需要對其進行詳細的應力計算，以獲得科學合理的設計參數。通常采用計算機軟件進行力計算，建立大底盤多塔樓的結構模型。然后，綜合考慮單塔和多塔的設計要點，得出其精確的剛度指標。

5結語

綜上所述，高層建筑大底盤，多塔結構，功能豐富，極大地提高了建筑的空間利用率，也促進了城市的現代化。設計人員應針對大底盤、多塔建筑結構設計中可能出現的質量問題采取相應的處理措施，加強設計管理，確保高層建筑的施工質量。我國建筑工程的各項施工技術不斷完善發展，通過將大底盤多塔結構應用在高層建筑中，能夠進一步優化工程施工設計，推動大底盤多塔結構更好發揮自身的結構優勢，相關設計人員，要充分掌握設計要點，確保高層建筑最終的設計效果，滿足人們對現代化建筑設計的根本要求。

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收稿日期：2021-06-03

作者簡介：王寓歡（1983—），男，上海人，本科，工程師，研究方向：結構設計。

Analysis on the Design of High-rise Building Structure with Large Chassis and Multi-tower Structure

WANG Yuhuan

（Zhongyuan International （Shanghai） Engineering Design and Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai? 200126）

Abstract： In recent years， the level of social and economic development in my country has been continuously improved， which has led to great progress in construction technology， and more and more high-rise buildings with complex structures have appeared. In the real estate industry， especially in residential quarters and public buildings， large chassis with multi-tower structures have emerged in large numbers， with more and more towers and larger chassis. The structural design of large-chassis and multi-tower building is complex， and how to design an economical and safe combined structure is an important issue faced by designers. Based on this， the application of the large-chassis multi-tower structure in high-rise buildings was studied， the coordination， diversity and irregularity of the multi-tower structure were analyzed， combined with the actual situation of high-rise buildings， and reasonable The design points have improved the design level of the multi-tower structure.

Keywords： High-rise building; large chassis and multi-tower building; design; research