大底盘双塔复杂高层建筑结构设计

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2012-12-14浏览：35次

　　摘要：随着高层建筑的不断发展，大底盘双塔结构已经被广泛的应用于高层建筑结构中，但是由于双塔结构本身的结构相当复杂，所以其抗震设计方法也和传统的结构体系有着较大的区别。本文就工程实例阐述了大底盘双塔结构的抗震设计。

　　关键词:大底盘双塔,高层建筑设计,抗震

　　引言

　　随着近年来高层建筑使用功能和建筑形式的快速发展，建筑师们对建筑的形态进行了不断地变化和创新，大底盘双塔楼体型的建筑也越来越多的出现在了现代建筑群体之中。这种竖向刚度变化较大的复杂结构体系在地震作用下，结构内力，变形以及动力性能都编的相当复杂，而这些正是我们抗震设计中的要点。本文结合工程实例大底盘双塔结构的高层建筑的抗震设计进行分析和讨论。

　　1.工程简介

　　该工程的两幢楼为地下室裙房相连，裙房以上完全分开，并且地下室的顶盖作为上部结构的嵌固端，所以这两幢大楼按照大底盘双塔结构进行抗震设计。1号塔楼为32层，地面以上建筑总高度为106米，2号塔楼为24层，地面以上建筑总高度为83米，均为剪力墙结构。

　　2.对结构计算的分析

　　根据《建筑抗震设计规范》(GB5011-2001)，该工程属于丙类建筑，场地基本烈度为7度，基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为一组，场地土地类别为Ⅱ类。抗震等级为二级。根据规范的要求，本工程采用中国建筑科学研究院空间组合结构有限元分析程序SATWE为主程序对结构进行分析，计算时考虑了结构在双向地震下的扭转耦联，取了24个计算振型数。

　　(1)结构自振周期

　　双塔结构受力特点和计算分析比一般的高层建筑要复杂。对于多塔结构，通常采用的计算模型有两种，分塔计算和整体计算，我们对本工程的周期计算采用分塔计算。1号楼的第一自振周期为：2.304s、2.117s，2号楼的第一自振周期为：1.914s、1.735s，它们均在合理的取值范围之内，另外X、Y放线前面几个振型的投影曲线基本上连续光滑，所以结构的整体刚度和分布都是较为合理的。

　　(2)结构位移

　　位移比控制计算应考虑塔楼之间的相互影响，将塔楼连同底盘作为一个完整的系统进行分析，及采用整体计算。计算在水平地震和风荷载作用下双塔的楼层层间最大位移和层高之比，最大位移与层平均位移之比以及最大位移比出现的楼层。

　　(3)结构弹性动力时程分析

　　本工程进行多遇地震下弹性时程补充分析。在设计中从SATWE波形库中选取对应Ⅱ类场地，特征周期为0.35s的2组天然波形和一组人工波进行动力时程分析。输入分量地震峰值加速度为35cm/s2，双向地震波的峰值加速度输入比为1:0.85，结构阻尼比取0.05.经计算各条时程曲线计算的结构底部剪力均不小于振型分解反应普法的计算结果的65%，三条时程曲线计算的结构底部剪力平均值大于振型分解反应普法的计算结果的80%，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》的要求。

　　3.特别复杂的大底盘双塔楼的分缝处理

　　由于建筑平面布置极不规则，而且建筑功能上不允许或者限制在结构平面上设抗侧力构件，导致大底盘双塔楼结构的设计面临着建筑平面布置和结构平面布置的矛盾，偏置率较大，结构工程师很难按照抗扭设计原理完成设计，所以，此时可以在结构平面上合理的设置抗震缝，这样问题就会迎刃而解。

　　(1)设缝时在缝的两侧形成双柱或者悬挑梁，增加了构件和变形缝的处理，这样的增加并不显著影响建筑功能，而且无论是在地上还是在地下，对于变形缝的处理都是成熟的，防水变形缝的处理也是过关的。而且这样的做法增加的造价并不会比不设缝连为一体时，造成的按照大底盘双塔楼抗震设计是增加的造价高出多少。

　　(2)大底盘双塔楼结构振动复杂，高振型对结构内力的影响较大，抗震措施严格设缝分解成单塔楼后，使得复杂的问题简化，竖向不规则变为竖向较为规则，偏置率也相应减小，结构分析和结构设计都易于实现。

　　(3)另外，大底盘双塔楼结构，地盘与塔楼的竖向构件内力相差较大。三层裙房竖向构件的内力很小，但是对于20余层的塔楼结构竖向构件的内力将是底盘结构竖向构件内力的15—20倍，内力将向塔楼下集中，这样产生的影响将不超过塔楼相邻裙房一跨，从地基变形考虑，设缝是有利的，尤其是在较为软弱的地基上。

　　4.结构设计的加强措施

　　双塔结构在工程设计中虽然能满足规范要求的抗震设防标准，但是由于地震的不确定性和计算的近似性等的原因，抗震设计更加重要的是概念设计，所以我们对本工程设计总结出一下几点加强措施。

　　(1)裙房屋面板厚度取180mm，并且裙房屋面板上下一层的楼板也做加强措施，同时加强配筋构造，板面负弯矩筋贯通，这样能够更好保证结构底盘和塔楼的整体作用。各塔楼之间裙房屋面梁适当加强。塔楼中与裙房连接体相连接的外围筑墙从嵌固端到高出裙房屋面上一层的高度范围内，在构造上予以加强。柱箍筋在裙房屋面上下层的范围内全高加密，剪力墙设置约束边缘构件。

　　(2)工程中由于受到建筑立面布置和平面布置的矛盾，使得结构平面布置存在一定的偏心，塔楼结构和底盘结构质心的距离大于底盘相应边长的20%，使得平面抗扭性能相对较差。在结构设计中，采用能够反应楼板实际刚度的弹性楼板模型对结构进行计算，将裙房顶层楼板定义为弹性膜，充分考虑大底盘双塔楼之间的影响，求解楼板的实际应力，降低计算模型假定带来的误差，并且在配筋中考虑楼板的面内应力，增加楼板内的配筋率，抵抗由于扭转带来的内力。

　　(3)在大底盘双塔楼的结构设计中，底盘是设计的关键所在。底盘的高度，刚度和承载力的变化都会对结构的抗震产生不同的影响，所以我们在设计中需要避免底盘的刚度过小，高度过高的情况;必须加强底盘的承载能力，避免造成上部结构变形过大导致延性要求无法满足。在双塔结构中，各塔的振动通过底盘的相互作用，将大底盘双塔结构简化为单塔楼带大底盘结构进行计算，这样会低估高塔的反应，高估低塔的反应;但是随着底盘刚度的不断提高，对两单塔楼的反应差别也将逐渐减小。所以在本工程的设计中，由于大底盘双塔楼的复杂性，在分析的时候考虑了平扭藕连震动和楼板平面内振动的影响，在加强了底盘刚度的同时，底盘的承载力也得到加强，这样使得底盘的层剪力不断增大，从而有效地降低结构底盘部分的层间变形和延性要求，这样做可以避免底盘成为结构的薄弱层。另外，还对该结构进行了弹性动力时程分析来比较分析。

　　5.对结构计算分析的体会

　　根据上述的结构计算和分析，该高层建筑的内力和变形等的数据都满足了建筑抗震设计规范的要求。以下是对于本工程的一点分析和体会。

　　(1)如果双塔的楼层不同，那么该结构在地震作用下各个方面反应不同，变化也相当复杂，对于结构的优化设计将会比一般的设计来的困难，所以我们需要更加进一步的研究其中的规律。

　　(2)在水平地震荷载的作用下，结构由于其自身的不对称性的影响将比双塔和底盘的偏心所造成的影响更为不利，尤其是在顶层作用很大的情况下，我们在设计中应该尽量避免形成差异过大的高地塔布置形式。

　　(3)大底盘双塔楼的抗震设计应该采用符合实际的结构情况的力学模型，来计算塔楼之间的相对振动和单独振动引起的地震剪力扭转对于裙房各层的影响，特别对于裙房顶层楼板的影响。裙房的整体性和裙房对于上部双塔楼变形的协调能力是大底盘双塔楼分析设计的重点。

　　6.结语

　　近年来，大底盘双塔复杂高层建筑结构在建筑设计中得到了广泛的应用，但是因为受力机理比较复杂，设计比较困难，所以建筑设计师们应该对此引起足够的重视。现在我们已经采取了多种程序对此进行计算分析、比较，并且在竖向刚度突变处已经能够采取措施进行加强。

　　参考文献

　　[1]娄宇，王红庆.大底盘双塔连体高层建筑的振动分析和抗震设计[J].建筑结构，1999,4.

　　[2]方鄂华.大底盘多塔楼结构地震反应[M].北京：清华大学出版社，1955.

　　[3]徐培福.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

《大底盘双塔复杂高层建筑结构设计》