摘要：本文主要对大底盘地下室多塔楼高层建筑结构受力进一步分析了解。大底盘地下室多塔楼结构是20世纪末出现的新型结构形式，随着用地日益紧张，这种结构形式越来越多的使用于小区住宅、商业综合体等大型建筑体系中。
关键词：大底盘地下室；多塔楼；结构受力；建模
一、概述
大底盘地下室多塔楼结构是在目前用地紧张情况下采用的一种新型复杂的结构形式。它一般由整片用作商场、车库的裙房、地下室和多栋高层塔楼组成。这种结构为建筑专业综合商业、住宅提高土地的使用率提供了广阔的平台，它将多栋塔楼的地下室连成一体，一方面充分利用地下空间，使整体规划更合理，土地利用率更高；对于结构来说，可使基础均匀沉降，增加结构的抗倾覆能力和整体稳定性，但同时也增加了结构设计的复杂程度。
大底盘地下室多塔结构是一种复杂结构，其计算设计相对繁琐困难，国内外已有很多相关课题的研究，并总结了一定的经验和成果。但总体来说，对于地下室的受力分析，特别是地下室与塔楼间相互作用的研究已明显滞后。我国规范分离模型的建模有一定的指导性规定，对以地下室顶板作为嵌固端建立塔楼分离模型时的地下室刚度要求及地下室相关范围进行了相关的说明。但规范未明确地下室建模是否应该考虑塔楼的影响，也未对多塔结构的整体结构受力合理性进行解释，对于地下室顶板和塔楼首层有高差时的具体构造措施也未作出阐述。
二、建模
1.结构设计建模原则
整体模型就是建立整体结构进行分析。它的优点是能够整体考虑结构，获得准确的地震反应和结构特性，缺点是计算量较大，多塔楼设计时各塔楼参数较难辨识。在考虑地下室侧向约束时主要有嵌固水平位移法和弹簧刚度法。嵌固水平位移法假设回填土约束无限大，当地下室地盘够大，其侧向刚度远远大于塔楼侧向刚度时，造成的误差较小。弹簧刚度法假设地下室外回填土的侧向约束为等刚度弹簧，设计人员根据土质特性确定弹簧刚度，此法在SATWE、SAP2000等设计软件中都能较易实现。
分离模型是指将大底盘地下室多塔结构分离成几个部分分别计算设计，主要方法有将地下室与塔楼分离和将地下室分割。狭义的分离模型是指将地下室顶板作为上部结构的嵌固端，地下室与各塔楼分开设计。分离模型的优点是：解决整体模型由于构件过多造成软件无法计算的问题，能根据塔楼与地下室的不同设计要求分别设计，当满足一定条件时分离模型的误差能满足误差要求且设计快速。所以对于大部分大底盘地下室多塔结构，设计师们都会设法使结构满足将地下室顶板作为上部结构嵌固端的条件再用分离模型进行设计。
2.单塔楼结构分析
对于框架结构塔楼分离模型算例，减少地下室跨数建立分离模型会使结构周期大幅度增大，当附带跨数在3跨以上时，可保证周期误差在5%以内；而对于剪力墙塔楼模型和筒体塔楼模型，由于塔楼及塔楼下地下室的刚度相对于塔楼外地下室的刚度很大，减少地下室跨数建立分离模型时模型周期只会小幅增长，即使附带0跨建模也能保证周期误差在5%以内，而附带3跨以上底盘建模时误差更小。当采取地下室顶板嵌固时，会造成塔楼周期相对于整体模型变小，特别是塔楼周边地下室刚度对地下室整体刚度贡献越小时，以地下室顶板作为嵌固端造成的周期误差越大。
当周边地下室刚度相对于塔楼下地下室范围刚度很小时，以地下室顶板作为嵌固端则相当于把整体塔楼减去两层，使整体刚度大幅增加。对于塔楼及塔楼下地下室刚度相对于塔楼外地下室刚度较大的剪力墙塔楼或筒体塔楼，当地下室相关范围侧向刚度与地上一层侧向刚度之比小于2，即不满足嵌固要求时，附带3跨地下室的分离模型即可满足动力特性和变形特性满足与整体模型误差在5%以内的要求，但内力特性误差较大，特别是当塔楼结构相对较柔时，误差较难以控制，需采用整体模型建模分析，或设计时在地下室相关范围内采取补设剪力墙、增加地下室剪力墙厚度、地下室剪力墙不开洞等增加地下室相关范围内侧向刚度的措施，以减小分离模型误差。
3.多塔模型计算分析
本工程整体模型如图1所示，弹性计算结果见表1，可见采用多塔模型计算得出的各塔楼主要振型与按单塔模型计算的振型一一对应，说明大底盘没有改变各塔楼的自振特性。多塔模型计算得出的各塔周期比单塔模型略小，反映出大底盘裙房对塔楼带来的约束效应，具有刚度贡献作用，大底盘与各塔楼连接良好，使裙房刚度贡献效应真正发挥作用。由于多塔模型计算周期较短，故模型计算得出的楼层剪力、层间位移角略大于单塔计算结果，但均满足规范要求。多塔模型计算得到的扭转位移比与单塔模型计算结果相比明显减小，大底盘的裙房区域扭转位移比小于1.2，塔楼区域的扭转位移比最大也仅为1.21，说明大底盘裙房对塔楼的扭转位移具有有利的约束作用。
4.多塔间相互作用分析
通过大底盘地下室单塔结构在不同塔楼刚度、塔楼下地下室刚度分布时塔楼的动力特性研究确定了分离模型中附带地下室跨度的选择方法，为多塔结构分析奠定了基础，然后通过分析不同布置情况下的大底盘地下室双塔及多塔结构的地震反应了解多塔楼间的相互作用。
（1）附带数跨地下室的分离模型适用于剪力墙、框筒等塔楼抗侧刚度较大的大底盘高层结构，能取得比以地下室顶板为嵌固端更准确的结果。
（2）对于双塔高层结构，塔2对塔1的作用是增加周期和顶层位移，降低底部剪力；将二塔楼简化成质量块和直接忽略塔楼2对结构的动力、内力变形特性影响较大。当塔2高于塔1时，塔2对塔1的作用是使周期、位移、剪力增大；反之减小。两塔间高差越大，塔1特性越接近相对的塔2特性。
（3）在结构布置方面，随着塔楼间距的增大，塔1的周期、顶层位移减小，底部剪力增大，塔一各项性能越接近大底盘地下室单塔结构。
（4）当多塔楼分布较狭长时，塔楼的动力特性、变形特性、内力特性等性能变化最大。众特性中，动力特性受的影响最大，内力特性次之，变形特性最小。因此，应避免塔楼狭长布置，采用对称且较分散的布置形式。
结束语
大底盘地下室多塔建筑结构是一种适应现代经济发展、土地利用率很高且应用十分广泛的复杂高层建筑结构，目前规范建议、设计师通常用的方法是将地下室顶板作为塔楼的嵌固端，分离各个塔楼建模进行计算分析，这种方法虽然比较快速，但没有考虑结构的整体效应，包括塔楼对地下室的影响、多塔楼之间的相互作用。深入开展大底盘地下室多塔结构相互作用，对大底盘地下室多塔楼高层建筑结构受力的研究具有重要的意义。
参考文献：
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[3]詹滨，地下室顶板刚性及其对高层建筑结构性能的影响研究[D]，重庆：重庆大学，2007
论文作者:吴建民
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：塔楼论文; 地下室论文; 刚度论文; 结构论文; 模型论文; 底盘论文; 顶板论文; 《基层建设》2019年第19期论文;