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摘要：现代高层建筑往往具有体型复杂、功能综合的特征。一方面为人们提供了良好的生活环境和工作条件，体现了建筑设计的人性化理念；另一方面也使建筑结构受力复杂、抗震性能变差、结构分析和设计方法复杂化。因此，针对复杂高层建筑，尤其是大底盘复杂高层建筑的结构设计应持续加强研究，不断提高大底盘高层建筑的结构性能。
关键词：大底盘；多塔复杂；高层建筑；结构设计
1 大底盘多塔楼高层建筑结构体系的概述
大底盘多塔楼高层建筑结构体系的主要特点是：在多栋独立的高层建筑底部有一个练成整体的大裙房，即形成了大底盘。大底盘多塔楼高层建筑结构在大底盘上一层突然收进，属竖向不规则结构；大底盘上有2个或多个塔楼时，结构振型复杂，并会产生复杂的扭转振动，因此如果结构布置不当，竖向刚度突变，扭转振动反应及高振型影响将会加剧。在实际工程的设计中，总的来说，大底盘多塔楼高层建筑结构的设计为大底盘结构顶层楼板可作为上部多塔楼的嵌固端。通常带地下停车位的住宅小区基本属于该种类型。
从结构设计的角度来说，由于大底盘为塔楼嵌固端，各个塔楼在水平和竖向荷载的作用下可以认为是相互独立的，结构内力分析可以分开进行。在这种情况下上部塔楼的结构设计是常规的，可以不作讨论。在进行结构大底盘部分的内力分析时，必须进行整体计算，但由于塔楼的侧向刚度相对于大底盘的侧向刚度来说比较小，因此，上部单个塔楼的在水平地震力作用下对于离塔楼位置较远的大底盘构件产生的影响很小，所以该种情况下对于大底盘的构件内力可以不考虑由于上部多塔楼的存在而对大底盘产生的复杂影响。鉴于此，高层建筑设计规程中并未把此类结构形式归为复杂高层建筑。同样的，在结构设计中，对于竖向荷载作用下，需要进行整体模型计算，来进行基础等构件的设计，在水平荷载作用下，不需要对整体模型进行多塔楼相互影响的复杂结构分析。
2 大底盘多塔复杂高层建筑结构设计
2.1 嵌固端的选择与相关措施
高层建筑在结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端所在位置。当结构刚度较大，地下室层数较少时，对嵌固端以上部分进行单独的结构分析，除周期以外的结构控制指标以及相应地上部分的受力分析结果和实际情况差别并不大。而在多层地下室情况下，若忽略地下室影响单独取各塔结构分析，其计算结果和配筋数据是偏于不安全的，则要以整体模型为工程设计依据。对于地下室层数较少的情况，最好的办法是使各单体在地下室顶面嵌固，避免成为多塔复杂结构。高层建筑混凝土结构技术规程中关于嵌固端的要求：高层建筑结构计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固时，地下室的楼层侧向刚度不应小于相邻结构楼层侧向刚度的2倍。建筑结构抗震规范要求：地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应避免在地下室顶板开洞口，并应采用现浇结构，其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋；且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。由规范可知：将地下室顶板作为上部结构的嵌固部位需要考虑两个方面的问题，一是地下室与地上1层的侧向刚度比要求，另一方面是地下室顶板的刚性要求。
板弹性和刚性的计算结果差异增大，不宜采用楼板刚性假定来计算结构内力与位移，因此，尚应保证地下室顶板的开洞率不大于30%。由于室外地面绿化的需要，主楼以外的地下室顶板往往因建筑需要而降低，导致主楼内外地下室顶板标高不一致。对此，如果能满足侧向刚度且地下室的楼板及梁、柱及剪力墙满足地下室顶板作为上部结构嵌固部位的要求的前提下，可以按嵌固来考虑，但应保证剪力的传递以及注意错平处梁的受扭问题。
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2.2 地基基础设计的差异沉降控制
土体是一种非弹性匀质扩散体，大底盘多塔楼结构主楼的荷载传递于相邻处基础，以塔楼区域为中心，通过基础沿径向向外扩散，但扩散范围有限，传递的数值自一跨外明显降低。在高层建筑、地基与基础的相互作用下，由于基础对高层建筑荷载的扩散作用，存在一个以塔楼为中心的共同作用有效范围。以各塔楼下面一定范围的区域为沉降中心，基础沉降变形各自沿径向向外衰减，并在共同的影响范围内相互叠加；地基反力也是以各塔楼下面某一区域为中心，通过塔楼的裙房基础沿径向向外扩散，并在共同的荷载扩散范围内相互叠加。当需要减薄裙房筏板厚度以节省材料时，或者设置后浇带以调节基础筏板变形时，变截面位置或后浇带位置应设在有效共同作用范围外，通常将该范围界定在主楼沿周边扩一跨外。大底盘多塔楼结构由于高层主楼与裙房或地下车库的基础连接成整体时，相互间的差异沉降是关系到结构安全的关键性问题。高层建筑混凝土结构技术规程规定：高层建筑的基础和与其相连的裙房基础，当不 设沉降缝时，应采取有效措施减少差异沉降及其影响[1]。针对工程具体情况，如高层主楼和裙房或地下车库基础均采用桩基时，则按照变形调整原则或承载力计算确定各自桩的直径、长度和数量，通过调整尽量使主楼和裙房的沉降一致，减小其差异沉降值；如高层主楼采用桩基，裙房或地下车库可采取满堂基础的天然地基，使其与主楼沉降值接近。在上海及周边软土地区，高层建筑一般采用桩基，沉降计算值一般在7~15cm之间；而单层地下室，尽管顶板以上有一定量的覆土，在正常使用工况下一般仍为抗浮设计，对应于荷载效应准永久组合时基础地面的附加压力较小并可能为负值，也就是说基本不产生沉降。即使考虑土体沉降变化的连续性，由于高层与单层地下室两者之间上部荷载的悬殊，较大的沉降差在所难免。对这种情况，一方面，沿主楼周边，在高层主楼和裙房或地下车库基础之间应设置沉降后浇带，其目的在于消除施工期间相互间产生的不均匀沉降，待高层部分主体结构完成时再连接成整体。根据工程经验，一般认为主体施工完成可实现60%~80%的沉降。应通过计算与实测相结合确定主体的沉降完成量，沿底板后浇带每隔10m布置沉降观测点，观测期为底板施工完成后至后浇带浇筑完成，期间每半个月观测一次，根据实测沉降值情况并计算后期沉降差来确定沉降后浇带的浇灌时间。另一方面，采用天然基础的地下室应尽可能减小基础底面积以加大沉降，在满足施工工况及低水位使用工况下抗压承载力的基础上，尽量采用柱下独立基础或条形基础，不宜采用满堂基础。
2.3 超长地下室防裂设计
大多数的大底盘地下室不设置永久性沉降缝或 伸缩缝，地下室的平面长度和宽度超过100m甚至200m以上，远远超过伸缩缝最大间距。对此结构设计中还必须考虑超长地下室的基础及地下室外墙的防裂问题。工程实践证明，留缝与否并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件，混凝土裂缝产生的原因与许多因素有关，以下对超长地下室控制混凝土裂缝的措施应同时采用：（1）混凝土强度等级不宜太高，在满足承载力和防水要求条件下，宜在C25~C35强度之间；选用水化热低的矿渣硅酸盐水泥时，严格控制砂石骨料含泥量和级配，控制降温和加强养护，为减少混凝土硬化过程中的收缩应力。
3 结论
本项目结构设计积极配合建筑要求，首先通过设置合理的抗震缝，使得复杂的高层建筑结构变成了多个较规则的单塔结构抗震单元；并通过多次结构方案调整和计算分析，优化柱网平面布置，满足了规范要求的各项指标，同时，本工程的结构设计经验可供类似商层建筑结构设计借鉴与参考。
参考文献
[1]陈其海. 关于大底盘多塔复杂高层建筑结构设计要点的探究[J]. 建筑工程技术与设计，2016（14）.
[2]唐芳. 大底盘多塔连体复杂体型高层建筑结构设计[J]. 城市建设理论研究，2014（15）.
[3]金兰. 谈大底盘多塔连体复杂体型高层建筑结构设计[J]. 城市建设理论研究：电子版，2015，5（34）.
[4]方鸿强. 大底盘多塔楼连体复杂高层建筑群结构设计[C]// 全国高层建筑结构学术交流会. 2008.
论文作者:佘飞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/26
标签：塔楼论文; 地下室论文; 底盘论文; 结构论文; 高层建筑论文; 顶板论文; 结构设计论文; 《建筑学研究前沿》2017年第15期论文;