珠海市建筑设计院 广东 珠海 519000
【摘 要】随着我国建筑功能不断丰富，以及人们对建筑外观需求的多样化，导致我国大量体系复杂的建筑不断涌现，而大底盘多塔楼连体高层建筑就是其中最为典型的建筑体系。本文在介绍了高层建筑结构设计特点之后，举例对多塔复杂体型建筑结构设计中存在的不足之处进行深入的探讨。
【关键词】复杂体型建筑；结构设计
1高层建筑结构设计的特点
1.1水平荷载成为决定因素
一方面，楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比。水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及在竖构件中由于水平荷载引起的轴力，与楼房的高度形成了两次方的正比。另一方面，竖向荷载对于某一定高度楼房来说，其大致上是一种定值，而其中的水平荷载的数值是会随着楼房结构动性的变化而变化，例如风荷载以及地震荷载等。
1.2轴向变形不可忽视
当楼层高度较高时，楼房由于自身重量所产生的轴向压应力会导致中柱出现轴向变形的情况，进而造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，而跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。
1.3侧移成为控制指标
与较低楼房相比，高楼结构中结构侧移是结构设计中十分重要的一部分。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大。因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
1.4结构延性是重要设计指标
相对于较低楼房而言，高楼结构在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，为了防止建筑出现倒塌的情况，应当在构造上采用科学的改善措施来提高结构的延展性。
1.5侧移成为控制指标
随着楼层高度的增加，建筑结构的侧移也会随之增加，其中侧移量与楼层高度的四次方成正比，因此可知，结构侧移也是影响高层建筑结构设计的重要因素。
2工程概况
某工程为高层商住楼，位于某市繁华地段，2层地下室，地面1~3层为商场，4-18层为住宅楼，整个建筑是带2个塔楼的多塔楼结构。
地质条件见表1。
3结构设计
3.1结构选型
由于建筑平面的关系，在结构方案的选择上有两种情况：从基础面开始，上部两栋住宅楼及对应的商场部分用防震缝将它们完全分开，这种结构方案具有明确的各单体受力、传力简单、计算模型和内力较容易等特点；抗震缝不设置在地下室及商场部分，住宅楼部分呈现自然分开，为多塔结构。在对这两种方案进行比较之后，选择了第二种方案进行结构设计。
3.2结构计算
结构计算模型是按照整体建模还是按照分塔楼建模是结构计算过程中最重要的问题，首先，我们对多塔楼的受力情况加以分析：高层建筑中带有大底盘，结构会在大底盘的上一层突然收进，因此属于竖向不规则的结构；大底盘下设置有两个塔楼时，在发生地震时，每个塔楼的震动及时相互影响的也是独立的。当扭转震动较大时，高振型对结构内力的影响较大。其次，根据上文介绍的两个方案进行计算分析，发现内力、位移会出现较大的区别。其中表现最为明显的是当塔楼链接部分的商场楼顶内力有15以上的差别时。
就大底盘多塔楼结构而言，当按照塔楼的形式把裙房部分切开进行计算，那么在计算下部裙房及基础时，会产生较大的误差，并且无法考虑各个塔楼之间的相互影响。因此，应该先对整体进行计算，按照较高的规格取足量的振型数，并且注意到塔楼与塔楼之间产生的影响。如果用整体进行计算的话，单个塔楼本身的扭转特性就体现不出来，而且显示不出单个塔楼的平动转动周期比以及刚度比等信息。
结合《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）的相关要求，多塔建筑物的抗震设防类别为丙类，所在场地类别为II类场地，建筑地震的作用和抗震措施应当与北地区抗震设防烈度的要求保持一致。本建筑抗震设防烈度为VIII度，根据《高层建筑混凝土结构技术规程（以下简称IX高规》）的规定，框架-剪力墙结构高度<60 m时，框架按照三级、剪力墙均按二级抗震等级设计。从计算结果中我们知道，在结构总地震倾覆力矩中框架部分承受的地震倾覆力矩在Y方向10.92%，X方向为10.42%，均低于50%，该结果表明建筑物结构中剪力墙数量不仅满足了相关设计的要求，同时框架按照三级设计也是十分合理的。同时由于该工程的体现和结构布置复杂性较强，是多塔楼结构，属于复杂高层建筑的范围，因此是按照SATWE程序对其进行整体计算，所得到的计算结果与规范中的各项指标要求一致。
该工程结构与底盘结构中心的距离与底盘相应边长之比X向为2.33%，Y向为2.6%，均不大于底盘相应边长的20%，这间接的表明两个塔楼在层数和刚度方面较为接近，且塔楼和底盘的刚度偏心较小。
地下室一层的楼层侧向刚度X向为上一层的3.17倍，Y向为2.82倍，符合大于相邻上部结构楼层侧向高度2倍的相关要求，因此该建筑物采用地下室顶板作为上部结构的钳固部位，而在构造上面，将楼板厚度设置为200mm，混凝土强度等级为C30，双层双向配筋Φ12@150。
多塔楼结构是较为复杂的高层建筑设计结构，为了防止由于塔楼产生过大的偏心而引发结构出现较大的扭转效应，应当将单个塔楼的位移情况控制在该楼层平均值的1.4倍范围内，因此来对塔楼平面布置的不规则性加以限制。
对单个塔楼周期比，其主要的作用就是对结构在地震作用F中产生的扭转效应的控制。该分析计算通过多塔楼结构的分体计算模型进行，同时需满足规范的要求。
4变形缝的设置
由于工程中各塔楼之间高度、体型之间存在较大的区别，在塔楼之间还设有空间连廓，又有裙房相连，与此同时还具备了多塔楼、连体结构的特点，因此属于超限高层建筑，建筑物中有许多出薄弱的位置，大大减小了其抗震性能。根据抗震设计的要求，可以在适当位置设置防震缝，形成较规则的结构单元。
如果各塔楼的体型、刚度差异非常大的时候，连体结构、多塔结构会随着地震的作用而产生复杂的相互耦联的振动，加上扭转和连接处等抗震薄弱部位的影响，抗震效果大大降低，这对抗震来说是极其不利的。有连接的塔楼之间的距离并不是很大，所以可以采用悬挑的连廊形式，然后将防震缝设置在连廊的中间处，将原本的连体结构分解成一个个独立的塔楼。同理，在每个塔楼之间，要设置多道防震缝，将多塔楼分成一个个规则的单塔，这样做不仅有利于使薄弱部位的震害得到减轻，还能够增强上部结构抗震能力。
5加强建筑抗震构造设计
裙房顶层楼盖在多塔楼结构中能够起到协调各塔楼共同作用的效果。对裙房屋面层的梁板刚度、承载力以及与各塔楼之间连接构造进行加强，能够大大提高建筑抗震性能，这是因为各塔楼之间会相互作用，进而在裙房屋面层楼板中产生较大的水平拉压力和弯矩，这就对裙房屋面层梁板的质量提出了更高的要求。在工程设计过程当中，要想保证结构底盘与塔楼的整体作用，需要满足以下几个条件，将裙房屋面层楼板加厚到150 mm，双层双向配筋Φ12@15；主梁与次梁上下通长钢筋要大于梁上下最大配筋量的50%裙房屋面上层和下层的楼板均加厚120 mm。
6结语
如今，虽然我国在高层建筑建设上发展迅速，但是在设计质量方面并不理想。结构工程师在高层建筑结构设计中，不能只对结构计算的准确性高度重视，还得根据结构的实际情况，选择出合理的结构方案。高层建筑结构设计人员在分析过程中，要切实考虑实际情况，运用已有的知识对实际建筑设计中遇到的各种问题进行处理。
参考文献：
[1] 张红新.浅析高层建筑多塔结构设计[J].民营科技，2015，（06）：161.
[2] 黎杰.水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计研究[J].湖南城市学院学报，2014，（12）：6-8.
[3] 周世忠.基于高层建筑结构大底盘不规则多塔结构的设计研究[J].河南科技，2014，06：170.
论文作者:张明龙
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/10
标签：塔楼论文; 结构论文; 荷载论文; 结构设计论文; 高层建筑论文; 底盘论文; 建筑论文; 《低碳地产》2016年13期论文;