大底盘双塔复杂高层建筑结构设计

摘要：随着我国高层建筑的不断发展，高层结构广泛采用大底盘双塔结构。然而，双塔结构本身较为复杂，双塔结构的抗震设计方法和传统结构体系区别较大。本文阐述大底盘双塔复杂高层建筑结构设计。

 

关键词：大底；盘双塔；高层；建筑设计；抗震

 

目前，社会和经济快速发展，高层建筑建设比例不断扩大，建筑行业的创新层出不穷，大底盘双塔楼体形的建筑也是建筑行业涌现的新作之一。在地震作用力之下，大底盘双塔结构因为有着竖向刚度变化较大的复杂结构体系，无论是其结构内力、变形，还是动力特征，都有着一定的规律和特点。结构设计中应当选择哪些措施和方法，考虑哪些抗震设计要点，这些问题都是这种建筑在结构设计中需要解决的问题。文章结合实际工程，从结构设计角度出发，对上述问题做初步研究和探讨，希望对大底盘双塔复杂高层建筑结构设计领域提供相关参考资料，并且引起设计者和相关研究者加大对这一类型建筑的关注。

 

1.双塔连体高层建筑结构特点

 

1．1对称性

 

从对称性来看，很多一部分的双塔连体结构关于对称轴中的两轴呈基本对称。典型的双塔连体高层建筑有合肥瑞安大厦、天津凯旋门大厦等。然而，部分连体结构有着相当复杂的构造，并不关于任何一轴呈现对称，如上海之江大厦、上海交银金融大厦、上海海怡花园等。连体结构的对称性影响着结构动力特征和受力性能，之所以，在研究连体结构的时候，应当首先按照对称性对其进行分类，然后分别研究不同类型的连体结构，最后得出具有普遍意义的论点。

 

1．2连体与塔楼的相对刚度

 

连体与塔楼的相对刚度也是对其分类研究的角度。从这一角度出发，既有连体刚度相对较小的双塔“弱”连体结构，例如上海交银金融大厦，也有如上海证券大厦的“强”连体结构，这种结构连体的刚度很强。连体和塔楼的相对高度与连体的层数、结构形式、位置、连接形式、结构对称性以及荷载的作用方向等很多因素相关。所以，在对连体结构进行强连和弱连的划分时，需要综合考虑上述因素。

 

1.3底盘的设置和底盘刚度

 

从这一方面来看，出于对建筑功能的考虑，我们可以对双塔连体结构设置大底盘，这样的设计建筑有合肥瑞安人厦等，同时也可以像梅田大厦一样不设置底盘。双塔同时通过设置底盘的连体结构的上部连体以及底部的底盘互相耦联，较于没有设置底盘的连体结构，这种连体结构的受力情况要复杂得多，特别是针对不对称的连体结构，对其设置底盘，会使得其受力情况较为复杂。底盘与塔楼的相对刚度受建筑功能和结构体系这两大因素的影响，如果底盘使用较大大空间的框架剪力墙，而上部塔楼使用纯剪力墙这种建筑体系，会使得底盘的侧向刚度很可能和上部塔楼的侧向刚度相接近。而如果上部塔楼的所有竖向构件全部落地，那么，底盘的侧向刚度就必须比上部塔楼的侧向刚度要大。特别是在大震的作用力之下，结构会因产生大幅度的塑性变形，从而导致受到破坏。因此，在进行结构设计的过程之中，需要掌控好二者的侧向刚度比。

 

2.工程实践

 

2．1工程概况

 

该工程是一个实际工程案例，组成部分有三大部分，分别为住宅、写字楼和商业功用。大底盘裙房有三层，其中，一层是商业功用，二和三层是写字楼。在该工程的结构设计要求中，规定了结构安全等级需要为二级，抗震设防为丙类，设计地震分组是第一组。浇钢筋混凝土框架一剪力墙结构体系为上部结构所使用，现浇钢筋混凝土梁、板体系为平面布置所使用。受场地条件的制约，该工程的结构体系下的建筑平面呈现出矩形的状态，较为细长。

 

2．2单塔内力分析及调整

 

鉴于多塔结构的内力分析比较复杂，所以可以首先对每个塔块进行单独的内力分析。每一塔块的结构布置、周期和位移等各项计算都应当满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(高规)的要求。针对塔块中间细颈部分薄弱的问题，可以在计算的时候，把连接部位板定义成弹性楼板，然后进行有限元的计算。在构造上可以扩宽连接板的宽度，东向凹口补齐，设计成楼板，然后加厚连接处楼板的厚度，通过加宽和加高边梁的方法，使得整块连接板形成“H”形连接件，从而加强连接部分的刚度，以增强整个结构的整体性。

 

2．3整体内力分析

 

在完成单塔分析的基础上，把塔块和大底盘裙房相拼接，把结构整体输入计算，然后得出整体结构计算结果。因为单塔结构布置和刚度分布比较合理，因而在整体计算的时候，各项指标都应当满足《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定的限值，在进行设计的时候，可以根据整体计算结果进行配筋。

 

2．4空间协同工作分析

 

因为上部两个塔楼的结构平面布置不一样，并且层数相差较大，因而会导致各塔楼质量和刚度分布会变得不够均匀。而双塔在水平荷载作用之下协同工作的时候，在结构的内部会出现扭转振动的反应，对大底盘三层裙房结构会产生很大的拉压应力，也就是说，还需要大底盘裙房与之相协调，才能获得双塔不同的变形。因而，空间协同工作分析是该项工程结构设计的关键，通过此种方法做详细具体的应力分析。在了解应力分布情况的基础上，依照应力分布进行设计和做出相应调整，与此同时，在构造上有针对性地加强某些部位。

 

2．5振动分析

 

多塔结构振型尤为复杂，大底盘上两塔楼的高层建筑的同一振型有着两种不同的振动表现形式。下文对大底盘上两塔楼高层建筑结构抗震分析做简述，同时计算振型数的选取。通过计算得到结构前6个周期对应的振动曲线。从对该振动曲线图的大致观察和分析，我们可以看出，大底盘上两塔楼建筑在振动的时候，一方面两个塔楼连同底部裙房一起同方向振动，另一方面两个塔楼之间相对振动。对于本工程大底盘上两塔楼建筑，每个振型都有两种不同的振动表现形式。从上述的分析，我们可以得出相关结论，结论可以用来指导我们下一步正确选取结构计算振型数。因而，对于单体高层建筑，在设计时，水平地震作用效应计算取前n个周期，而对于大底盘双塔的高层建筑，则应当选择2n个周期对应的振型。

 

3.结束语

 

通过上文的介绍和分析，可以总结出以下相关结论。在进行这种建筑结构的设计工作之前，应当首先对单塔进行内力方面的分析工作，当计算的指标都符合“高规”的要求之后，然后进行整体性的内力分析。在整体计算的时候，各项指标都应当满足“高规”的限值，在设计的时候，需要依据整体的计算结果进行配筋。除此以外，大底盘双塔复杂高层建筑结构设计工作还需要在实践的过程中不断探索出新的方向，从而满足工程实际的需要，优化建筑结构设计，进一步推进我国建筑行业的发展。

 

参考文献

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[2]黄瑾，杨骁，王阳利．某大底盘双塔连体高层结构抗震性能分析和设计[J]．建筑结构，2010(02)．

[3]娄宇，王红庆，陈义明．大底盘上双塔和连体高层建筑的振动分析[J]．建筑结构，1999(04)．