浅谈带底盘双塔的超限高层建筑结构设计

浅谈带底盘双塔的超限高层建筑结构设计

摘要：近年来随着社会和经济的快速发展,高层建筑使用功能和建筑形式快速发展，高层建筑建设的比例进一步加大，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。

关键词：带底盘双塔， 建筑结构， 设计

Abstract: in recent years along with the rapid development of society and

economy, high-rise building use function and the architectural form of the rapid

development of high rise building construction, the proportion is increased further, the

architects of architectural morphology was constantly changing and innovation,

buildings with Twin Towers and large chassis body building is becoming more and

more popular in modern building group. The vertical stiffness changes in large

complex structure system under earthquake action, structural internal force,

deformation and dynamic performance are made quite complex, which is our main

points in seismic design. This article unifies the project example to Twin Towers and

large chassis structure in seismic design of tall buildings is analyzed and discussed.

Key words: with base Twin Towers, building structure, design

正文：带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。首先，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。其次，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。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。

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。

主体双塔楼：根据建筑高度、体形特点，双塔楼采用钢筋混凝土框架一剪力墙结构，与连廊相连的范围设置钢筋混凝土井筒及钢骨混凝土柱，以便增强双塔楼结构刚度，减少侧移，削减塔楼对弱连廊的作用效应。高位连廊：在初步方案阶段，对连廊结构的选型进行了预应力混凝土巨型框架和钢桁架两种方案的比较，从结构的整体分析总信息表明，两种方案均能满足限制要求，但从周期扭转比结果表明：前者扭转比明显高于后者，剪重比增加，说明预应力混凝土巨型框架连廊对主塔楼影响较大，由于其自重、刚度均较大，不仅造成地震力的增加．使得主体构件粱、墙、柱、基础断面及造价都相应提高，而且不能体现建筑造型的要求。从施工角度，结构要求构件达到强度后方可拆模，给高空混凝土支模技术提出高难度的要求，高空模板的突然拆除又会使巨型框架瞬时加载对构件产生不利的次应力影响。如采用钢桁架结构方案，不仅结构自重、构件的断面得以大幅度的减小和减轻，剪重比、扭转比也相应的减小，而且也体现了立面造型的轻盈、通透，时代感更强，又增加了房间的净空面积：从施工角度，钢结构施工速度快、不需支模。综合造价低等优点，因此，高空连廊采用钢桁架方案。与主楼钢骨混凝土刚接。连廊部分的楼屋面结构设置水平钢支撑与竖向铜桁架组合为箱形钢结构体系，楼屋盖采用压型钢板与混凝土组合结构，利用压型钢板作为模板，可减少施工支模费用。顶层屋盖：跨越两塔楼的屋盖采用空间网架，网架一侧设不动铰支座支承于左塔楼另一侧设双向滑动的抗震球形支座，以消除在地震作用下出现不同方向的相对位移、网架的温度应力、风荷载等对塔楼的不利影响。

连体结构参与整体分析：由于本工程属复杂体形超限高层建筑结构，尤其是双塔之间的大跨度高位连体部分是设计中的关键部位，连体部分一方面要协调两塔楼结构的变形，在水平荷载作用下承受较大的内力，另一方面本身跨度较大，除竖向荷载作用外，竖向地震作用也非常敏感。连接节点处理不当将难以保证结构的安全。另外，双塔连体结构的扭转效应非常明显，对于对称的双塔连体结构，由于连体楼板的变形，两塔除有同向的平动外，还可能产生两塔搂的相向运动。计算程序及计算方法。针对本工程体形复杂，局部存在SRC结构及钢结构的特点。在进行多遇地震作用下的内力和变形分析时，采用了多程序、多模型、多方案综合分析比较的方法，以期准确地反映该主楼、连廊、屋顶网架相互间的影响力。地震作用计算方法采用振型分解反应谱法和多遇地震下的时程分析补充计

算。连廊部分荷载的输入：竖向荷载：把楼面荷载转化为线载作用于次粱上，再通过次粱传到边桁架节点上。水平荷载：主要是风载，由支撑、次粱、边桁架组成的几何不变体系承担，并通过与塔楼连接的节点板传到塔楼上。屋顶网架参与整体计算模型及荷载的输入：网架模型的输入，输入刚性楼板时采用等效梁作为板的支承，参与整体分析计算。网架支座荷载，根据单塔搂计算模型，得出的最大相对位移量，对可滑动支座施加两顶塔最大位移量，求得两塔楼相互作用时产生的内力及竖向荷载，网架内力计算采用MST3．0。平地震和风荷载作用下相互影响的分析。连体结构按规范要求除进行振型分解反应谱法计算外，还应补充弹性时程分析计算，在风和水平地震荷载作用下，结构除产生平动变形外，还将产生扭转变形，各塔楼间除有同向的平动变形外，还将产生塔楼间的相互运动。空中连廊及屋顶网架对两塔楼的约束和钳制作用不太明显。主楼对网架的影响通过网架可滑动支座允许的最大位移量来控制。

网架的设计与支座的形式。网架支座塔楼一侧设不动铰支座，网架不动铰支座由加劲肋及支座底板组成，为避免支座在温度变化、风荷载、地震作用下出现不同方向的水平位移对主塔楼的影响，支座必须具有足够的变形能力，因此网架于另一塔楼设双向可滑动抗震球形支座，抗震球形铰支座由上下两部分组成，上部分为不动铰支座，下部分为可自由转动、自由水平滑动的上盖板、聚四氟乙烯板、不锈钢圆板、相交密封圈与固定底座等部分组成。固定底座在支座底托边沿开坡口，与下部预埋钢板焊接，支座板件件均采用坡口等强焊缝，支座上下两部分通过高强螺栓连接在一起。该支座具有可承较大的压力和拉力、具有平动和转动的能力的特点，该支座的运动特性和结构模型一致，通过对单塔进行受力分析，得出顶塔最大相对位移量，对可滑动支座施加强迫最大位移量求得两塔楼相互作用时产生的内力，网架内力计算采用MST3，0。计算时考虑竖向风荷载及温度应力的影响。

连体结构与塔楼连接处的抗震措施。连体与塔楼连接处以及屋顶网架的支撑结构抗震等级提高一级，柱内设型钢，向下或向上各伸一层，与内型钢柱相连的粱也采用型钢混凝土梁，水平桁架的粱与塔楼相邻的梁采取可靠的焊接锚固。连体部分楼板加厚范围延伸至两塔楼各一跨的范围。此加厚板范围的上下铜筋全部拉通，以使连体部分能更有效地抵抗板内产生的水平剪力。

结束语 总而言之，在高层建筑结构设计中会遇到各式各样的问题，我们应该持坚持不懈的态度对待，提高建筑设计的质量，为我国建筑业的发展尽一份力。带底盘多塔结构因受力机理比较复杂，应引起设计师的高度重视，所以我们采用了多种程序进行计算分析、比较，并在竖向刚度突变处采取措施进行加强。超长混凝土结构不设缝施工，只要措施得当，实践方法是可行的。

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.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。