某带裙房双塔连体结构设计

刘永璨

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海200092)

1 工程概况

本工程包括带连廊的双塔主楼、多层裙房、单层纯地下室(图1)。建筑抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值0．10 g，第三组，Ⅲ类场地。场地中央双塔主楼地下1层，地上20层，结构高度85．4 m，地上部分设缝断开为独立的单体，采用钢筋混凝土框架－核心筒结构;连廊标高位于73～81 m之间，通过弱连接支座搁置于塔楼上，采用钢桁架形成刚度较大的空间结构。场地北侧多层裙房地下1层，地上4层，结构高度22．8 m，地上部分设缝断开为独立的单体，采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构。场地南侧单层纯地下室采用框架结构，考虑顶板覆土和底板配重进行抗浮设计。

图1 效果图Fig．1 Rendering

2 基础设计

构成拟建场地的主要地层属于第四系黄河三角洲沉积土层，以粉土、黏性土及粉砂为主。本工程根据各单体不同荷载选取不同的基础形式，并采取有效措施调节沉降差。

2．1 塔楼基础

高层塔楼采用桩端后注浆钻孔灌注桩，桩径800 mm、有效桩长45 m，单桩竖向承载力特征值3 500 kN，柱下4～7桩承台，计算最大沉降量约为65 mm，如表1所示。此方案桩身强度与单桩承载力较为匹配，单位体积混凝土承载力效率更高;同时可有效消除沉渣引起的刺入沉降，提高桩端阻力，减小桩的沉降量;后注浆工法在当地已有较为成熟的应用，经济合理。

表1 塔楼桩基方案的比选Table 1 Pile scheme of tower

2．2 裙房基础

场地局部为粉砂，同时考虑在压桩过程中产生的地基土挤密效应和超孔隙水压力的升高，预应力管桩沉桩较困难。与塔楼桩基形式匹配，多层裙房采用桩径800 mm、有效桩长36 m的普通钻孔灌注桩，单桩竖向承载力特征值2 000 kN，柱下4～6桩承台，计算最大沉降量约为50 mm。采取设置施工过程沉降后浇带［1］的方式(图2)，可以有效消除裙房与塔楼沉降差对结构的影响。

2．3 纯地下室基础

基础埋深约为6 m，场地历年地下水最高静止水位埋深约为0．50 m，在纯地下室基础底板上补充配置厚1．2 m、容重22 kN/m3的素混凝土(图3)，可以满足规范对结构抗浮的验算要求，同时节约了工期和造价。纯地下室区域基础底板厚500 mm，在框架柱底部的配重层内设置反向柱帽，确保框架柱对底板的冲切满足要求。

图2 沉降后浇带布置平面图Fig．2 Framing plan

纯地下室紧邻塔楼且采用不同的基础形式，如按照基础底板共同作用分析沉降差，计算理论相对复杂，底板配筋率也相对较高。综合经济与安全，本工程分别针对施工过程和使用过程采取措施解决塔楼与纯地下室沉降差的影响:设置沉降后浇带，释放施工过程中的沉降差;翻松纯地下室底板以下500 mm厚地基土，整平后再进行基础底板施工，塔楼在使用过程中带动纯地下室一起发生长期沉降时，翻松的地基土在被压缩过程中对基础底板的受力影响很小，有效地消除长期沉降差对结构的影响。

图3 纯地下室剖面图(单位:mm)Fig．3 Section plan of the pure basement(Uint:mm)

3 上部结构设计

本工程根据上部结构各单体不同结构高度和建筑功能选择合适的结构体系，保证塔楼规整性并提高关键构件的性能化目标，增大高空连廊结构刚度，加强连廊支座构造措施，形成多层裙房多道抗震防线，实现安全与经济的有效结合。

3．1 塔楼设计

塔楼地下1层，地上20层，采用钢筋混凝土框架－核心筒结构，框架和核心筒的抗震等级均为二级，连廊支座处的框架柱以及与之相连的框架梁抗震等级提高为一级。塔楼结构高度、长宽比、高宽比均在A级高度高层建筑的规范限值内，地下室顶板满足作为结构底部嵌固端的条件，无软弱层和薄弱层，单塔计算指标均满足规范要求，根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质［2010］109号)，结构不超限。

塔楼与高空连廊相关的混凝土梁柱及牛腿内均设置型钢，形成内置钢框架，考虑连廊支座水平反力、竖向反力以及由此引起的最不利偏心矩对塔楼结构的影响，相关构件抗震等级提高一级，牛腿柱按照中震弹性进行设计，保证塔楼具有良好的抗震性能，为高空连廊提供可靠的支座条件。

表2 塔楼主要计算结果Table 2 Primary results of tower

3．2 连廊设计

在塔楼18～19层(73～81 m标高区间)设置连廊将双塔连通，连廊采用钢结构桁架作为主要竖向受力构件，楼屋面采用钢梁和压型钢板钢筋混凝土板，且在连廊楼屋面内设置水平支撑(图4、图5)，增强连廊本身的结构刚度，舒适度满足规范要求，竖向地震下支座不存在上拔力工况。

连廊支座形式的选取较为关键，若连廊与主楼的连接采用强连接方式，连廊在协调两侧结构变形的同时，会造成塔楼同连廊的连接处受力过大，且会引起塔楼超限。弱连接方式的优点是连廊结构水平方向受力较小，在温度、风以及地震作用下，连廊和两侧主楼之间的相互影响很小，经济性好。

参考本院已有的类似工程设计经验［2－3］，本工程连廊与主楼采用弱连接方式。选用双向活动摩擦摆式支座(图6)，成品由专业厂家提供，并经试验测定关键参数。支座竖向承载力5 000 kN，摩擦系数0．05，允许滑动位移±400 mm，支座达到水平位移限值后水平抗剪承载力1 000 kN。严格控制起滑力在200～300 kN之间，保证在正常使用过程中连廊支座不发生相对位移，同时确保罕遇地震下连廊自由滑动过程中不对塔楼结构产生超出设计值的反力。

连廊支座滑动位移限值满足塔楼罕遇地震下的最大侧移，同时采取多道构造措施，确保高空连廊的安全。设置限位钢框，自由距离等于支座位移限值，内贴防撞橡胶垫，缓冲极端情况连廊对塔楼的撞击;在连廊支座对应位置设置防坠落阻尼拉索，自由长度为1．5倍的支座位移限值，进一步加强高空连廊的防跌落安全储备。

图4 连廊平面图(单位:mm)Fig．4 Framing plan of the corridor(Uint:mm)

图5 连廊剖面图Fig．5 Section plan of the corridor

图6 连廊支座详图(单位:mm)Fig．6 Support of the corridor(Uint:mm)

3．3 裙房设计

裙房地下1层，地上4层，嵌固端选在地下室顶板，地上部分层高分别为 6．0 m、5．4 m、6．0 m、5．4 m。考虑到裙房层高较高，结合建筑功能布置，在楼电梯间及固定墙体位置加设剪力墙，采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构，剪力墙抗震等级为三级，框架抗震等级为四级，有效提高结构抗震性能的同时降低框架部分的抗震等级。

裙房和地下室底板为超长结构，考虑混凝土收缩和温度场对结构的影响［4－5］，每隔40 m左右设置收缩后浇带，对楼板配置通长温度筋，辅以合理的施工措施，可以控制裂缝宽度在设计允许范围以内。

表3 裙房主要计算结果Table 3 Primary results of podium

4 结论

通过以上分析，可以得到以下结论:

(1)结合建筑功能，合理选取结构体系，尽量规整结构布置，简化传力路径，化繁为简，是一种经济合理的结构设计思路。

(2)本工程包括高层双塔主楼、多层裙房、单层纯地下室，高层塔楼采用长45 m的后注浆钻孔灌注桩、多层裙房采用长36 m的普通钻孔灌注桩、单层纯地下室采用天然地基片筏基础，控制绝对沉降量，并设置沉降后浇带以消除施工过程中的沉降影响，翻松纯地下室地基土以调节使用过程中的长期沉降差，有效地解决了高低层连成一体建筑的沉降差问题。

(3)尽量简单规则布置塔楼结构，加强单塔的抗侧和抗扭刚度，提高关键构件的性能化目标，保证塔楼具有良好的抗震性能，为高空连廊提供可靠的支座条件。

(4)增强高空连廊本身的结构刚度，采用弱连接方式搁置在塔楼上，避免连廊与塔楼之间的复杂影响。对连廊支座提出一系列的参数要求，支座水平滑动位移限值满足塔楼罕遇地震下的最大侧移，并采取设置限位钢框、防撞橡胶垫以及防跌落铁链等多道构造措施，确保高空连廊的安全性。

(5)多层裙房楼电梯间及固定墙体位置增设剪力墙，采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构，避免较大层高对多层结构的不利影响，形成多道抗震防线，降低框架的抗震等级，提高结构的抗震性能的同时兼顾了经济性。

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