大底盘地库上多塔楼结构设计概要

文/赵立景 合肥工业大学设计院（集团）有限公司 安徽合肥 230009

大底盘地库多塔楼结构是目前小区住宅普遍采用的结构形式。它用地库将多栋塔楼连为一体，充分利用地下空间，同时也增加了结构的整体稳定性和塔楼的抗倾覆能力。这类结构设计难点和要点为：1.该结构是否属于大底盘多塔楼结构。2.地库上主楼结构的嵌固端应选在何处。3.主楼与地库之间的错层如何处理。本文拟就以上问题进行分析讨论。

1、大地库上的多塔楼

《高规》[1]2.1.15指多塔楼结构为未通过结构缝分开的裙楼上部具有两个或两个以上塔楼的结构，并在条文说明中明确在仅地下室连为整体的多塔楼结构可不作为高规中第10.6节规定的复杂结构进行设计。多塔楼结构的特点是竖向体型收进，裙楼的侧向刚度相比上部塔楼的刚度大很多，导致在大底盘顶处侧向刚度突变，产生应力集中，从而在大底盘顶处形成结构的薄弱部位。在地震作用下，多塔楼结构受到的地震作用是先经过裙楼再传给各个塔楼，各塔楼之间又通过裙楼相互作用，互相影响。结构振型复杂，并会产生复杂的扭转振动。

大地库上的多塔楼结构的计算模型与普通裙楼上的多塔楼结构不同，由于其地下室周边有刚度很大的外墙，外墙在大面积被动土压力和摩擦阻力的侧限下，与地基土形成整体(回填土对地下室的约束刚度很大，一般情况下为地下室自身刚度的3～5倍)，在地震作用下地下室层间位移角很小。当地下室顶板作为上部结构嵌固端时，上部塔楼的侧向刚度相对于大地库来说很小，单个塔楼在水平地震作用下对塔楼相关范围(抗规不超过20m、高规不超过三跨)外的构件产生的影响很小。有研究[3]表明：当地下室为均为框架结构时，塔楼在外延4～5跨内产生影响，但影响范围主要在塔楼外延1跨内及稍外处。地库上各塔楼可以认为是互相独立的，不需考虑各塔楼间的相互作用，仅需考虑各塔楼单体相关范围内的影响，可将各塔楼分别进行计算分析和设计。鉴于此以地库相连为整体的多塔楼在结构设计时可不归类为大底盘多塔楼复杂高层建筑。

2、嵌固端的选择

不同的嵌固端位置会影响底部加强区的高度、结构构件的内力调整以及地下室顶板、梁柱墙构件的配筋设计，会影响整个结构设计的经济性。嵌固端的选取和处理直接影响结构体系的受力和变形，直接关系到结构的计算模型与实际受力状态的吻合程度。

对此我们首先要搞清楚什么是嵌固端。嵌固端包括计算嵌固端和设计嵌固端，计算嵌固端即为力学嵌固端，可理解为刚度嵌固端，是上部结构的固结支座，在此处的水平位移和扭转位移均为0；设计嵌固端是构造嵌固端，可理解为强度嵌固端，即预期出现塑性铰的部位，在地震作用下设计嵌固端上部结构竖向构件的底部应先于嵌固端以下构件屈服。在进行结构分析之前首先要明确嵌固端的位置，确定嵌固端就是通过调整结构的刚度和构件的强度(承载力)，迫使塑性铰出现在预期部位，并能承担上部结构在该处屈服超强引起的极限弯矩和出现塑性铰时的最大剪力以及相应的轴力。

《抗规》[2]和《高规》[1]分别规定了嵌固端需要满足的一些刚度要求，比如以地下室顶板为嵌固端时《抗规》6.1.14-2 要求结构地上一层的侧向刚度不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍;《高规》5.3.7要求地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。《高规》3.5.2-2对结构底部嵌固层，侧向刚度比不宜小于1.5。此外，《抗规》6.1.14条第1、3、4款还规定了地下室顶板、梁柱等构件需要满足的一些构造要求(强度要求)。规范的条文解释表明整个结构应该在首层以上部位出现塑性铰，地下一层不应屈服(实际上当地下一层不屈服时地下室各层均不会出现屈服)。

对于大地库上的多塔楼结构，一些审图机构要求将地下室顶板作为计算嵌固端，否则就应该按大底盘多塔结构进行设计。当地下室顶板作为上部结构嵌固端时(地下室结构的刚度和强度均满足规范的相关要求)，地库上塔楼的计算模型很明确(计算嵌固端和设计嵌固端均设在地库顶版)，结构按常规设计即可，在此不再赘述。但当地下室顶板不能作为嵌固端时，现行规范并没有具体规定怎么做。对于大底盘地库上的多塔楼结构若将计算嵌固端选取在地下室顶板会造成上部结构刚度偏大，同时为了满足嵌固端的刚度要求从而导致地下室的墙体加长、加厚，影响了地下室的使用效率，进而影响地库设计的综合经济性。个人认为，因种种原因地下室顶板不能作为上部结构嵌固部位时，计算时可分别取地下室顶板和地下一层地面作为计算嵌固端对上部结构进行包络设计，地下室顶板作为构造嵌固端应满足抗规6.1.14条的所有强度要求，底部加强区应从地下室一层开始设置。

3、塔楼与地库的错层处理

在地震作用下，塔楼首层楼板必须具有足够的整体性和刚度将自身所受的水平地震作用有效的传递到地库周边及基底的岩土中去。由于小区景观绿化植被的要求，地库顶板一般有1～2米的覆土，从而导致地库顶板与塔楼首层存在错层。错层对结构的影响主要是地库顶板对塔楼的有效约束和楼板的内力的有效传递。错层高差处的深梁承受着上部结构传来的巨大的剪力和扭矩。实际工程中常采用对错层梁加腋(图1)和错层处分阶降板(图2)两种构造措施来优化楼板的传力性能，经过理论分析[3]和实践证明，这两种措施使塔楼楼板能有效的传递地震剪力给地库顶板，到达降低错层处应力的效果。

图1

图2

结语：

由于地下室顶板对塔楼的实际嵌固作用以及地下室周边填土对地下室的刚度贡献，大底盘地下室多塔楼的结构设计不同于裙房大底盘多塔楼结构。当地下室顶板不能作用上部结构嵌固端时，可分别取地下室顶板和地下一层地面作为上部结构的计算嵌固端进行包络设计，同时地下室顶板要满足构造嵌固端要求。因景观覆土要求导致地下室顶板与塔楼首层错层，可以通过错层梁加腋和错层处分阶降板两种措施解决地震剪力的传递问题。