多塔复杂体型建筑结构设计优化考虑

杨雨龙

摘要： 对多塔复杂体型建筑结构设计的特点进行了总结，对上部结构设计的选型与计算、变形缝的设计和抗震构造设计要点进行了分析，从而有效优化多塔复杂体型建筑结构设计，确保建筑的经济性和可靠性。

关键词：多塔复杂体型建筑结构;设计;选型

一、多塔复杂体型高层建筑结构设计的特点

（一）水平荷载

在进行多塔复杂体型高层建筑的结构设计时，水平荷载会产生相应的力矩，造成多塔复杂体型高层建筑在施工过程中产生倾覆性的负面影响，而且在此过程中产生的轴力与高层建筑的整体高度的两次方成正比例，高层建筑的高度与竖向构件中的弯矩和轴力的一次方成正比例。此外，与高层建筑中固定的竖向荷载不同，水平荷载中的作用力会随着高层建筑动力特性的不同而产生相应程度的变化。因此，从这个层面上来说，水平荷载已经成为高层建筑结构设计中的决定性因素。

（二）轴向变形

在多塔复杂体型高层建筑项目中，楼房中柱会产生比较大的轴向变形现象，这是因为当高层建筑达到一定高度后，楼房自重会产生相应的轴向压应力造成的。中柱变形会导致高层建筑连续梁中支座处的负弯矩值逐渐减小，而跨中正弯矩值和端支座负弯矩值则会相应变大。

（三）侧移成为高层建筑结构设计的控制指标

在现代多塔复杂体型高层建筑的结构设计工作中，高层建筑整体高度的不断增加，会导致水平荷载下结构的侧移变形会迅速增大，若不及时对此作出针对性的调整，则会对高层建筑的整体质量安全产生严重的负面影响，因此，相关工作人员在进行高层建筑的结构设计时，要保证水平荷载作用下的高层建筑的结构在可控、可调的范围内。

（四）结构延性成为高层建筑结构设计的重要指标

中低层建筑的结构相对较硬，在地震作用下的变形较小，而多塔复杂体型高层建筑则完全相反，在遭遇地震后楼层结构的变形较大，所以要及时的采取相应的措施，以保证建筑结构在遭到一定程度的破坏时，整体结构不会产生太大的变形，避免因为楼体的严重变形造成人员伤亡和财产损失，从而确保多塔复杂体型高层建筑结构具备充足的延性。

二、结构设计

（一）结构选型

某建筑群包含6座住宅和3层裙房，不仅底盘较大，而且多塔连体，体型十分复杂。工程设计阶段采用框剪体系，除管道井、电梯井与楼梯间采用抗扭剪力墻外，其它都为常规剪力墙，即均不落地，同时在裙房的顶层采用转换梁，以此满足大空间及大柱网方面的要求。下层采用C40混凝土，上层采用C30混凝土，剪力墙的厚度在200-250mm范围内，局部设置的抗扭剪力墙，其截面应增加到400mm。屋面板及楼面实际厚度都应根据板跨进行确定，由于本工程的屋面板与楼面都有很大的跨度，容易出现角部开裂等问题，所以不仅要进行配筋计算，而且还要在角部设置构造筋，对于转换层和与之相邻的楼板，其刚度应根据现行设计与施工规范进行加强处理，楼板总厚确定为200mm，框架的支柱与支梁都根据现行规范进行设计，通常情况下，框架抗震等级取3级，普通剪力墙也为3级，而抗扭剪力墙则为2级。

1#楼和2#楼、5#楼和6#楼采用现浇结构进行连接;而3#楼和4#楼之间采用钢结构进行连接。主体和钢结构之间的连接，主要使用铰接支座，并安装限位器，用于变形控制。需要注意，因连体部分不仅要按照要求进行防腐处理，而且还要进行防火涂装，关键节点还需采用构造措施，确保耐火极限能够满足要求。

（二）计算与分析

对于大底盘多塔复杂体型高层建筑结构，如果把裙房部分按塔楼的形式切开计算，则下部裙房及基础的计算误差较大，且各个塔楼之间的相互影响无法考虑。因此应先进行整体计算，按高规取足够的振型数，并考虑塔楼与塔楼之间的相互影响。但是整体计算无法体现出单个塔楼本身的扭转特性，整体计算中显示的周期位移数据中不能显示出这些信息，例如单个塔楼的平动转动周期比，刚度比等等。

因此，决定采用SATWE进行计算，校核采用ANSYS，根据计算与校核结果实施优化分析。 计算时需采用的参数包括：风压为0.55kN/m2;雪压为0.25kN/m2;安全等级确定为2级;八度抗震设防;二类场地;通过施工方法的模拟对竖向荷载进行计算;振型为16个，计扭转耦联振动。经计算，结构受地震与风荷载作用时，层间与顶点的最大位移都能达到现行技术规范的要求，说明以上设计是合理可行的。

（三）变形缝的设置

各塔楼高度不同，体型相差较大，塔楼间还设空中连廊，又有裙房相连，同时具备了多塔楼、连体结构的性质，属超限的多重复杂高层建筑，有多处薄弱部位，对抗震极为不利。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。

当各塔楼的体型、刚度差异较大时，在地震作用下，连体结构、多塔结构会产生复杂的相互耦联的振动，扭转影响严重，对抗震非常不利，连接处更是抗震的薄弱部位。考虑到有连接的塔楼之间距离不大，采用悬挑的连廊形式也可以，故在连廊的中间设置防震缝，把连体结构分解为各自独立的塔楼，使之成为扭转效应较小的规则、对称结构。同样地，在各塔楼之间设置多道防震缝，多塔楼分成各个规则的单塔，有利于减轻薄弱部位的震害，使上部结构抗震能力更强。

（四）加强建筑抗震构造设计

多塔复杂体型建筑结构的裙房顶层楼盖起着协同各塔楼共同工作的作用。由于塔楼与塔楼之间的相互作用，将在裙房屋面层楼板中产生较大的水平拉压力和弯矩，因此应加强裙房屋面层梁板的刚度和承载力，并加强其与各塔楼之间的连接构造。在工程设计中，将裙房屋面层楼板加厚为180mm，双层双向配筋+12@150;主梁与次梁上下通长钢筋不小于梁上下最大配筋量的50%。裙房屋面上、下层的楼板加厚为150mm，保证了结构底盘与塔楼的整体作用。

三、 结束语

多塔复杂体型高层建筑的设计难度要高于其他建筑，因为建筑的规模大，结构设计困难，对于抗震和变形缝、以及底盘的设计都提出了更高的要求，一旦出现不合理或是不均匀则会给整个建筑带来麻烦，埋下隐患，因此在进行多塔高层建筑设计的过程中，要多方面考虑，做到设计的最佳优化。

参考文献：

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