对高层建筑结构大底盘多塔结构设计的分析

摘  要：近年来，我国社会经济发展水平不断提高，从而使建筑技术有了很大进步，出现了越来越多结构复杂的高层建筑。房地产业，特别是居住小区和公共建筑，多塔结构的大底盘大量涌现，塔楼越来越多，底盘越来越大。大底盘多塔楼建筑结构设计复杂，如何设计出经济、安全的组合结构，是设计人员面临的重要课题。以此为基础，对大底盘式多塔结构在高层建筑中的应用进行了研究，分析了多塔结构的协调性、多样性和不规则性，并结合高层建筑的实际情况，提出了合理的设计要点，提高了多塔结构的设计水平。

关键词：高层建筑;大底盘多塔楼;设计;研究

中图分类号：TU347   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00

0引言

我国人口众多，这就显着土地资源极为匮乏，这一点在经济发达的沿海地带尤为显著。因此高层建筑成为城市发展、解决土地资源紧张的首选。尽管高层建筑比多层建筑实用性强，但施工难度却明显较大，难以充分发挥出建筑物的功能性。而通过应用大底盘多塔结构设计，就可以很好的满足业主或开发商对建筑物功能性的要求。但是这一结构的特点比较复杂，在设计过程中需要考虑多方面的问题，比如协同变形和扭转不规则等问题，协调好大底盘和多塔之间的关系，实现安全施工和功能性需求的满足。

1大底盘多塔结构体系的特点

首先是结构体系的多样性。结构体系具有的多样化特点可以在应用大底盘式塔结构后充分体现出来，这种结构设计形式极为繁琐、复杂，涉及到的结构设计类型也相对较多。另外，在设计阶段，需要充分考虑大底盘多塔结构的受力性与动力，综合考量相关问题，使大底盘多塔结构的多样性特点更加突出。其次是大底盘和多塔结构的协调性。在设计过程中，首先需要明确一点就是大底盘在高层建筑结构中多位于建筑物的最底部，其具有非常大的商业价值和商业用途，而多塔大多位于建筑物的上部，通常是具有住宅用途。因此，想要保证大底盘和多塔之间需要达成的协调性，这就要求工作人员在大底盘的顶层区域设置相应的结构转换层，以避免刚度突变问题的出现。最后是大底盘多塔结构体系之间的不规划性。大底盘多塔结构因其自身的不规则性，在不同的施工区域发挥着不同的作用。由于底盘面积大，一般广泛用于商業，而多塔结构主要用于办公、住宅等。

2大底盘多塔结构设计在高层建筑中的问题分析

2.1沉降差异

由于高层建筑底盘大、多塔结构，楼层高、底盘面积大，如果设计不合理，容易造成沉降问题，影响整个建筑的安全稳定。因此，在具体的设计过程中，设计者需要加强主建筑物的基础，避免沉降问题的发生，合理设置沉降缝，控制主楼与裙楼之间的最小范围内的接缝，从而避免对主楼立面效果的影响。一般情况下，引起沉降差的原因是底盘大的多塔结构平面面积小、荷载小，最终导致底盘沉降小，产生一定的差异。

2.2裂缝问题

在大底盘多塔结构高层建筑设计中，常见的问题有结构裂缝。由于结构刚度的差异，建筑结构中的一些构件承载力有限，在不均匀应力作用下容易产生裂缝。同时，大底盘的多塔结构底部容易收缩，产生严重的裂缝问题。

2.3刚度不足

大底盘多塔结构刚度不足的原因是受结构刚度的影响较大，容易影响建筑物的整体稳定性。

3高层建筑结构大底盘多塔结构设计难点

3.1建筑物的沉降难点

高层建筑楼层较高导致高度较高，这一点就意味着会对地基造成巨大的压力，如果建筑物的结构设计存在不合理的可能，必然将导致整个建筑物发生沉降，影响高层建筑的安全性能，导致包括设计在内的整个过程宣告失败，造成巨大的浪费。因此在具体设计过程中，可以从强化主楼基础、设置后浇带和设置沉降缝等方面解决建筑沉降问题。

（1）强化塔楼基础。高层塔楼常用桩基础，承载能力较高，对应高层的较大竖向力。大底盘裙房可根据地质条件采用桩或天然基础，另外，需要验算高层及相邻裙房的基础沉降差。

（2）设置后浇带。在高层塔楼与裙房相接跨设置沉降后浇带;裙房内根据实际长度设置相应的伸缩后浇带。

（3）设置沉降缝。高层塔楼之间根据规范要求设置相应宽度的沉降缝，缝设置在裙房顶板以上。

3.2确定结构嵌固端所在的位置

在建造大底盘多塔高层建筑时，整个建筑物的建造通常都是利用一个大型裙房来完成，以裙房作为这个建筑物的底盘，在裙房之上形成了多个独立高层建筑物。根据大底盘顶层楼盖实际埋深高度的不同，结构的嵌固端可分为两种情况：

（1）大底盘顶层楼板作为上部塔楼的嵌固端的结构，其一般情况下都会作为住宅小区而使用，嵌固端以下楼层就成为通常的地下室设计。嵌固端以上层为各栋塔楼，塔楼间采用抗震缝分隔。

（2）大底盘顶层楼板不作为上部塔楼的嵌固端的结构，往往应用在一些综合性区域内。此时，嵌固端以下层为通常的地下室设计，嵌固端以上层裙房需根据规范要求做进一步的计算分析和加强。

3.3大底盘温差效应及措施

对于嵌固端不在大底盘顶板层的结构而言，大底盘的顶层楼盖通常是长度较长，中间不设缝的超长结构，因此需额外考虑温度作用对楼盖及墙柱的影响。结构设计时需要对此项内容单独分析：根据结构当地的气象统计资料及结构实际后浇带合拢时间，得出结构的实际最大温差，并根据此温差，计算在最大温升及最大温降工况下，结构梁板、墙柱的应力变化。从而有的放矢的对应力较大区域做构造加强。采取可靠的减小温差效应的措施，并通过调整裙房顶层框架梁柱及楼板的配筋，减小温度效应对大底盘的影响。如以下几条：

（1）设置后浇带且应当避开温度较高的月份进行合拢，可以选择温度较低的冬季进行合拢。

（2）优化施工进度安排，控制裙房施工及竣工时间，减小整体温差，控制温度效应。

（3）采用实际气象资料，安排混凝土低温入模，并采用相对不高的混凝土等级C40。

（4）楼板采用双层双向配筋，根据上述增加配筋率，控制配筋间距，增加抗裂性能。

（5）适当增加底层边柱的配筋。

（6）对于中间塔楼和裙房的后浇带部位要求裙房施工完成后3个月内不得合拢。

3.4结构设计与施工难点

大底盘多塔结构的设计中，除了常规的单塔结构设计外，还需考虑大底盘对单塔结构的影响，多塔整体模型对每个单体结构的影响、多塔结构对裙房顶板及其上下层的影响以及塔楼与底盘相接处的分析。

3.4.1大底盘对单塔结构的影响

根据规范要求，塔楼周边的裙房超过两跨时，单塔楼模型至少附带两跨的裙房结构计算。

3.4.2多塔整体模型对每个单体结构的影响

根据规范要求，多塔结构，按照多塔整体模型和各单塔模型分别计算，采用包络结果。

3.4.3多塔结构对大底盘顶板及其上下层的影响

实际计算中可假定裙房顶板层楼板为弹性楼板，分析整体多塔模型，求出相应地震力下楼盖的应力结果，根据多塔模型及单塔模型的包络结果得出相应的配筋。

3.4.4塔楼与底盘相接处

针对多塔楼复杂结构体系，在竖向体型突变部位即裙房顶板，塔楼之间连接部位板厚应加大，除按应力分析结果外，实际配筋采用双层双向板筋拉通，且适当增加每层每个方向的配筋率;塔楼之间连接部位框架梁，增加通长筋以提高抗拉能力。在裙房范围内，还包括了塔楼中与裙房相连的外围框架柱及剪力墙，可以适当提升剪力墙与框架柱的配筋率，箍筋要做到全高加密。作为大底盘多塔楼高层建筑结构最为关键的一个问题，结构设计至关重要，相关人员必须严格遵循规范标准开展设计，并要求施工单位按照规定开展作业。

3.5重视质量检测

在大底盘多塔高层建筑结构中并不是所有的建筑材料都适用，由于建筑材料种类较多，为了保证整个建造项目的顺利开展，必须严格采用符合实际需求的特性指标材料。在此过程中，质量检测发挥了重要作用，其能保证高层建筑质量与安全性，是审查建筑材料是否符合工程标准的一种有效手段，从而保证施工现场进入的建筑材料都能符合工程实际建造需求。

4实例分析

以中国某高层办公楼工程为例，塔体16层，底裙4层，基础层为杂土，二、三、四层为杂土，四层为圆砾石层，五层和六层为杂土。在此高层建筑中，由于大底盘多塔楼结构刚度大，在实际使用中，地下室底板的受力往往不均匀，容易引起底板的变形问题，长期存在的变形问题会导致地缝开裂，影响建筑使用安全。故而亟需采取有效措施予以解决。

4.1提高大型框架结构的稳定性，减少主厂房内沉降差

基坑支护是高层建筑结构稳定性的重要组成部分。多塔式大底盘结构设计应加强主楼基础部分的设计。现实工程中，为了提高建筑物的整体安全，往往通过调整结构刚度来减少沉降差。对主楼基础进行调整，加强主楼基础设计，可大大减少主楼与裙楼的差异。采用刚度调平原理，对多塔大底盘结构进行多样化设计，以确保建筑物稳定沉降，促进建筑物安全体系的建立，使之更加安全、实用。如在多塔结构设计中，常遇到塔身的平面刚度和变形问题。通过增加剪力墙，能够平衡和调节整个建筑结构的协调，从而提高结构的稳定性。另外，桩的端部应力层采用PHC管桩进行设计，桩身全部为粉砂层。围裙用短桩。采用长桩结构的高层建筑工程，整体设计效果明显，并能有效缓解沉降差，得到广泛的应用和推广，有效提高了整体施工质量。

4.2沉降缝设置

在高层建筑中，对于底盘较大的多塔结构裂缝，应充分考虑结构间的平衡。大底盘式多塔结构在压力作用下，通常采用设置沉降缝的方式形成裂缝，将高层建筑与周边建筑隔开，有效地缓冲了主楼与裙楼之间的裂缝。采用挑梁基础，即挑边沉降缝一侧，可设置沉降缝，保持原有设计水平。增加悬臂梁的承载力设置，可以更好地减轻结构受力，提高高层建筑的整体施工质量。在此基础上，可对大底盘多塔结构进行柔性连接，尽量避免刚性连接，保持主楼和裙楼独立，减少施工裂缝。可以设置后浇带，减小高层建筑对地下空间的影响和沉降差。设计人员在进行具体设计时，应严格遵守《高层建筑混凝土结构技术规范》及其它相关规范。建筑物的构造面一般在35m左右，宽约1m，柱距约1m，保证了楼板、墙板、顶板之间的连通，增强了建筑物的实用性和功能性。

4.3提升高层建筑结构的刚度

高层建筑采用大底盘多塔楼结构，以提高結构刚度，减少结构变形。大底盘多塔结构的设计应遵循对称性原则，保证底盘中心与塔高的一致性。基础加厚是提高周围梁柱刚度的常用方法，其宽度一般控制在140mm以内。在高层建筑大底盘多塔结构设计中，应充分考虑其整体受力，使方案设计更为合理。为解决高层建筑结构受力问题，应采用科学的计算方法，借助计算机软件设定设计参数，紧紧抓住单、多塔设计的重点，确保多塔结构在高层建筑中的安全设计能满足结构刚度的要求，充分发挥多塔结构的设计优势，提高设计的合理性和可行性，使多塔结构在高层建筑中的设计刚度达到最大值。

4.4计算方法

针对大型多塔结构底盘高层建筑，解决其整体受力问题，提高设计方案的可操作性是一个重要课题。鉴于高层建筑设计的复杂性，需要对其进行详细的应力计算，以获得科学合理的设计参数。通常采用计算机软件进行力计算，建立大底盘多塔楼的结构模型。然后，综合考虑单塔和多塔的设计要点，得出其精确的刚度指标。

5结语

综上所述，高层建筑大底盘，多塔结构，功能丰富，极大地提高了建筑的空间利用率，也促进了城市的现代化。设计人员应针对大底盘、多塔建筑结构设计中可能出现的质量问题采取相应的处理措施，加强设计管理，确保高层建筑的施工质量。我国建筑工程的各项施工技术不断完善发展，通过将大底盘多塔结构应用在高层建筑中，能够进一步优化工程施工设计，推动大底盘多塔结构更好发挥自身的结构优势，相关设计人员，要充分掌握设计要点，确保高层建筑最终的设计效果，满足人们对现代化建筑设计的根本要求。

參考文献

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收稿日期：2021-06-03

作者简介：王寓欢（1983—），男，上海人，本科，工程师，研究方向：结构设计。

Analysis on the Design of High-rise Building Structure with Large Chassis and Multi-tower Structure

WANG Yuhuan

（Zhongyuan International （Shanghai） Engineering Design and Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai  200126）

Abstract： In recent years， the level of social and economic development in my country has been continuously improved， which has led to great progress in construction technology， and more and more high-rise buildings with complex structures have appeared. In the real estate industry， especially in residential quarters and public buildings， large chassis with multi-tower structures have emerged in large numbers， with more and more towers and larger chassis. The structural design of large-chassis and multi-tower building is complex， and how to design an economical and safe combined structure is an important issue faced by designers. Based on this， the application of the large-chassis multi-tower structure in high-rise buildings was studied， the coordination， diversity and irregularity of the multi-tower structure were analyzed， combined with the actual situation of high-rise buildings， and reasonable The design points have improved the design level of the multi-tower structure.

Keywords： High-rise building; large chassis and multi-tower building; design; research