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1、大底盤多塔樓高層建筑結構的設計分析 論文關鍵詞大底盤多塔樓高層建筑結構設計 論文摘要首先對大底盤多塔樓高層建筑結構體系進行整理。在此基礎上,針對結構體系并結合大底盤多塔樓高層建筑結構的工程實例,從結構重點關鍵部位的應力分析和結構設計的構造處理等進行分析,以便得出一些對設計有實際指導意義的結論。 當今高層建筑正日益向多功能方向發展,為滿足建筑體型多樣化和建筑多功能要求,近年來涌現出大量體型復雜的高層建筑,其中大底盤多塔樓就是很典型的一類。大底盤多塔樓高層建筑是將底部幾層公共空間設置為大底盤,在上部采用兩個或兩個以上塔樓作為主體的結構。如果上部塔樓間在某些樓層通過連體(如連廊)相連,則成為大底盤多2、塔樓連體結構。對于大底盤多塔樓結構,大底盤上兩個或多個塔樓時,結構振型復雜,并會產生復雜的扭轉振動,如結構布置不當,豎向剛度突變、扭轉振動反應及高振型影響將會加劇,而且由于多個塔樓通過底盤或者底盤和連體相互連接,其振動特性、受力性能、破壞形式、分析模型及計算方法要比一般高層建筑復雜得多。 一、大底盤多塔樓高層建筑結構體系的概述 大底盤多塔樓高層建筑結構體系的主要特點是:在多棟獨立的高層建筑底部有一個練成整體的大裙房,即形成了大底盤。大底盤多塔樓高層建筑結構在大底盤上一層突然收進,屬豎向不規則結構;大底盤上有2個或多個塔樓時,結構振型復雜,并會產生復雜的扭轉振動,因此如果結構布置不當,豎向剛度突3、變,扭轉振動反應及高振型影響將會加劇。在實際工程的設計中,總的來說,大底盤多塔樓高層建筑結構的設計為大底盤結構頂層樓板可作為上部多塔樓的嵌固端。通常帶地下停車位的住宅小區基本屬于該種類型。 從結構設計的角度來說,由于大底盤為塔樓嵌固端,各個塔樓在水平和豎向荷載的作用下可以認為是相互獨立的,結構內力分析可以分開進行。在這種情況下上部塔樓的結構設計是常規的,可以不作討論。在進行結構大底盤部分的內力分析時,必須進行整體計算,但由于塔樓的側向剛度相對于大底盤的側向剛度來說比較小,因此,上部單個塔樓的在水平地震力作用下對于離塔樓位置較遠的大底盤構件產生的影響很小,所以該種情況下對于大底盤的構件內力可以不4、考慮由于上部多塔樓的存在而對大底盤產生的復雜影響。鑒于此,高層建筑設計規程中并未把此類結構形式歸為復雜高層建筑。同樣的,在結構設計中,對于豎向荷載作用下,需要進行整體模型計算,來進行基礎等構件的設計,在水平荷載作用下,不需要對整體模型進行多塔樓相互影響的復雜結構分析。 二、大底盤頂層樓板可作為上部多塔樓結構的嵌固端 結合一個工程實例來說明結構設計工程中的問題。某住宅小區,地下二層為人防地下車庫,地下一層為自行車庫,地上為四棟11層的短肢剪力墻結構,抗震設防烈度6度,地震力加速度0.05g,場地類別類,地基基礎設計等級丙級,短肢墻抗震等級三級,框架抗震等級四級。由于該高層住宅的地下室抗側剛度較大5、,為典型的大底盤多塔樓結構。在結構設計初期,作為先決條件,首先應先進行多塔樓的嵌固端部位的判斷,大底盤地下室部分的豎向構件范圍選取為從大底盤頂層向外擴大底盤一層層高范圍的區域。計算應用中國建筑科學研究院的有限元結構計算軟件SATWE進行分析計算,經計算得出大底盤層各方向的抗側剛度為RJX=2.7828E+07(kN/m),RJY=7.5515E+06(kN/m),上部塔樓一層各方向的抗側剛度RJX=3.5976E+06(kN/m),RJY=2.6336E+06(kN/m),兩者比較得知大底盤層的抗側剛度比上部塔樓一層的抗側剛度大一倍以上,因此可以把大底盤頂層樓板作為上部多塔樓結構的嵌固端。 為6、了更加清晰的說明該種類型的結構在設計過程中先可以單獨把塔樓取出,按單塔模型進行水平力下的結構抗側設計,然后我們對結構進行了整體建模,并應用SATWE程序對上部多塔樓進行多塔定義,然后進行結構的震動特性分析。 計算為單獨塔樓模型時可計算得的振動周期為:T1=1.6154,平動系數1.00(0.00+1.00),轉角90.20;T2=1.3810,平動系數0.59(0.59+0.00),轉角0.99;T3=1.2555,平動系數0.41(0.41+0.00),轉角179.08。 將各棟塔樓全部輸入的整體建模時,經過對振型的分析觀察,發現,2號樓振動是第一,第四,第七個振型,計算所得的振動周期分別為7、:Tl=1.5559,平動系數1.00(0.00+1.00),轉角89.85;T2=1.3375,平動系數0.65(0.65+0.00),轉角0.12;T3=1.2319,平動系數0.35(0.35+0.00),轉角179.36。 比較上述兩種計算模型的周期特性計算結果,可以看出2號樓在兩種計算模型下各振型的周期長度,結構轉角和扭轉狀況非常接近,即是否為單塔樓模型輸入或多塔樓的整體模型輸入對于各棟塔樓本身來說其振動特性基本是一致的。另外,從整體模型的震型的震動中,我們也可以發現,在大底盤層,遠離塔樓的結構構件振動幅度很微小。也就是說,水平力作用下,塔樓對大底盤層遠離塔樓處的構件影響很小。因此,8、我們可以得出結論,在滿足大底盤頂層為上部塔樓嵌固層的條件下,各塔樓是可以拆開分別進行結構計算分析,這樣的計算假定和簡化是符合結構的實際受力狀況的,其計算結果也是可用于后續工程設計的。另外,為了保證大底盤頂層樓板的嵌固功能,必須保證大底盤頂層平面內具有足夠的剛度,根據高規4.8.5條和4.5.5條的規定,采用的構造加強措施有:大底盤頂層樓板結合人防要求,板厚取為300mm厚,且板配筋雙層雙向拉通設置,配筋率不小于0.3%;另外落地的剪力墻配筋除應符合計算要求外,還應比對應部位上部短肢剪力墻的配筋大1.1倍以上。 三、結論 首先對大底盤多塔樓高層建筑結構體系進行了系統的整理,結合工程實例,對大底盤多塔樓高層建筑結構進行了較系統的分析,得到了如下對工程設計具有參考價值的結論:大底盤頂層樓板可作為上部多塔樓的嵌固層時,屬一般的高層建筑結構,塔樓對大底盤層遠離塔樓處的影響很小,滿足一定的構造要求時上部各塔樓可拆開分別進行結構的整體計算與分析,這樣的簡化符合結構的實際受力狀況。 參考文獻: 1JGJ3-2002,高層建筑混凝土結構技術規程,北京:中國建筑工業出版社,2002. 2吳劍輝,基于模態原理的多塔樓結構體系振動分析研究博士學位論文. 北京:中國建筑科學研究院.