大底盤雙塔復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

袁勇l  雷青芳2

(1．陜西華瑞勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司  710061  西安；

2．中機(jī)國際工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)總院710054  西安)

1、前言

    近年來隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在城市里高層建筑建設(shè)的比例進(jìn)一步加大，建筑師對(duì)建筑形態(tài)不斷創(chuàng)新和變化，出現(xiàn)了越來越多的大底盤雙塔樓體形的建筑。這種豎向剛度變化較大的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系在地震作用下，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形及動(dòng)力特性有何規(guī)律和特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)中應(yīng)采取哪些措施以及相關(guān)的抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，應(yīng)是此種建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須首先解決的問題。本文結(jié)合雅蘭花園工程，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，就這些問題作了初步的分析和探討。

2、工程簡介

    雅蘭花園是集商業(yè)及住宅為一體的大型現(xiàn)代化商住高層建筑，位于西安市南郊。地下一層，地上二十七層，其底部四層為大底盤，作為商業(yè)用房，其上為兩座二十三層住宅樓，一層電梯機(jī)房，一層水箱間，室外地坪至塔樓屋面的高度為94.75米，結(jié)構(gòu)平面呈“口”字形。根據(jù)使用功能的要求，本建筑物結(jié)構(gòu)形式采用框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。

3、地基基礎(chǔ)

    本工程根據(jù)陜西核工業(yè)工業(yè)勘察院2003年7月提供的本工程的《巖土工程勘察報(bào)告書》，(詳勘)地面以下場地土分布依次為①層素填土、②層黃土、③層古土壤、④層黃土、⑤層粉質(zhì)粘土、⑥層粉質(zhì)粘土、⑦層粉質(zhì)粘土。由于上部荷載較大，故本工程基礎(chǔ)采用樁基，并選擇了⑦層粉質(zhì)粘土為樁端持力層，結(jié)合西安地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，采用機(jī)械旋挖混凝土灌注樁，樁徑為0.7米，樁長33.0米，經(jīng)過試樁最后確定單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為7500KN。所有樁均布置在柱下和墻下。獨(dú)立承臺(tái)厚度根據(jù)其沖切承載力確定1.4-1.8米，底板厚度取500mm，地下室混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C40，抗?jié)B等級(jí)為S6，考慮到地下室長80.0米，寬32.0米，上部四層以上至二十七層為獨(dú)立的兩個(gè)塔樓，為防止主樓與裙房的不均勻沉降以及施工期間混凝土收縮等因素引起的混凝土開裂，在建筑物中部設(shè)置施工后澆帶。

4、結(jié)構(gòu)形式及計(jì)算

    本工程采用框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，按8度抗震設(shè)防，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.29，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為：剪力墻、框架均為一級(jí)，場地類別為Ⅲ類，基本風(fēng)壓為l.1x0.35=0.40KN／m2。在抗震計(jì)算時(shí)，考慮其與風(fēng)荷載的效應(yīng)組合。結(jié)構(gòu)主體計(jì)算采用中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所編制的PKPM系列軟件SATWE程序進(jìn)行整體計(jì)算，采用不同的結(jié)構(gòu)分析模型加以比較，并考慮扭轉(zhuǎn)耦連。振型數(shù)取27個(gè)，在進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析時(shí)，按各塔樓有單獨(dú)位移考慮，即采用分塊樓板剛度無限大的假定，按雙塔樓進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。裙房屋面板按彈性樓板考慮。主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸及混凝土強(qiáng)度等級(jí)見表一，主體結(jié)構(gòu)在x、Y方向的自振周期、層間位移、基底剪力見表二。

建筑物主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸及混凝土強(qiáng)度等級(jí) 表一

主體結(jié)構(gòu)在x、Y方向的自振周期、層間位移、剪重比 袁二

    從表二中看出，在地震作用下，塔樓l與塔樓2在x、Y方向的位移基本相同，最大位移都是出現(xiàn)在第13層，這是由于塔樓l與塔樓2的結(jié)構(gòu)布置、層高、層數(shù)等方面完全相同，兩個(gè)塔樓對(duì)稱布置于矩形底盤的兩端，表明結(jié)構(gòu)在兩個(gè)方向的整體抗震性能基本接近。

    為了進(jìn)一步探討大底盤雙塔結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，采用SATWE程序?qū)υ摴こ探Y(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析計(jì)算，分析計(jì)算中根據(jù)建筑場地類別和反應(yīng)譜特征周期組別，選取與該場地相對(duì)應(yīng)的三條地震波，在結(jié)構(gòu)的位移與變形分析中：對(duì)于同一條地震波作用下， x、Y方向的位移接近，這是由于兩塔樓對(duì)稱布置于大底盤的兩端，兩塔樓的結(jié)構(gòu)剛度相同，抗震性能基本接近，所以變形差異不大。但是在不同的地震波作用下，其位移反應(yīng)就會(huì)有較大的差別。從結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析中：在大底盤與塔樓交接面即裙房屋面處，樓層的剪力和彎矩都有較明顯的突變。其原因是由于結(jié)構(gòu)豎向剛度在裙房屋面處發(fā)生較大的突變，這也進(jìn)一步說明結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)及內(nèi)力的變化均受到結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量突變的影響。從以上動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果，我們認(rèn)為大底盤與雙塔樓的連接處是整個(gè)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，該層的樓板、梁會(huì)產(chǎn)生一定的水平力，該層梁柱構(gòu)件受力很復(fù)雜，在設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)連接處予以特別加強(qiáng)。

5、結(jié)論

    本文通過以上對(duì)大底盤雙塔樓的結(jié)構(gòu)計(jì)算和動(dòng)力時(shí)程分析，可以得到以下幾點(diǎn)體會(huì)：

    5.1大底盤雙：塔樓結(jié)構(gòu)計(jì)算分析時(shí)，裙房屋面板宜按彈性樓板考慮，每個(gè)塔樓的樓層可考慮為一個(gè)剛性樓板，結(jié)構(gòu)的周期比、位移比和剛度比等控制參數(shù)，應(yīng)該各塔樓分別計(jì)算并驗(yàn)算；涉及到各振型下的地震作用分析，應(yīng)該按結(jié)構(gòu)實(shí)際情況進(jìn)行建模計(jì)算并驗(yàn)算，雙塔計(jì)算比較符合地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)的效應(yīng)；對(duì)于構(gòu)件的配筋計(jì)算，應(yīng)該按雙塔計(jì)算更符合實(shí)際受力情況，尤其是在商場那幾層(包括附近相鄰幾層)，按單塔計(jì)算會(huì)帶來較大的誤差。同時(shí)應(yīng)進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)予以特別加強(qiáng)。

    5.2大底盤雙塔樓結(jié)構(gòu)由于底部裙房剛度與上部塔樓的剛度懸殊較大，造成整體結(jié)構(gòu)豎向剛度變化較大，為了減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮大底盤上部各塔樓的層數(shù)、層高、平面布置盡可能相同或接近，且雙塔樓對(duì)于大底盤宜對(duì)稱布置，避免過大的偏心對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響。

    5.3為了保證底部裙房屋頂層能傳遞塔樓的水平地震力，應(yīng)加大裙房屋頂層的剛度，大底盤屋面板的板厚不宜小于200mm，板上下采用雙層雙向通長配筋，同時(shí)適當(dāng)增加一定數(shù)量的上下層受拉鋼筋。此外，雙塔樓之間裙房連接體的屋面梁應(yīng)加強(qiáng)，塔樓中與裙房連接體相連的外圍柱、剪力墻、從固定端至裙房屋面上一層的高度范圍內(nèi)，柱縱向鋼筋的最小配筋率宜適當(dāng)提高，柱箍筋宜在裙房屋面上下層的范圍內(nèi)全高加密，剪力墻宜設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及參考文獻(xiàn)：

1.國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011—2001)中國建筑工業(yè)出版社2001

2.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》UGA3—2002)中國建筑工業(yè)出版社2002

3.婁宇、王慶紅《大底盤雙塔高層建筑的振動(dòng)分析和抗震設(shè)計(jì)》建筑結(jié)構(gòu)1999

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)