浅析多塔结构设计.doc

1、浅析多塔结构设计摘要：多塔建筑比单塔建筑的结构设计要复杂的多，它并非几个单塔结构的有效叠加，需考虑单塔之间的相互影响，相互制约，尤其在地震作用下，结构受力比较复杂。本文将从多塔的概念，抗震分析及构造处理和计算范例四方面浅析多塔结构设计。 关键词：多塔结构 抗震分析 概念设计及构造 中图分类号： TU352.1+1 文献标识码：A 文章编号： 引言：随着经济的高速发展，人们对建筑的使用要求日趋复杂，高层建筑在数量提升的同时，结构形式也在发生多样性变化。建筑一方面在考虑住宅配套工程和满足停车要求，须建造公共建筑用房和地下停车库，为提高车库有效利用率，一般尽可能建造多楼的公用车道的大型停车库；另一方

2、面，考虑建筑节能及适宜居住，单体住宅不宜体量太大，楼与楼需保持适当的间距，为此，多塔结构便是顺应这种变化而发展起来的新的结构形式。 一、多塔结构概念分类及计算方法 1. 多塔结构根据其受力特点一般大致分为三类： 一般多塔结构：在多栋多高层建筑的底部有一个连成整体的大裙房（含地下室）形成大底盘，单塔与单塔之间的间距比较大，大致成点状分布。但若多个塔楼仅通过地下室整体连接，没有裙房，或者若有局部小裙房连为一体，不是严格意义上的多塔结构。 （如下图一所示） 图 一 带缝多塔结构:由于建筑功能需要，建筑结构仅被伸缩缝、抗震缝和沉降缝等分成若干部分，即单塔与单塔之间的间距非常小，是一般多塔结构中的特例。

3、 （如下图二所示） 图二 复杂多塔结构：它是在多塔结构形式上又存在如带转换层、带加强层、连体、错层等复杂的结构形式。但高规第 10.1.4 条规定“7度和 8 度抗震设计的高层建筑不宜同时采用超过两种本规程第 10.1.1 条所规定的复杂高层建筑结构” ，超过两种或不满足建筑抗震设计规范第 3.4.3 中的三项和第 3.4.1 条文说明表一中的一项的建筑均视为超限高层建筑，需进行超限高层建筑工程抗震设防的专项审查。 2. 对于多塔结构通常采用两种计算方法： 离散模型：切分大底盘，将各个塔楼分成若干个完全独立的单塔结构分别计算分析。这是一种简化模型，这种计算模型比较适用于一般的多塔结构，由于塔楼

4、与塔楼之间间距较远，相互之间影响相对较小，其多塔的计算控制指标（如周期比，塔楼的位移比）可按单塔结构计算来控制，但计算内力及配筋宜考虑多塔对大底盘的相互影响，宜结构两者分别计算。 整体模型：将各个塔楼按实际情况和底盘结合在一起，作为一个整体结构计算。这种计算模型比较接近实际，但国内现有软件计算存在节点数过多，计算时间久等欠缺。这种计算模型比较适用于一般多塔结构的大底盘计算、带缝多塔结构，复杂多塔结构。 二、多塔结构的抗震分析 多塔结构的抗震设计首先要了解多塔结构在地震作用下的反应，再根据其受力特点，通过对计算各项指标的控制来对结构进行合理性设计。多塔结构的地震反应 与其他结构相比，多塔结构的地

5、震反应十分复杂，结构设计的经济性、合理性很大程度上取决于能否准确分析结构的地震反应。工程界在处理多塔结构的地震反应上多采用简化模型的方法计算，不考虑扭转效应，采用集中质量（串联质量串）的模型分析，该简化方法比较适合对称多塔结构，对于非对称的多塔不能准确反应其地震特征，有专家学者研究串并联质点系层模型、三维动力分析模型、分段连续化串联模型等多种简化模型，对应适用于各种特殊性多塔结构。研究发现，底盘刚度、底盘高度及底盘承载力对结构地震反应有影响 底盘刚度对结构地震反应的影响 由于底盘室内大空间要求，通常柱网间距比较大，有时采用框支底盘，这种情况下，当底盘顶层抗侧刚度与上部塔楼结构首层抗侧刚度比 小

6、于 1 时，底盘会使结构所承受的地震作用减小，层间剪力减小，上部结构的侧移刚度及各层层间位移均减小，但底盘的侧移和层间位移明显增大。当 大于 1 时，能有效控制底盘的变形，随 的增大，上部结构的地震作用增大，导致与底盘相邻的局部结构楼层的层间位移增大。为此 宜接近 1.高规附录 E 对于转换层上下刚度做了规定。 底盘高度对结构地震反应的影响 以 H 表示结构底盘的绝对高度与结构总高度的比值，有研究通过分各种情况下塔楼地震反应分析得知，当底盘层刚度基本保持不变时，随着底盘高度的增加，结构基底剪力、层间剪力都明显增加，尤其是上部结构的鞭梢效应加剧，由此，控制 H 在 0.2 以内。 底盘承载力对结

7、构地震反应的影响 提高底盘承载力，虽然使底盘的层间剪力增大，但是能有效降低结构底盘部分的层间变形和延性要求，一定程度上避免了底盘成为结构的薄弱层，然而随着底盘高度的增加会使结构的薄弱层上移，上部的位移增大，对上部结构的延性需求增大，底盘柔弱时该现象更加明显，为此，各层的计算设计剪力与各层的实际承载力的比值应控制。 多塔结构的计算指标控制 一般结构设计是否可行，安全合理并且经济，取决于对结构平面、竖向布置及对地震反应的特点，而这些是否合理，规范一般都是以计算指标来衡量。 结构的规则性 结构的规则性包括平面的规则性和竖向的规则性。 高规第 3.4 节和第 3.5 节都做了相应要求，宜尽量满足。 结

8、构的地震作用 地震计算控制指标一般是周期比，位移比，上下层侧向刚度，上下层承载力变化，双向地震作用，偶然偏心，重力二阶效应，有效质量百分比、剪重比等指标。多塔结构阵型复杂，且高振型对结构内力的影响较大，当各塔楼质量和刚度分布不均匀时，结构的扭转振动反应较大，为此各塔楼的楼层数、平面布局、竖向刚度及结构类型宜接近。 三、多塔结构的抗震构造 多塔结构在底盘上一层的平面布置有剧烈变化，上部结构突然收进，属于竖向不规则结构。塔楼和底盘的结合部位结构竖向刚度和抗力发生突变，容易形成薄弱层，尤其是带高位转换的结构，多个塔楼的相互作用，使结构的阵型复杂，产生复杂的扭转振动，大量震害表明，塔楼与大底盘结合部位

9、及上下各一层的构件在地震中破换最为严重，为此，规范对多塔结构提出了比较详细的抗震构造措施。在多塔结构的抗震设计中，应从概念设计出发，重视对结构薄弱部位的分析，加强构造措施，其要点有： 塔楼对底盘宜对称分布，塔楼群体质心宜接近大底盘的质心，上下质心的距离不宜大于底盘相应边长的 20%，以减少塔楼偏置对底盘的扭转效应；高规第 10.6.3 条 抗震设计时转换层宜设置在底盘楼层范围内，不宜设置在底盘以上的塔楼内，以避免高位转换形成的结构薄弱层部位； 为保证大底盘与塔楼整体工作，底盘屋面板应加厚，不宜小于150mm，宜双层双向配筋，每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于 0.25%，体型突变部位上下层结构楼

10、板也应加强构造措施。 高规第 10.6.2 条；带转换层的多塔结构，应注意局部抗震等级的提高，及裙楼抗震等级的确定，具体见高规第 10.2.5、10.2.6 条和第 3.9.5 条 塔楼中与裙楼接连部位的外围柱、剪力墙，从固定端至裙房屋面上一层的高度范围内应特别加强，柱纵向钢筋的最小配筋率宜适当提高，箍筋屋面上下层的范围内全长加密，剪力墙宜按规范的相关规定设置约束边缘构件。 高规第 10.6.3 条 多塔结构的基础设计，可通过计算和平面尺寸确定是否需要设置沉降缝活后浇带，或采用变刚度调平法，使主楼与裙楼的地基基础沉降差异减少。 四、多塔大底盘结构的计算分析实例 某工程为三塔楼大底盘结构，其中

11、1#3#塔楼高地上 28F,裙楼 3层，地下室两层，按五级人防设计，嵌固端定在地下一层顶板处，抗震设防烈度为 7 度，基本加速度为 0.10g，场地类别为二类，根据规范查得抗震等级为一级，平面如图三所示; 图 三 根据整体计算模型和单塔计算模型的控制指标对比如下所示： 表一：周期比(取前 3 个振型) 表二：位移比(X 向地震作用下) 从表中可知，整体计算和分塔计算量两种方法计算出的周期值、平动系数和扭转系数都异同，周期比自然不同。整体计算的周期比单塔计算的周期偏小，同时位移比和层间受剪承载力比均呈现出整体计算比单塔计算要小，而层间侧移刚度比、剪重比和刚重比均呈现出整体计算比单塔计算要大，结果

12、显示：单塔计算是刚度比整体多塔计算时的刚度要小，在竖向力、地震力和风荷载作用下，表现为周期大，层间位移大，受剪承载力小，是因为单塔计算是，迎风面更大，没有考虑多塔之间影响，即没考虑风荷载遮挡面，同时也没有考虑多塔之间在竖向荷载、地震和风荷载作用下的变形的相互影响和相互制约作用，故单塔的计算结果指标偏大。因此，带缝的多塔结构计算宜采用整体计算模型，更接近实际模型，以考虑塔楼之间的相互影响，使建筑结构更合理和经济。而对于多塔之间分布比较分散时，相互之间靠裙房连接，相互之间的影响较小，风荷载的影响亦较小，可忽略，因此，这种一般型的多塔结构宜采用单塔来控制指标，而裙房的结构计算配筋宜采用多塔整体计算模型，以考虑每个单塔对单塔相关范围结构的影响。 五、结语 多塔结构设计显然是一个复杂的过程，但是，只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，使建筑多塔结构结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。参考文献 1高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010）S 2建筑抗震设计规范（GB50011-2010）S 3包世华，王建东。大底盘多塔楼的结构振动计算 J建筑结构，1996（6） 4沈蒲生。多塔与连体高层结构设计与施工