大底盘建筑的设计处理（精选六篇）
大底盘建筑的设计处理 篇1
一、大底盘多塔楼高层建筑结构体系的特点与分类
大底盘多塔楼高层建筑结构是城市建筑发展的需求, 该种体系突出的特点是多个不同的楼房, 使用一个相同的裙房。这种体系能够将多个功能融为建筑中, 进而实现了建筑的整体功能性。这是大底盘多塔楼高层建筑结构显著的特点, 也是其最突出的优势, 但是这种建筑结构体系, 也有存在着明显的弊端, 即建筑结构竖向具有不规则性, 设计环节比较复杂, 要想达到预计的设计效果, 需要完成振型, 以便提高该种建筑的稳定性以及抗震性, 但是但从这两方面性能来讲, 这种建筑结构体系无论是稳定性方面, 还是抗震性方面, 与普通的高层建筑相比, 都比较差, 因此需要设计人员付出更多的心血。
该种建筑结构体系, 主要可以分为两大类, 第一类是将大底盘结构中最上层的楼板看作是多塔楼高层建筑的嵌固端, 一般情况下, 如果高层建筑带有地下车库, 则会选择该种形式的大底盘多塔楼高层建筑结构, 第二类是正好与之第一类不同, 顶层楼板并不设计成为嵌固端, 通常而言, 高层建筑中下部裙楼被用作商场或者综合性比较强的高层建筑中会应用这种形式, 第二类与第一类相比, 更为复杂, 需要设计人员作出精细地计算, 并且将以实际的论证, 否则极其容易出现误差, 导致安全事故。
二、大底盘多塔楼高层建筑结构的设计要点
因为大底盘多塔楼高层建筑结构体系不同于其他类型的高层建筑结构体系, 相比而言, 这种结构体系工程量大, 技术含量高, 而且无论是长度, 还是宽度, 普通的高层建筑物都无法比拟。为了达到大底盘设计的目标, 在塔楼设计时, 往往呈现出不对称的现象, 而且这种不对称对设计人员来说是需要解决的一大难度, 但是使整个高层建筑设计方案更为科学有效, 其可靠性更强, 除了上述问题需要解决外, 还应该注意以下几点:
1地基不均匀沉降的问题。大底盘多塔楼高层建筑结构的塔楼位置, 楼层数比较多, 而且高度也非常高, 因此其相对应对地基需要承载更大的荷载, 而该结构大底盘的位置, 楼层数比较少, 高度也相对比较低, 因此其相对应的地基需要承载的荷载也就比较小, 也正是因为如此, 该结构体系存在着比较严重的地基不均匀沉降的问题。为了解决这个问题, 设计应该做到以下几点:第一, 利用不同的方法将其沉降量以及沉降差计算出来, 至少选择两种以上的方法, 以此提高其计算的准确度;第二, 设计人员需要依据计算结果来采取相应的措施, 即:放或者抗, 放就是在高层建筑塔楼与大底盘分界的地方进行后浇带的设计, 以便更容易观察这两个建筑位置存在的沉降量以及沉降差, 等到塔楼以及大底盘的位置沉降处于稳定状态时, 对其进行计算, 并且采取封闭沉降后浇带的方法, 这种方法只需要使用比较少的配筋, 但是如果利用这种方法则需要更长的时间来达到沉降的目的, 这会延长施工周期, 而且因其结构设计并不简单, 非常不利于现场管理, 因此一般而言, 施工单位都不会使用这种方法。而抗就是指在天假陪金的基础上, 再添加钢筋, 以此使建筑构件剪力得到有效的提高, 避免沉降差带来的不良后果, 与此同时该需要考虑到建筑结构中其他构件所带来的不良影响, 这种方法不需要过长的时间即可达到均匀沉降的目的, 但是唯一的不足是成本花费比较大。
2精选建筑材料。大底盘多塔楼高层建筑结构体系需要精选建筑材料, 尤其是地下室部分, 所使用的混凝土强度达到C30, 此外, 水泥用量也不宜过多, 保持在250Kg即可, 如果没有特别要求的情况, 一般不会选择使用矿渣水泥, 如果有规定要求, 或者水泥的性能为未能满足要求, 可以适当的添加一定量的粉煤灰, 避免混凝土结构出现水化热, 以此保证混凝土结构不会出现裂缝。
3设计与施工有机结合。在设计时, 构件受力的计算十分重要, 与此同时, 预防裂缝也十分关键, 有些结构的特殊部位则需要添加钢筋, 上述这些设计人员人员都需要做好, 以便为顺利施工奠定基础, 在浇注底板时, 应该一次性完成, 并且在基坑中降水, 一直到底板下5m, 施工期间, 应该设计后浇带, 顶板与侧墙的位置可以不连续, 侧墙与后浇带之间大约相互30m即可, 而顶板与后浇带之间的差距应该保持在55m左右。墙体与柱子连接部位宜插入长度1500-2000mm, 由8-10的加强钢筋, 插入柱子200-300mm, 插入边墙1200-1600mm, 其配筋率应提高10%-15%。楼板宜配置细而密的构造钢筋网, 钢筋间距宜小于150mm, 配筋率宜为0.6%左右;现浇补偿收缩钢筋混凝土防水顶板应配置双层钢筋网, 构造钢筋间距小于150mm, 配筋率宜大于0.5%。
4抗震设计方法。动力时程分析法。由于构件及楼层的屈服模型和退化规律非常复杂, 高层结构的弹塑性时程分析还处于研究阶段。目前工程设计中应用较多的是结构的弹性时程分析, 对于多塔楼这种复杂结构, 由于自由度很多, 加之在进行逐步积分时积分次数很多, 按空间模型进行动力积分计算量比较大, 目前只有一些结构的通用分析软件可用, 而结构工程设计软件则采用的是基于“平面分块元限刚假定的层模型, 层模型刚度矩阵的阶数很低, 相应的计算量也很小, 每步的积分计算速度很快”。在弹性阶段, 可采用基于振型分解的时程分析方法。
结语
综上所述, 可知因为大底盘多塔楼高层建筑的稳定性以及抗震性与普通的高层建筑相比, 比较差, 而这两项性能对高层建筑来说, 十分重要, 因此需要设计人员将重点放在这两方面, 以此保证高层建筑的安全性。
摘要：大底盘多塔楼高层建筑结构现已经被广泛的应用在建筑设计中, 这种结构体系最大的优势就是能够将建筑功能发挥到最大, 其综合性更强, 但是需要解决的问题也比较多。本文主要通过对大底盘多塔楼高层建筑结构体系的特点与分类的介绍, 进而探讨了该建筑结构体系的设计要点, 仅供交流。
关键词：大底盘多塔楼,高层建筑结构,设计,分析
参考文献
[1]李秋波.多塔大底盘结构设计体会[J].浙江建筑, 2007 (08) .
[2]李慧, 张志公, 杜永峰.大底盘多塔楼结构基础隔震非线性时程分析[J].兰州理工大学学报, 2007 (01) .
大底盘建筑的设计处理 篇2
1 工程概况
大连海事大学科技园2号建筑总建筑面积228 349 m2, 是集办公研发、商业配套、会展、学术交流为一体的大型综合建筑。包括两栋高层塔楼 (A, B栋) 。裙房6层, 地下4层。地上1层～6层为商场。A, B栋塔楼为7层～34层大空间办公室, 房屋总高度150.0 m。
2 超限分析及相应的结构措施
1) 房屋高度超限A, B栋高层房屋高度为150.0 m, 超过了JGJ 3-2002钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程中规定的框架—核心筒结构7度区适用高度130 m的限值。2) 采用大底盘双塔楼结构, 质量、刚度分布不均匀。3) 由于商场使用功能的限制, A, B栋塔楼布置在大底盘的最右侧和中部, 其中A塔, B塔与裙房的质心偏心距分别为80 m (A塔) , 37 m (B塔) , A塔超出了《高规》10.6.1条“塔楼结构与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%”的规定。针对塔楼偏心, 采取了以下措施:a.裙房顶部楼板板厚加厚至180, 同时裙房各层与塔楼相连的两跨梁板适当加强, 以增强两栋塔楼的变形协调能力。b.增加底部剪力墙, 调整底部剪力墙位置, 尤其是在远离塔楼的裙房部分适当布置了一些剪力墙, 以调整裙房部分结构的刚心, 使其尽可能的靠近质心。c.由于塔楼偏置过多, 在进行结构内力计算时, 大底盘部分2层～6层均设置了弹性板进行计算。4) 平面不规则, 楼板局部不连续。该工程在裙楼各层中间部位因建筑设有中庭, 开有较大面积洞口, 楼面开洞尺寸超过楼面宽度的1/2。针对楼板局部不连续的情况, 采取的措施有:a.加厚了洞口附近楼板和加强了边梁, 以增加平面刚度和利于水平力的传递;b.加强洞口所对应的上层同一位置处的梁板;c.考虑因开洞削弱而产生的平面内变形, 设计上选用能考虑楼板变形影响的设计软件 (SATWE程序) 进行整体内力分析计算, 分析时采用弹性楼板假定。
3 结构设计与计算
3.1 计算软件
该工程采用中国建筑科学研究院《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》SATWE程序进行计算分析, 并采用北京迈达斯技术有限公司开发的韩国《建筑及土木结构通用的结构分析与优化设计软件》MIDAS/GEN进行设计验证。
3.2 结构计算参数取值
本建筑的结构安全等级为二级, 裙房商业面积大于17 000 m2, 由于塔楼与裙房均不设缝, 两个塔楼办公面积相加达到110 000 m2, 所以建筑抗震设防类别均为乙类, 设计地震分组为第一组。基本风压0.75 kN/m2, 地面粗糙度为B类。建筑主体结构采用现浇钢筋混凝土框架—核心筒结构, 其中地下4层～地下2层剪力墙和框架的抗震等级均为三级, 地下1层～屋顶层剪力墙和框架的抗震等级均为特一级。
1) 振型组合数:分别考虑单、多塔扭转耦联抗震计算, 振型数kt=36。2) 时程分析地震波的选取:该工程按7度、Ⅱ类场地, 选用了Elcent波、oakwh1波和场地合成人工波进行分析计算。3) 周期折减系数:考虑到两个塔楼的填充墙, 周期折减系数取0.9。
3.3 整体计算结果
结构计算周期见表1, 结构位移见表2。
3.4 计算结果分析
下面以SATWE程序为主进行分析:1) 自振周期在合理范围之内, 结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.48, 满足规范要求。2) 振型曲线光滑符合规律。3) 底层剪重比调整后满足规范要求。4) 最大层间位移和顶点位移小于1/1 000, 满足规范要求。5) 动力时程分析复核结果表明, 不需要调整各楼层构件的内力和断面配筋。
从以上计算结果看出, 由于剪力墙和筒体布置较合理, 结构平动周期比较合适, 扭转效应影响不大, 各层的层间位移角能基本满足规范的要求, 整体受力合理、安全可靠。
4 局部计算及结构构造措施
4.1 重要楼层板厚加厚
1) 首层 (地下室顶板, 裙房的嵌固端) 板厚180 mm, 配筋率大于0.35%, 双层双向贯通。2) 对裙房屋面层 (塔楼的嵌固端) , 楼板采用板厚180 mm, 配筋率大于0.35%, 双层双向贯通。3) 对开洞较多的核心筒内楼板的板厚适当加强, 板厚采用150 mm;加强核心筒边梁和楼面洞边梁的截面和配筋, 以减少筒体较多开孔和楼层开洞对结构刚度的削弱。4) 对2, 3层大开洞周边楼板加厚至150 mm, 配Ф10@150双层双向钢筋网。
4.2剪力墙底部加强部位
严格执行规范, 对剪力墙底部加强部位的抗震等级按特一级抗震等级设计;对约束边缘构件的纵向钢筋和箍筋予以特别提高, 对剪力墙的水平及竖向分布钢筋配筋率适当提高。
4.3框架梁和连梁
建筑外周边和裙楼室内开洞周边适当加高外框边梁截面并且加强梁筋构造, 提高结构的整体刚度, 提高建筑物的抗震性能。剪力墙底部加强部位的连梁配置交叉暗撑, 以增加连梁的延性, 让结构在大震作用下过渡到一个具有较高变形能力的结构体系, 避免结构倒塌。
4.4加强塔楼外围框架柱
控制轴压比, 为此采用钢管混凝土叠合柱 (简称叠合柱) , 它是由截面中部的钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土叠合而成的, 见图1。该工程中, 剪力墙墙肢最大轴压比为0.46, 框架柱最大轴压比为0.65。构件连接包括钢筋混凝土梁与叠合柱连接, 见图2。
5结语
该工程由于平面布置的需要, 造成楼板局部不连续, 而且又是塔楼偏置的双塔建筑, 对建筑物抗震不利, 属复杂高层结构为提高抗震能力, 解决超限问题, 笔者认为:1) 要有合理的结构体系;2) 要进行合理的概念设计;3) 要采取必要、有效的构造措施只有这样, 才能使结构设计达到合理性、经济性。
参考文献
[1]GB 50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].
[2]JGJ 3-2002, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].
大底盘建筑的设计处理 篇3
1 工程概况
某高档小区位于山东省临沂市, 位于临沂市滨河大道西侧, 涑河北路北侧, 地处涑河、沂河、河三河交汇处。抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度为0.15g, 设计地震分组为第一组, 场地类别为Ⅱ类, 包括五幢高层住宅 (2层地下室+33层标准层+阁楼层带机房层) 和下部大底盘的2层 (局部1层) 地下车库。地下室长和宽为206.4 m×131.4 m, 2层车库板顶标高-1.30 m, 覆土0.8 m～1.0 m;单层车库板顶标高-2.50 m, 覆土2.10 m厚。
2 嵌固端位置的确定
由于地面绿化及市政管线的敷设要求, 地下车库顶板往往上部要求覆土很厚, 最少0.8 m～1.0 m, 一些高档小区甚至达2 m～3 m。由于地下室顶板存在较厚的覆土, 对结构侧向变形有一定约束作用, 但其约束效应与回填土施工质量存在很大的关联性, 通常在现场施工过程中, 地下室基坑侧壁及顶板的回填质量是难以控制的。如果基坑范围场地设计为绿化时, 通常回填土比较松软, 下部回填土施工压实不足, 结构的嵌固部位将下移。此时宜取车库顶板作为有效约束, 而不考虑覆土对主楼的约束或对此约束进行折减。为此, 1) 当覆土厚度 (h2) 再加高层建筑主楼的室内外高差 (h1) , 能满足主楼顶板标高与车库顶板的高差 (h1+h2) 之和小于地下1层层高 (h) 的1/3基本嵌固要求时, 主楼的嵌固端应取-1层顶板, -1层应根据嵌固端的相应要求采取构造措施;2) 如不满足以上要求时, 则应将嵌固端下移, 主楼-2层顶板与地下2层车库顶板标高接近, 此时嵌固端应取-2层顶板 (同理, 个人认为两者的高差不应大于主楼-2层层高的1/3) , 同样-2层应满足嵌固端的相应构造要求;3) 当以上两条件均不满足时, 嵌固端应取在基础顶面。但在第1) 种情况下, 如果覆土部分设计为地面道路和广场, 回填土压实会相对较好, 且为刚性地面, 所以地面回填土刚度较大, 会导致结构实际嵌固面上抬。此时, 应取实际室外地面为有效约束, 即当h1<1/3 (h2+h3) 时, 主楼的嵌固端应取-1层顶板。
在本工程的设计过程中, 因-1层顶板不能满足上述1) 中条件, 在计算模型输入时将结构的嵌固层定在-2层顶板, 结构设计人员在设计过程中对设计参数采取人为干预措施:调低地下室回填土的相对约束刚度 (本小区地面绿化率较高) , 以减少回填土对水平侧移的限制;同时加强层计算自地面起算, 并向下延伸至地下1层, 且应使-2层楼层剪切刚度应大于-1层楼层的剪切刚度。通过以上措施避免由于施工因素使结构在水平荷载作用下偏于不安全。整体计算时, 为方便建模, 可将各楼座与车库分开计算, 每个楼座计算应附带与其相连的1跨～2跨车库结构, 以考虑相邻跨车库梁板对各楼座独立计算时剪切刚度的提高。同时在构造上采取加强措施, 车库顶板、住宅首层楼板板厚均为180 mm, 采用双层双向配筋, 每层每个方向的配筋率不小于0.25%, 住宅与车库相连的外围墙配筋也考虑适当加强。经SATWE软件计算, 结果显示地上1层X, Y方向的楼层侧移刚度与地下1层相应侧移刚度的比值为RatX=0.30, RatY=0.32, 均小于0.5, 而地下2层的楼层侧移刚度与地下1层楼层侧移刚度相当, 满足规范的要求。
本工程设计中, 因小区道路需要, 且道路下敷设较多的市政管线, 车库顶板覆土需2 m左右, 因层高限制, 局部无法实现两侧车库。如果该位置车库层高与其他位置层高相同, 则造成该部位车库顶板覆土实际达3.4 m以上, 给车库设计带来巨大浪费。为此, 将该部位层高加大至6.0 m, 该部位顶板实际覆土2.1 m。此时, 车库顶板与主楼-2层顶板高差有1.3 m左右。为增强主楼的嵌固, 保证水平力的传递, 设计过程中, 在车库框架梁与主楼楼层增加斜撑, 做法如图1所示。
3 基础沉降差异的调整
根据地下室分段情况, 基本形成每段中心为高层落地剪力墙———周圈框架结构。结构自重差别很大, 持力层落于较好土层上时, 天然地基承载力对于框架部分基本能够满足承载力要求, 对于高层部分承载力则会明显不足。如何解决主楼与裙房基础之间的沉降差, 是基础设计的关键。通常可采用下面三种方法来处理:1) 主楼与裙房均采用沉降很小的桩基如嵌岩桩、长摩擦桩等;2) 主楼与裙房均采用有较大刚度的基础如箱基、筏基等;3) 主楼与裙房采用不同的基础形式, 同时采取必要的措施减少其沉降差。在条件具备的情况下 (如有坚硬的基岩且埋藏不深等) , 采用桩基方案的较多, 而且较成功。缺点是造价偏高。第2) 种方案常用于裙房尺寸较小 (指裙房的长宽尺寸小于整个大底盘尺寸的15%) 时的大底盘结构, 通过用有很大刚度的箱形基础、筏形基础, 同时考虑主楼应力扩散来解决主楼、裙房之间的沉降差, 因此构件尺寸通常很大, 造价高。在结构设计中, 还应注意考虑基础的偏心问题。第3) 种方案是最为经济的方法。采用该方法的前提是基础持力层及其下土层的压缩模量小、附近有较多的沉降观测资料及可靠的沉降计算。常采取下面措施:将主楼与裙房分别置于不同的土层上或采用不同的基础形式, 如使主楼的基础置于低压缩性土上, 采用箱形基础或筏形基础, 增大基础底面积, 加大基础埋深, 减少地基土的附加应力或采用桩基以减少主楼的沉降值;裙房的基础则尽可能用足地基土的地基承载力标准值以增大地基土的附加应力, 基础形式则尽可能采用柱下独立基础、条形基础、十字交叉梁基础, 尽量不做满堂基础, 以增加裙房的沉降值。最终使主楼、裙房沉降值接近。在房屋施工过程中, 则采用施工后浇带作为临时沉降缝, 主楼、裙房先后施工。待主楼结构基本完成、沉降基本稳定或达到一定值后, 再施工裙房, 并把两者连为一体, 使其后期沉降差小到容许值。如果该地区的高层建筑沉降有较多资料, 沉降计算可靠时, 也可将主楼、裙房的标高定为不同 (其差值为两者的计算沉降差) , 同时施工, 于裙房侧设后浇带, 待两部分沉降稳定后再连为一体 (但此法要求较高的计算精度) 。后浇带具体做法为:在裙房一侧留取800 mm～1 000 mm宽的后浇带, 带内钢筋以不断为宜。
本项目主楼采用钻孔灌注桩, 以中风化砂岩为桩端持力层, 桩长14 m～20 m, 单桩承载力特征值为3 100 kN。车库部分则采用柱下独立基础+防水底板, 支撑于粗砂层上, 地基承载力特征值260 kPa。因本项目地下水位较高, 如设置后浇带, 则基坑降水必须在后浇带混凝土浇筑完毕且达到设计强度后才能停止, 如此, 则降水周期相当长, 费用较高。根据建设单位要求, 为缩短基坑降水的周期, 降低工程降水造价, 本工程不设后浇带。为了加大裙房部分的沉降量, 基底反力用到300 kPa, 以减少与主楼的沉降差。通过计算, 采取以上措施后主楼与车库的沉降差几乎相同。目前该项目主楼与车库均已封顶, 地面回填土也已完毕, 从现场沉降监测情况看, 与设计预期基本一致, 车库顶板未见明显的有害裂缝。工程实践证明:只要满足一定条件, 采取一定措施, 大底盘结构是完全可行的。主楼与裙房不设缝后, 降低了造价, 减少了地下室渗漏的可能, 也有利于设备管道的铺设, 是一种值得推荐的结构形式。
4 结构超长的处理措施
本项目采取的处理措施有:1) 设置膨胀加强带, 后浇膨胀加强带宽度为2 m, 带两侧布置5 mm的密目钢丝网, 将带内外的混凝土分开, 防止带外混凝土浇筑时余浆流入带内。2) 基础、外墙及顶板混凝土采用低碱矿渣硅酸盐水泥, 并采用粉煤灰混凝土 (设计强度等级的龄期为60 d) , 加大碎石骨料用量, 降低水灰比, 有效降低混凝土养护时的水化热;3) 梁、板、外墙中均掺加抗裂纤维, 掺量为每立方混凝土0.9 kg;另外, 一定要加强混凝土的养护工作, 控制混凝土内外的温度差, 做好水冷降温等工作。
5 结语
本工程的结构设计工作, 克服了工程中的设计难点, 计算内力和变形等数据均能满足《建筑抗震设计规范》的要求, 结构施工图审查结果良好, 在土建造价、设计成本和设计周期控制等方面达到了很好的效果。目前该工程主体结构已经竣工验收合格。以上各个问题是个人在设计过程中的一点体会, 不妥之处请批评指正。
摘要：大底盘多塔结构形式广泛应用在小区设计中, 针对此类工程设计中的几个常见问题:如嵌固端的确定, 基础沉降差异的处理以及结构超长措施等提出了建议, 以推广大底盘多塔结构的应用。
关键词：大底盘,嵌固端,沉降差异,超长
参考文献
[1]JGJ 3-2002, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]GB 50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].
[3]郑星桃.高层建筑结构刚度浅析[J].山西建筑, 2008, 34 (5) :100-101.
大底盘建筑的设计处理 篇4
1 工程实例
江苏某高档住宅小区，一层大底盘地下室上4幢高层住宅，为便于分析比较，仅选取双向3跨非住宅范围地下室顶板为研究对象，柱网8.2 m×6.0 m，柱截面500 mm×600 mm，覆土1.5 m，车库顶板覆土荷载，考虑土中含水，取土与水重度为20 k N/m3，地下室顶板施工荷载为5 k N/m2，消防车荷载国家荷载规范要求不小于20 k N/m2;梁板钢筋均采用HRB400，对地下车库顶板结构布置采用以上两种方案，结构计算分析采用中国建筑科学研究院编PKPM软件。方案一:长向主梁截面500 mm×900 mm，短向主梁为400 mm×800 mm，板厚300 mm。经计算，板配筋长向为C14@200双向，短向为C16@200双向，另外支座处每跨长向附加负筋C14@200，短向支座处每跨附加负筋C16@200。结构布置、梁配筋见图1。方案二:主梁，柱子同方案一，增设十字次梁，梁截面300 mm×700 mm，板跨居中布置。根据GB 50108-2008地下工程防水技术规范4.1.7条，地下室顶板厚度取250 mm，经计算板配筋两个方向均为C12@200，结构布置、梁配筋见图2。
2 计算结果分析
2.1 工程造价
两种方案混凝土和钢筋用量比较见表1。
本研究区面积442.8 m2，由表1得出混凝土平均单方质量方案一为0.41 m3/m2，方案二为0.403 m3/m2;钢筋平均单方质量方案一为0.096 t/m2，方案二为0.070 t/m2，材料单价按本工程施工时期各项材料市场价格计算。其中普通钢筋综合单价6 500元/t，混凝土综合单价440元/m3，方案一单方造价为804元/m2，方案二单方造价为632元/m2，方案二比方案一造价可以节约21%，经济效益显著。
2.2 结构方案
1)结构抗震性能。
结构是作为一个各种构件所组成的整体系统来受力的，结构冗余度对结构的延性能力影响很大，延性在结构的抗震中起着关键作用，在罕遇地震作用下，结构承载力储备难以满足时，通过变形能力储备，利用延性来耗散地震输入的能量，避免罕遇地震下结构的倒塌破坏。从抗震性能来看，显然十字形次梁布置方案更符合抗震概念设计的要求，具有较多的结构冗余度，良好的延性，结构体系更加合理。
2)地下室抗浮。
该工程由于地下水位较高，因此存在抗浮问题。增加地下室重量是解决抗浮问题的一个直接有效的办法。抗浮荷载主要有土重、地下室顶板、底板、梁、柱等结构自重，方案一:抗浮荷载为便于比较不考虑地下室底板及柱子G1=1.5×10×442.8+(49.11+132.84)×25=11 190.75 k N，方案二:G2=1.5×10×442.8+(49.11+132.84)×25=11 103 k N。方案二比方案一抗浮荷载减少87.75 k N，仅减少约0.8%，主要是因为地下室顶板结构自重相比覆土来说所占比重较小，因此抗浮荷载重量方案一、二相当。
2.3 施工
方案二较方案一梁总数较多，方案一模板需要674 m2，十字形次梁布置方案模板需要792 m2，模板减少17.5%，很显然无次梁的主梁布置方案施工方便，对工期较紧的工程来说这种方案有较大的优势，同时无次梁的主梁布置方案也有利于消防喷淋管线的布设。
3 设计总结
对一般情况下覆土1.5 m，考虑消防车荷载的地下车库顶板而言，十字形次梁布置方案比无次梁的主梁布置方案有良好的经济性和结构性能。比较发现，本工程主要是无次梁的主梁布置方案板的配筋较十字形次梁布置方案大很多，才导致其造价增多，如果覆土较浅，活荷载也较小的情况下，方案一板的配筋会大幅减少，采用无次梁的主梁布置方案在控制经济性和施工进度方面是有意义的。
因此，对一般工程而言根据地下室顶板规模、荷载情况等方面进行综合比选是有必要的。
摘要：对大底盘地下室顶板在结构设计中的两种常见做法,从设计、施工、经济三个方面结合实例进行了比较,从而得出对一般的车库顶板而言十字形次梁布置方案比无次梁的主梁布置方案有良好的经济性和结构性能,而无次梁的主梁布置方案在施工进度方面具有一定的优势的结论。
关键词：车库顶板,结构冗余度,十字形次梁
参考文献
[1]GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S].
[2]叶列平,曲哲,陆新征.提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思路与方法[J].建筑结构学报,2008,29(4):42-50.
[3]GB 50108-2008,地下工程防水技术规范[S].
[4]GB 50009-2001,建筑结构荷载规范(2006版)[S].
大底盘建筑的设计处理 篇5
高层建筑的施工时, 建筑的质量很大程度上取决于建筑结构的设计, 特别是大底盘多塔连体复杂体型高层建筑结构设计时, 涉及到的内容有地下室设计、基础设计等等, 一旦有一个环节出现问题, 则会影响到建筑的质量, 所以, 做好建筑结构设计有着十分重要的意义。
2 高层建筑结构大底盘多塔结构设计体系概述
2.1 大底盘多塔结构特点
2.1.1 大底盘与上部多塔变形的协调性
一般位于大底盘多塔结构底部的大底盘会被用作商用, 而上部则作为住宅或者其他用处, 所以上部的多塔部分一般会在大底盘的顶部出现内收的情况, 平面刚度则会发生突变。此外, 由于多塔部分一般为剪力墙, 因此, 大底盘部分要对墙体进行加厚, 或者增加墙的数量, 防止出现竖向的刚度突变。为了确保大底盘跟各塔之间的变形相互协调, 则需要将结构转换层设置在大底盘的顶层, 并将大底盘的顶板当作是多塔结构的嵌固端。在布置大底盘顶层楼板钢筋时, 要进行通长布置, 并同时考虑到温度、收缩以及刚度的实际需求。
2.1.2 综合体结构类型多样性
大底盘的多塔高层建筑的结构类型多种多样, 常见的多塔结构有带缝多塔结构、无裙房多塔结构、复杂多塔结构。双塔连体结构跟大底盘多塔半结构之间存在着一定的区别, 前者需要轴线对称, 或者基本对称即可, 而大底盘多塔高层建筑结构对于对称的要求则更高, 比较的独特, 一般会体现在建筑结构的功能以及设计者的理念上, 因此, 进行底盘多塔高层建筑结构以及动力性能设计时要严格要求。
2.1.3 大底盘、多塔间竖向构件不规则性
大底盘建筑结构的多塔部分出现内收时, 结构竖向刚度会发生变化, 导致结构有薄弱的部位出现, 因而设计建筑结构时, 要注意加强此部的结构。多塔结构振型较为复杂, 且质量和刚度的分布都不够均匀, 因而各塔楼结构的平面布置以及结构的类型尽可能的保持一致, 减小综合体质心和刚心之间的距离, 以减小结构扭转的效应。进行抗震设计时, 由于塔楼层高较低, 易于发生结构竖向刚度的突变, 形成薄弱的部位, 因而不宜在底盘屋面的塔楼内设置带转换层。同时, 还要注意多塔裙房链之间连接的屋面梁的加强, 各塔楼跟裙房连接的部位的外围柱以及剪力墙从固定端至裙房屋面上一层的高度范围内要特别的加强, 即适当的提高柱纵向钢筋的最小配筋率, 柱箍筋在裙楼屋面上、下层的范围内全高加密, 剪力墙宜按规范设置约束边缘构件。
2.2 大底盘多塔高层建筑结构设计分类
设计大底盘多塔高层建筑时, 一般将建筑结构分为两种类型: (1) 上部多塔楼的嵌固端以大底盘结构顶层楼板为主, 此结构一般以带有地下停车位的住宅小区为主。 (2) 不将大底盘作为上部多塔结构的嵌固端。此结构一般会当作是商用楼, 这也是较多的地下车库或者商业建筑在设计好大底盘顶层后, 会在上部开设抗震缝, 并将其设计成多塔楼。
3 高层建筑大底盘多塔结构设计的要点
3.1 做好基础设计
3.1.1 确定好桩型和桩端持力层
设计基础时, 要先确定好桩型以及桩端的持力层, 一般使用的钻孔灌注桩的直径要大, 并将中风化岩当作桩端的持力层, 当桩端的持力层超过钻孔灌注桩的直径时, 则可以在桩端进行压密注浆, 可以减少桩端持力层不同而出现的差异沉降。桩径根据其荷载的大小, 桩的受力类型以及沉降进行计算分析, 一般使用∮800、∮1000和∮1200大直径的钻孔灌注桩, 桩身使用的混凝土强度等级为C30, 抗拔桩通长配筋。
3.1.2 设计基础底板
进行基础底板设计时, 塔楼主要使用筏形平板式为2.3m, 其余的部分均使用柱下独立承台作为基础塔楼筏形平板式基础与柱下独立承台基础, 以及独立承台相互之间设地梁纵横连接, 同时配以基础底板。为了能够减少混凝土收缩的应力以及温度应力, 地下室底板以及顶板则使用C35补偿收缩性混凝土, 可以适当的提高配筋率, 并将7条通长后浇带设置荷载差异较大的部位, 完成主体设计后要进行封闭, 减少不均匀沉降带来的附加应力。塔楼的筏形平板则采用“弹性支座板法”进行计算和分析。
3.1.3 设计超长地下室结构
设计地下室较长且深度较深的高层建筑结构时, 此类结构竖向的荷载相对较小, 因而要与工程的实际情况进行结合, 施工时可以使用“一桩三用”的施工方式进行, 而“一桩三用”一般是指利用基坑围护桩, 不同的极端使用不同的施工方法, 即人防地下室外墙、受力工程桩、基坑围护, 经济效益极其显著。设计地下室塔楼的核心筒时, 要注意核心筒墙体会有大量的风、水和电气管道穿越, 为了确保结构的安全以及设计的合理性, 则需要综合布置各种管道, 并专门的布置核心筒的削弱部位, 做好增强设计。
3.2 结构设计的要点
3.2.1 大底盘与上部多塔结构沉降差异
一旦大底盘高层建筑的地基出现不均匀的沉降, 则相关技术人员要立即进行处理, 具体可以采取以下几点措施:
(1) 对主楼基础进行强化, 对裙房基础进行弱化
在不设置永久沉降缝的前提下, 由于主楼和裙房之间的荷载差异较大, 所以要对刚度进行调平, 使用不同的基础形式, 对主楼跟裙房之间的沉降差进行调节, 减小基础出现不均匀沉降的程度, 以便实现安全经济的设计目标。
(2) 设置沉降缝
可以在主楼以及裙房的交接部位设置一道永久的沉降缝, 并分开主楼和裙楼, 使其独立, 更好地消除主楼以及裙房发生不均匀沉降时产生的沉降差, 但此做法必定会对建筑的里面效果产生影响, 并影响到建筑的防水以及基础施工, 使得工程的成本有所增加。
(3) 设置沉降后浇带
按照《高层建筑混凝土结构技术规程》的相关要求标准, 可以每隔30~40m进行沉降后浇带的设置, 一般后浇带的宽度为0.8~1.0m, 后浇带会贯通顶板、底部以及墙板, 通常在柱距三等分的中间部位设置后浇带, 同时增设附加的防水层。与此同时, 要尽可能避开楼层楼梯、洞口, 而在实际施工中由于设置沉降缝会影响到地下空间的使用功能, 则不予使用设置沉降缝。后浇带施工耗费的时间较长, 耗费多, 施工难度高, 却不会影响到地下空间的使用功能, 所以此方法的应用范围还比较广泛。
3.2.2 大底盘多塔结构计算方法分析
设计大底盘多塔结构计算时, 分析的难点在于大底盘多塔结构较为复杂, 受力特点跟一般的高层结构相比要复杂的多, 所以要对多塔之间的变形影响进行充分考虑, 一般应先对单塔的刚度指标进行单独的分析, 而对于刚度较为相近的单塔可以组合建模分析, 刚度差异较大的单塔则需要分开进行计算, 防止计算软件失真而导致结构出现安全隐患。
(1) 大底盘结构的分类
建筑的使用功能不同, 布置大底盘结构也不同, 常见的集中大底盘结构如下所述:
(1) 带裙房的大底盘多塔结构, 其主要包含有大底盘、上部多塔以及附属裙房部分。
(2) 不带裙房的大底盘多塔结构其主要包含有大底盘、上部多塔。
(3) 带缝大底盘多塔结构其主要包含大底盘、上部多塔, 同时附属多塔间设缝, 各结构单元要保持相互独立。
(4) 复杂大底盘多塔结构其主要包含有大底盘、上部多塔, 带转换层或与其他结构类型相互结合。
(2) 大底盘多塔结构体型分类
(1) 紧凑型
所谓的紧凑型主要是指多塔跟多塔结构之间间隔的距离较小, 向下分隔时按照45°进行划分, 并且各自塔的45°线之间会相互交叉, 具体见图1。
(2) 分散型
分散型主要指多塔跟多塔之间间隔的距离较大, 向下分隔时按照45°进行划分, 并且各自塔的45°线之间不会出现交叉, 具体见图2。
(3) 大底盘多塔结构建模分类
(1) 离散模型
可以将带缝的大底盘多塔结构进行多塔分列, 并对各塔进行分割, 分割时要从大底盘的顶面沿45°线方向进行斜切, 并与结构底板处进行相交, 45°线范围内为独立模型, 并切除其余部分。
(2) 整体模型
对于紧凑型的大底盘多塔结构而言, 其顶面的结构会内收, 并且45°线相互交叉, 特别是受到地震作用后, 在地震作用下, 各塔与各塔之间会产生相互作用, 因此利用分散型大底盘多塔结构进行建模时则不跟实际的受力情况相符, 此时要按照相关的规范要求, 补充其他的计算方法, 比如静力弹塑性分析、动力时程分析。
4 结语
总而言之, 大底盘多塔高层建筑结构的功能多且复杂, 对于建筑设计的要求较高, 因此, 设计此类建筑结构前要全面的进行考量, 不但要严把质量管, 还要加强管理设计过程中的每一个细节性的问题, 确保大底盘多塔高层建筑设计更具有合理性、规范性和经济性。
参考文献
[1]唐芳.大底盘多塔连体复杂体型高层建筑结构设计[J].城市建设理论研究, 2014 (15) :36.
[2]韩晓飞, 骆伟.大底盘多塔连体复杂体型高层建筑结构设计[J].城市建筑, 2015 (6) :62.
大底盘大孔口高层建筑结构研究综述 篇6
1 大底盘大孔口高层建筑结构概述
目前出现的大底盘大孔口高层建筑结构各部分构成主要为:
1)大底盘[2]:一般从1层～5层不等,其结构形式有时与上部塔楼相同,有时会通过转换层转换成另一种结构形式。对第一种情况,往往是建筑的使用功能上下比较一致,所以不需要在底部改变柱网尺寸和结构形式。此时大底盘的刚度往往也会比上部结构大,在大底盘顶部形成刚度突变,于抗震不利,设计时要对大底盘顶部1层～2层进行加强。第二种情况是当上部需要小开间布置以满足宾馆和住宅的功能要求,而下部需要大开间的空间以4 结语满足商场、大堂、办公等公用设施的功能要求时,则需要将上部小开间的结构转换成大开间,要求柱网大、墙体尽量少,以满足使用功能的要求。此时下部的刚度可能就会比上部小,形成上刚下柔的结构,形成不利于抗震的结构体系。设计时必须加强大底盘部分的抗侧力构件的设计,保证上下刚度比控制在规范要求的范围内。2)塔楼[3]:正如单体结构按材料分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢—钢筋混凝土组合结构一样,塔楼常采用的结构形式基本上是框架结构、剪力墙结构、框筒结构、筒体结构等,并且可以概括地分为剪切型、弯曲型和弯剪型。3)连接体[4]:连接体包括多层楼盖,且连接体结构刚度足够,能将主体结构连接为整体协调受力、变形。连接体的宽度与主体结构的宽度相等或者接近,与塔楼整体协调,共同受力。此时,连接体除承受重力荷载外,主要是协调连接体两端的变形及振动所产生的作用效应。
2 大底盘大孔口高层建筑结构应用状况
表1是国内外一些典型的大底盘多塔楼建筑结构的概况[4]。
3 大底盘大孔口高层建筑结构的研究现状
3.1 大底盘大孔口高层建筑结构的计算模型
用于一般高层建筑结构整体分析的常用计算模型一般来说有平面模型、空间协同模型、三维空间分析模型、全三维有限元模型等[5],而对于大底盘高层建筑结构,近些年来,国内也有一些学者分别提出了几种分析模型。概括起来,有下面几种具有代表性的分析模型[1]。
1)串并联质点系层模型。
该模型对结构各楼层仅考虑两个正交水平方向上的自由度,不考虑结构的扭转自由度。将大底盘和上部结构划分为子结构,每个子结构是弯扭耦联的;底部结构和上部各子结构串联在一起,也是耦联的;上部子结构又并联在一起,也是耦联的。该模型不能给出结构中的平扭振动。
2)串并联刚片系层模型。
在大底盘大孔口结构中引入分块无限刚假设后,形成几个并联的串联刚片系,与其底盘的串联刚片系通过主从节点连接。在这种动力模型中,每个刚片具有x,y,z三个自由度,楼层的质量集中于刚片的质心,各楼层的侧向刚度矩阵是引入刚性楼板假定后通过总刚凝聚而成的。
3)考虑楼板变形的串并联刚片系层模型。
当底盘由于开孔或平面变化使得塔楼平面内刚度较弱或因塔楼间距较大而必须考虑底盘楼盖的平面内变形的影响时,应将塔楼间底盘的楼盖视为弹性板,此模型可称为带弹簧的串并联刚片系层模型。
4)三维空间动力分析模型。
三维空间动力分析模型又分为全三维动力模型和协同三维动力模型。全三维动力模型是将楼板视为弹性板,不加任何人为的位移约束,这种方法可以反映所有单元的全部自由度的影响。这种模型一般用于体型特别复杂,没有一般楼层概念的结构,如体育馆、剧院等。较常用的是协同三维模型,该模型按多个刚性平面块假设将塔楼分块,各块平面内刚度无穷大,块与块之间可用弹性单元连接。动力刚度矩阵采用静力总刚,协同三维模型比全三维模型的结构自由度大大降低。
5)分段连续化的串联组模型。
在此模型中,将大底盘、上部塔楼分别简化为若干个均匀连续化的子结构,并假定每个子结构内的物理和几何参数保持不变,沿高度方向各子结构彼此串联,沿横向各塔楼子结构通过底盘并联在一起。
3.2 大底盘大孔口高层建筑结构的分析计算方法
1)常微分方程求解器法。
20世纪90年代,以包世华为代表的学者采用常微分方程求解器COLSYS解法[6]在此领域展开了较为深入的研究,他们用沿高度方向分段连续化的方法,对底部为大底盘、上部为开有贯穿大孔口的高层建筑结构,建立一个分段连续的串并联模型,用常微分方程求解器COLSYS求解,静力和二阶分析时求其位移和内力,整体稳定分析时讨论临界荷载的变化规律,动力特性分析时求解其自振频率及相应的振型并讨论其振动的特性。为复杂结构设计、二阶和整体稳定分析及用于设计的动力计算提供了一种简化的通用的算法。并用这种方法计算所得到的结果提出了相关的对工程设计和计算理论有益的许多结论[7,8,9,10,11]。
2)空间结构分析法。
该方法属于矩阵位移法范畴,随着国内高层建筑复杂体型结构增多,由协同工作分析法发展而来。此法以空间杆件为单元,以结点位移(三个线位移,三个角位移;对薄壁杆结点还多一个翘曲位移)为基本未知量,按空间杆结构建立平衡方程求解。一些学者采用此法分析研究了大底盘高层建筑结构[12,13]。空间杆系分析方法较少且受形状、体系限制,应用面广,但未知量极多,要求大型高速计算机。为便于在工程中的应用,仍采用楼板平面内无限刚的假设,用楼面公共自由度代替层各结点相应自由度,可减少未知数30%以上。
3)有限元法。
由于大底盘高层建筑结构功能上的多种要求,而且结构的平面布置和竖向体型相应也不规则,对结构的分析工作提出了更高的要求。一些学者和专业技术人员采用有限元法,对工程设计和计算理论进行了相关的研究[14,15]。这种方法的基本原理是将高层建筑结构离散为弹性力学的平面单元、墙元、板元和杆元的组合结构,组成未知数更多的大型方程组求解,从而得到更细致、更精确的应力分布。
4 大底盘大孔口高层建筑结构的研究前瞻
过去由于受计算软件程序发展的制约,对这种结构形式通常只能先对其进行简化。现在我们有了一系列的软件来解决此问题,故有关大底盘大孔口高层建筑结构受力分析及特点方面的研究越来越受到人们的关注。大底盘大孔口结构振型复杂,合理估算所需计算振型数,能够较好的协调计算效率与计算精度的关系。对于结构振动模型和计算模型的建立这一研究方向亦成为热门。
摘要：介绍了大底盘大孔口高层建筑结构的各组成部分,并对国内外该结构的应用情况进行了总结,重点分析了现阶段该结构的研究状况,对大底盘大孔口高层建筑结构的研究进行了前瞻,以推广大底盘大孔口高层建筑结构的应用。
