第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 某大底盘多塔超高层结构设计与分析 宋玉楚，姚远，张守峰，李雪，刘璐，许泽瑶 （中国建筑设计研究院，北京，100044） 摘要：本文结合一个大底盘多塔超高层住宅项目的结构设计过程，讨论了根据建筑功能和高度选用合理结构形式 的办法.
通过对整体模型和分塔模型的包络计算分析，探讨了不同结构形式的塔楼在地震和风荷载作用下的主要 控制因素.
根据大底盘多塔结构的特点，罗列了对此类结构形式常见的几个间题的解决措施.
关键词：超高层，大底盘，多塔，整体计算 1工程概况 某综合性超高层住宅及公寓项目位于湖南省长沙市.
项目总建筑面积31万m，由7栋超高层塔楼，1 栋多层商业楼及大底盘裙房组成”，见图1、图2.
主要功能为住宅、车库、商业和养老配套.
典型剖面见图3.裙房地上共1层称GF层，结构高度4.5m，其上有覆土1.5m：地下为1层，层高3.8m.
地上塔楼1#、2#、3#、5#、6#、7#楼为超高层住宅，其中1#、2#、6#、7#、3#楼左侧单元和5#楼右侧单 元楼地上共GF45层，结构高度为138.8m，3#楼右侧单元和5#左侧单元地上共GF30层，结构高度95.3m： 4#楼为公寓，地上GF45层，结构高度147.6m：8#楼为公寓，地上GF36层，结构高度119.7m.
9#楼为 配套公建，地上GF5层，结构高度23.6m，本工程各塔楼均未超过A级高度.
从综合经济效益考虑，本工 程除4#楼外，其余6栋高层塔楼与1栋多层商业楼与裙房之间未设置变形缝，通过裙房连成一个整体，形 成大底盘多塔结构.
大底盘南北向长230m，东西向长180m，在中间部位正负零以上沿东西向设缝断开， 将大底盘分成南北两部分.
设缝后，结构最长长度为180m.
本工程建筑结构安全等级为二级，设计使用年限为50年.
抗震设防烈度为6度，抗震设防类别为丙 类，设计基本地址加速度0.05g，设计地震分组第一组.
建筑场地类别ⅡI类，特征周期0.35s.
基本风压 0.35kN/m（50年重现期），地面粗糙类别C类.
图1整体乌瞰图 图2平面规划图 作者简介：宋玉楚（1986一），男，硕士，工程师
图3典型剖面图 2结构体系与结构布置 2.1塔楼与车库结构体系 根据建筑功能特点和超高层结构几种方案综合比较，塔楼1#、2#、3#、5#、6#、7#楼采用剪力墙结 构，剪力墙优先布置在楼电梯间、分户墙和建筑外墙，尽量避免布置短肢剪力墙而形成短肢剪力墙结构.
通过与建筑专业协调，进行了优化布置，使剪力墙全部落地.
4#采用框架核心简结构，8#楼采用框架 剪力墙结构，利用楼梯间、电梯间等竖向交通盒及设备管井组合成筒体布置或布置竖向落地剪力墙，并控 制框架部分承受倾覆力矩的比例.
9#楼采用框架结构.
地下车库及裙房采用框架结构，考虑到南区地下部分为人防区，且地上GF层顶板上有1.5m厚的覆土， 为充分利用板的性能，减小应力集中，采用不设次梁的大板结构.
2.2主要结构构件尺寸及材料 地下室顶板为上部结构嵌固端.
人防区域主梁截面尺寸为400X900，楼板厚度250：非人防区域主梁 尺寸300X600，楼板厚度200mm-GF层顶板主梁截面尺寸为400X1000，楼板采用预应力实心楼板，板厚350.
塔楼的楼面及屋面均采用现浇钢筋混凝土梁板结构.
综合考虑建筑功能灵活性、可改造性及施工方便 等因素，结构布置时尽量减少次梁布置，楼板采用整间大板，轻质隔墙直接砌筑在大板上，为后期灵活分 割提供便利.
主梁截面尺寸为200X400~300×600，板厚100~160，屋面板厚120.
剪力墙结构住宅的剪力墙厚度为350mm~200mm，1#结构平面图见图4.4#楼公寓框架柱截面尺寸2200mm ×700mm~2100mm×500mm，剪力墙厚度700mm~200mm，结构平面图见图5.
8#公寓框架柱截面尺寸1100mm ×900mm~800mm×800mm，剪力墙尺寸450mm~200mm，结构平面图见图6.
9#楼框架柱截面尺寸800mm× 600mm~500mm× 500mm.
2 809 图41#楼结构平面图
图54#楼结构平面图 图68#楼结构平面图 受轴压比限制，住宅楼及公寓楼底部剪力墙、框架柱的混凝土强度等级达到C60，从下向上逐步减小 至C30，梁、板混凝土强度等级为C30.
现场浇筑时，由于底部竖向构件与水平构件强度等级不同，需采 取相应施工措施，见图7.
楼板或梁 剪力场 迅变土派度等级同场身 图7竖向构件与水平构件施工措施 3基础设计 场地属湘江及浏阳河1级冲积阶地，地形较为平坦，地表标高多介于35.4~37.7m间.
根据地勘报告， 场地自上而下图层依次是杂填土、粉质粘土、粉砂、圆砾、强风化泥质砂岩或强风化板岩，中风化泥质砂 岩或中风化板岩.
地勘报告给出抗浮水位设计标高32.5m.
本工程正负零标高相对于绝对标高33.1m.
本工程塔楼属于超高层建筑，荷载较大，对地基强度和变形要求严格.
结合工程特点和地质情况，剪 力墙住宅楼、4#、8#楼采用桩筏基础，桩为旋挖孔灌注桩.
剪力墙住宅楼以1#楼为例，桩径800mm，单桩 承载力特征值4500kN，持力层为中风化泥质砂岩或中风化板岩，筏板厚2300mm，基础埋深7.8m：4#桩径 1100mm，单桩承载力特征值9900kN，持力层为中风化泥质砂岩或中风化板岩，筏板厚2800mm，基础埋深 8.4m：8#楼桩径1100mm，单桩承载力特征值9000kN，持力层为中风化泥质砂岩或中风化板岩，筏板厚2300mm， 基础埋深6.7m.
桩与筏板的混凝土强度等级均为C35.
车库采用桩基础加防水板的结构形式，桩采用预应力混凝土管桩，桩径400mm，单桩承载力特征值 1400kN，持力层为强风化泥质砂岩或强风化板岩，承台多为四桩承台，厚1000mm，防水板厚400m.
4计算结果 4.1抗震等级 1#、2#、3#、5#、6#、7#楼剪力墙结构，抗震等级（包含抗震措施的抗震等级和抗震构造措施的抗震
等级，下同）为三级：4#楼框架核心筒结构，框架抗震等级为三级，核心筒抗震等级为二级：8#楼框架剪 力墙结构，框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为三级.
9#楼框架结构，抗震等级为四级.
与各塔楼连 房和地下车库框架结构的抗震等级为四级.
4.2计算模型（以南区为例） 本工程采用采用盈建科软件（ver.1.5.2.1）对整体模型（南区）和带“相关范围”分塔模型（以1#， 8#为例）进行对比计算，见图8~10，分别考察结构的计算指标.
结构嵌固端取在土0.000处，计算中考虑 了扭转耦联的影响.
配筋时，按整体和分塔模型结果，并结合SATWE软件计算结果进行包络设计.
振型数 按满足质量参与系数之和达到90%的要求，由程序自动确定，最终算得振型数为113个.
图8南区整体计算模型 图91#楼计算模型 图108#楼计算模型 4.3计算结果 南区整体计算模型结果见表1，分塔计算结果见表2.为对比结果，表2将北区4#公寓楼结果也罗列 出来.
由结果可知，整体模型周期比0.63，满足规范要求.
1#楼风荷载作用下最大层间位移角大于地震作 用，风荷载起控制作用.
4#、8#楼地震作用下最大层间位移角大于风荷载作用，地震作用起控制作用.
8# 楼X向位移比超过规范限值，为本楼仅有的一项不规则项.
表1南区整体模型计算结果 阵型号 周期（s） 平动系数 扭转系数 1 4.77 1.00 0.00 2 4.73 1.00 0.00 3 4.72 1.00 0.00 4 4. 70 1.00 0.00 5 4.27 0.83 0.17 6 4.00 1.00 0.00 7 3. 94 1.00 0.00 8 3. 92 1.00 0.00 9 3.89 1.00 0.00 10 3.55 0.95 0.05 11 3.00 0.00 1. 00
表2分塔结构计算结果 计算结果 1#楼 8#楼 错楼 规范要求 第一扭转周期/ 第一平动周期 3. 00/4. 41=0. 68 3. 08/4. 12=0. 75 3. 57/5. 7=0. 63 ≤0.9 地震时最大层间位移角 1/1430 1/1818 1/1054 1/832 1/1589 1/1087 ≤1/1000(1#) D./h D./h ≤1/800（4#、8#) 风荷载作用下最大层间 1/1814 1/1411 1/2020 1/1224 1/2419 1/1144 ≤1/1000（1#) 位移角D/h，D/h ≤1/800（4#、8#) 最大层间位移与平均层 间位移比D/D.D./D. 1. 09 1.23 1. 68 1.34 1. 22 1. 14 ≤1.4 5几个设计关键点 5.1塔楼偏置问题 由于整个小区规划属于围合式布局，住宅和公寓围绕中心绿地布置，加之通过抗震缝的合理划分， 通过计算，项目北区塔楼综合质心与大底盘质心之间的距离为大底盘相应边长的7%，见图11，南区塔楼 综合质心与大底盘质心之间的距离为大底盘相应边长10%，见图12，均小于规范20%的限制，故不属于塔楼 偏置结构.
图11北区质心距计算 图12南区质心距计算 5.2抗浮问题 本工程抗浮设计水位较高，水位在正负零以下0.6m，为满足车库部分的抗浮要求，应尽量将车库部分 基础底标高提高，从而降低水头.
车库地下共1层，若要提高基础底标高，层高应尽量压缩到最低，经与 其他专业多轮协调，最终确定的层高为3.8m.
同时配合室外景观绿化工程，在GF层顶板做绿化覆土1.5m， 增加了整体重量.
经计算，按此布置满足抗浮设计要求，不需要设置抗拔桩.
同时要注意，基础防水板要 计入水浮力进行设计.
5.3不均匀沉降问题 大底盘多塔结构由于塔楼和大底盘之间不设缝，带来的经济效益显著”，但可能带来的不均匀沉降也 是重点关注问题.
本项目塔楼和大底盘区域的桩，因承载力特征值要求，根据计算均打入稳定的岩石层， 可认为塔楼与大底盘的沉降量均较小，相互之间不存在不均匀沉降问题.
