大底盘多塔楼高层建筑结构的设计分析

发表时间:2020/6/19   来源:《建筑实践》2020年5期   作者:马强
[导读] 高层建筑极大的提升了土地使用效率,大底盘多塔结构则在高层建筑的基础之上进一步提升了建筑的空间利用效率

        摘要:高层建筑极大的提升了土地使用效率,大底盘多塔结构则在高层建筑的基础之上进一步提升了建筑的空间利用效率,丰富了建筑的功能,提升了工程建设的经济效益。但是,这一结构的使用也增加了工程设计的难度,设计人员在工作过程中需要考虑建筑结构中振动等因素对稳定性的影响,确保建筑结构的质量。
        关键词:高层建筑;大底盘;多塔结构;设计
         引言:
         随着社会的不断前进发展,城市的建设己达到饱和的状态,为了节约建设用地,扩大绿色空间,每个城市的建设往往以高层建筑为主,同时现以高层建筑来衡量各地区经济发展的一项重要指标,大底盘多塔高层结构就是这一纪元的结晶,因为大底盘多塔结构形式具有复杂性,且强震作用后破坏的严重性,则对其进行抗震性能分析是很有必要的。
         1大底盘多塔概述
         随着社会的不断前进发展,城市的建设己达到饱和的状态,为了节约建设用地扩大绿色空间,每个城市的建设往往以高层建设为主,同时以高层建筑来权衡各地区经济进步的一项重要因素。由于人们生活质量的逐年提高,普通的高层结构己满足不了人们现在的生活需求,于是研究人员提出了大底盘多塔高层结构的思想。此种结构下面通常是几层的裙房,裙房常被商业所用,裙房以上是由不同数量的塔楼构成,一般为办公、住宅等所用。此种结构的造型千差万别,有效的提高了建设用地利用率和空间资源,也较大程度上满足了人们对美好生活的追求。
         1.1大底盘
         对于建筑外观而言,建筑物的使用功能通常较类似,一般情况下塔楼的竖向受力构件(柱、抗震墙等)从基础到结构顶部是贯通连续的,所以上部结构塔楼的整体刚度要小于下部底盘的,此类建筑有较好的防震性能,但两者之间的衔接处在抗震性能分析时易出现刚度变化较大的问题,于是规范要求了在塔楼与大底盘的连接处要升高设置一至两层的底部加强区的抗震措施。对于建筑结构而言,为满足人们的需求,通常把上部结构设计成小开间的形式,而把大底盘结构通常设计为大开间的形式,两者的连接部位通常设置转换层,那么两者的竖向构件是断开的。设计大底盘双塔结构时,应尽量增大底部大底盘的抗侧移刚度,满足规范对上下部结构的刚度比要求。
         1.2塔楼
         (1)塔楼的建筑材料:塔楼结构所用的构筑材料通常与普通结构所用构筑材料相同。
         (2)塔楼的结构形式:上部结构塔楼的结构形式与普通单体结构的结构形式相同,根据其结构形式,可分为框架塔楼、框架剪力墙塔楼、框架核心筒塔楼、板柱剪力墙塔楼、筒中筒结构塔楼等。
         (3)塔楼数量:高层结构在早期时单体结构居多,随着建筑用地的减少,同时人们意识到节约结构空间的思想,现如今双塔或多塔结构日益涌现,整体结构中塔楼的数量也逐渐增多。
         (4)塔楼的对称性:根据塔楼的对称性,可将体系分为对称体系和非对称体系,前者又可分为双轴对称体系和单轴对称体系,当塔楼对称时要求其刚度、截面、材料等均对称。
         1.3连接体
         连接体作为大底盘塔楼结构必不可少的构件,其形式具有多样性,连接体的数量可不相同,可以为一个连接体,可以设置多个连接体,连接体的位置也具有多样性,可以设置在塔楼的顶部、中部以及底部。
         2多塔结构设计中存在的问题
         多塔结构由于不能准确的计算各塔的周期、振型,所以总体周期比无实际参考意义,不能体现塔楼的扭转效应。
         大底盘楼面处于水平方向的拉弯和压弯的复杂受力状态,因此对多塔大底盘结构楼面及上下各层的概念设计非常重要,以确保该部分的结构安全。
         随看楼层高度的增加,加速度响应是逐渐提高的。按反应谱法计算时,需放大顶部楼层的地震力。
         3大底盘多塔结构设计探索
         近年来,地震动产生的灾患己给人们带来惨重的人员伤亡和不计其数的经济损失,随着都市的发展,人口密集度大逐年增长,大震作用下给人们带来的损害越发严重。设计人员为了避防地震造成损失进行了大量的实验与理论研究,最大程度的加强结构的安全性能。以往的传统设计为了保证结构构件的刚度、强度加大构件截面尺寸以及配筋。由于地震具有随机性和不可预测性,当地震来临时可能会造成不可预计的损害。


         3.1消能减震结构
         消能减震措施是通过在体系上的合理位置增加阻尼构件,阻尼构件可吸收地震在体系上产生的能量,从而使得体系具有较强防震等级,体系达到减震防震的目标。
         (1)安全性
         传统意义上的结构抗震是在地震作用下,地震产生的能量通过结构自身的主要承重构件来抵抗的,这种情况下,结构的主要承重构件会产生不等程度的影响,因此结构自己的安全性能不能得到很好的保障。消能减震体系在地动作用下,是经过在结构合理位置上设置非承重装置阻尼器,当地动发生时此类构件可以在一定程度上消耗地动产生的能量,并且此装置不承受任何载荷,不会影响体系安全性能。
         (2)经济性
         传统的结构抗震是经过加大体系构件截面的尺寸以及配筋等方法来实现的,这样就会加大工程的造价。而消能减震装置不需要加大结构构件截面的尺寸或配筋,就能实现消耗在地震作用的产生的能量,相反在结构上增加消能减震装置还可以在一定程度上减小构件的截面尺寸或者配筋,因此消能减震装置是相对比较经济的。
         (3)技术合理性
         现实生活中,体系的刚度越大,地动作用也会跟着增大。传统意义上的结构抗震措施其中之一就是增大结构的刚度,因此传统方法是不理想的。而消能减震装置通过耗能构件来损耗地震产生的能量,很大程度上能够保证体系的安全性,所以该项措施是相对较为合理的。
         3.2粘弹性阻尼器
         粘弹性阻尼器是由具有应变滞后于应力特性的化合物材料制成,这些高分子聚合物材料如丙烯类、二烯类、沥青类、苯乙烯类等,把具有一定厚度的粘弹性材料叠层在一起夹在钢板的中间,粘弹性材料随约束钢板反复运动。
         4连接体的选择
         4.1半刚性连接体
         对于面积大、连接面宽、连接体高度大的连接体,从建筑和机电运营角度来说,连接支座不具备滑移条件,因此采用整层高析架将侧塔楼直接连为一体。而基于以上特点,拟减弱连接体刚度,进而减小连接体对塔楼周边构件的影响和弦杆支座局部弯矩,优化连接体析架杆件截面,达到较好的经济性能。
         4.2滑动连接
         对于各栋塔楼之间质量和刚度都比较小的连桥来说,高度较低,在中、大震下,支座滑移量相对较小。因此,有条件采用滑动连接的方式减小连桥对主体结构的影响,并进一步按照单塔分析结果进行结构设计。弱连接支座设计可以很好地释放结构间内力响应,但其代价是随之而来较大的支座位移响应,并且超过一定限度(支座破坏),势必威胁结构的安全,因此在对支座位移进行释放的同时也要对其位移进行控制。罕遇地震作用下滑动支座的最大位移,应小于支座的最大容许位移,同时应小于连桥结构与主塔楼结构防震缝的设置宽度。
         结束语
         大底盘地下室多塔建筑结构是一种适应现代经济发展、土地利用率很高且应用十分广泛的复杂高层建筑结构,目前规范建议、设计师通常用的方法是将地下室顶板作为塔楼的嵌固端,分离各个塔楼建模进行计算分析,这种方法虽然比较快速,但没有考虑结构的整体效应,包括塔楼对地下室的影响、多塔楼之间的相互作用。深入开展大底盘地下室多塔结构相互作用,对大底盘地下室多塔楼高层建筑结构受力的研究具有重要的意义。
         参考文献:
         [1]刘军.浅谈大底盘多塔高层建筑结构设计[J].建材与装饰,2017,(5):54-55.
         [2]陶继刚,张明辉.大底盘多塔高层建筑结构设计探析[J].建筑工程技术与设计,2014,(12):169-169.
         [3]李岳胜.浅究大底盘多塔高层建筑结构设计[J].建筑工程技术与设计,2018,(18):942.
         [4]李志强,李亦纲,林均岐.四川九寨沟7.0级地震灾害特点分析[J].中国应急救援,2017,(5):4-7.
        
        
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