大底盘多塔建筑结构设计分析

李 江

(青岛北洋建筑设计有限公司,山东 青岛 266000)

引言

随着建筑行业不断发展，以及人们对居住条件要求的不断提高，相对落后的传统设计观念已经不再适合当前的设计潮流。当前阶段，在设计和规划高层建筑的具体业态区域过程中，通常需要对办公区和住宅区进行独立设计，但又需具备一定的整体性，促使其整个设计呈现出一种和谐的视觉效果。所以，结构设计人员在设计多塔结构时，需对该结构有一个全面的了解，包括建筑表面产生的裂缝以及结构的沉降等，确保建筑结构稳定性和使用安全性能够达到相应的保障。

1 大底盘多塔建筑结构设计的主要内容

通常来看，大底盘多塔建筑结构在设计方面涉及到的形式有很多种，若只是将大底盘多塔楼作为地下室结构进行设计，嵌固端位于地下室顶板，则不符合此概念。所以，大底盘多塔建筑需按照单个建筑单位来进行后续设计和计算，只有地下室的顶板不作为上部结构的嵌固端时，才符合大底盘结构概念。

在设计原则方面，首先设计要确保建筑基础功能能够正常实现，一般来说大底盘多塔建筑在结构上主要有以下集中特征，较大的变形、类型多样、平面不规则等，在设计过程中都具有相当的复杂程度和较高的设计难度。大底盘多塔建筑的结构一般有两种，第一种是将顶层楼板作为上部单体的嵌固端，使其具有一定的稳定性，此类结构通常用在附加地下停车场的建筑物；还有一种类型是不将顶层楼板作为嵌固端的，此类型通常用于商住两用型的功能性建筑以及商场综合体。此类结构需在上层进行抗震作业，科学增设抗震缝，以这种方式能够显著增强建筑的抗震性，进而促进此建筑在后续的使用过程中能够达到相应的稳定性和质量标准[1]。

2 大底盘多塔建筑结构的设计原则

在对大底盘多塔建筑结构进行设计的过程中，通常要结合施工材料和具体的技术手段进行全面分析。任何建筑结构的设计都离不开对数据的准确计算，只有确保设计计算的准确性，才能为后续的施工提供稳定的基础，基于此，笔者整理了以下三种设计原则，以提高大底盘多塔建筑的使用性和稳定性。

2.1 防水设计方面

在大底盘多塔建筑结构的设计过程中，相关设计人员需对建筑内部的防水功能予以全面分析，并根据建筑的实际情况制定相应的防水方案。首先，为提高建筑的防水功能，需对该建筑所处区域的地下水位相关数据进行测量和计算，以相对科学的方式处理地下水位的变化对建筑使用功能带来的影响。

2.2 抗浮设计方面

在建筑的抗浮设计过程中，通常会受到许多因素的影响，使得水位的标高处于波动状态，在设计期间，设计人员需在明确建筑结构的内容基础上，将当地的水文情况和资料予以分析和研究，以此确定该建筑结构中的浮力和最高水位之间的关系。当前阶段，大部分大底盘建筑的基础部分都为筏板基础，而中心区域的地下车库样式为广场型，抗浮设计需结合排水功能同步开展，设计人员应充分考虑到地下水和上层滞水之间的关系。

2.3 地下室的顶板方面

设计期间需充分考虑消防荷载问题，并辅以正常荷载，正常荷载控制需充分考虑到抗震作用。

3 大底盘多塔建筑结构在设计过程中容易出现的问题分析

3.1 模型的计算与设置

对于大底盘多塔建筑结构的模型而言，通常分为离散模型以及整体模型两种计算模型方式。在整体模型设计的计算阶段，设计人员需将塔楼部分以及底盘形成一个共同的整体概念，然后开展后续的设计环节。离散式模型，与整体模型的主要区别是该计算模式将每个塔楼作为一个单位，再展开其他设计并独立计算。大底盘多塔建筑模型如图1所示。

在计算过程中，由于整体模型的计算方式和流程比较简单，整体难度较低，实用性较强，所以在应用范围方面也更加的广泛。在当前建筑工程建设期间，整体模型由于流程较为简单，而且具有专门的计算软件，在绝大多数结构计算软件中，能够使多塔中的各个数据结构，包括承载、剪重、层载大部分数据通过整体模型计算软件进行设计和计算，但仍存在一小部分的多塔类型无法通过此模型进行整体计算，此时可通过离散模型进行单独计算。另外，在设计过程中，若多塔结构建筑中的层数与造型产生明显差异时，则需要结构设计人员对各个塔楼特性以及相关参数等方面展开全面分析，为确保计算数值的精确度，可适当运用离散模型进行计算。

图1 大底盘多塔建筑

3.2 动力研究法

动力研究法主要建立在对应用此类结构的建筑物开展的地震波检测基础上，并通过检测环节对建筑整体的动力情况展开详细分析，根据分析结果，结构设计人员需对该结构设计采取相应的抗震措施。在动力研究法的运用过程中，技术人员可以通过动力分析对大底盘多塔结构中的薄弱部位进行分析调整，并通过这种方式增强结构的薄弱部位，以使该结构抗震性能得以提高。

3.3 地震剪力法

地震剪力法的主要运作原理是建筑的地震反应谱理论，然后再结合多塔建筑底部结构中的等效质点与总地震剪力的水平作用相当的条件，完成结构模型的计算与设计。运用地震剪力法的条件通常建立在以下两种情况之中，首先，大底盘多塔结构的整体高度若小于40m，则可以使用此计算方式；其次，建筑整体结构的刚度、质量能够纵向均匀分布。但在当前计算机软件计算能力较高以及建筑平面功能布局日益复杂多样的状况下，此方法较少采用。

4 大底盘多塔建筑结构设计问题的具体解决对策

由于大底盘多塔建筑在自身结构设计方面具有一定的复杂性和操作难度，为确保大底盘多塔建筑结构的设计内容符合科学、合理的规范标准，相关设计人员在设计过程中一定要遵循原则，确保大底盘与多塔之间的刚度协调性，通常来看，塔楼的特点主要是层数较多、整体刚度较大，而底盘方面的层数则非常少、刚度与之降低。那么在进行结构设计的过程中，此类细节方面需加强控制，从人员在建筑方面的实际使用需求出发，将不同人员的建筑使用功能结合不同类型的底盘结构予以分别处理。

4.1 平衡底盘沉降

由于建筑中的上部多塔结构或底盘结构产生沉降差异的情况较为常见，在设计人员对大底盘多塔建筑结构进行设计的期间，相关人员需对实际情况以及造成此现象的原因进行全面分析。一般来说，形成底盘沉降差异的主要原因是塔楼的楼层较高且各个塔楼层数不均衡，且塔楼下部的受力面积相对整个多塔平面较小，进而容易造成局部承载力较为集中。

多塔底盘楼层之间的跨度较大，荷载相对于塔楼范围内减小较多。基于此，为保障底盘结构的稳定性，设计人员适当增大主楼基础的受力面积，适当减少塔楼基底反力。同时，设计人员还可以对底盘结构以及上层塔楼的整体受力情况进行分析，并结合实际受力情况进行调整。例如，建筑中的底盘部分与塔楼部分虽然都使用桩基，但桩的长度及布置数量并不相同，可通过调整桩长及桩间距的方式对不均匀沉降问题进行改善。或可通过设置沉降后浇带的方式进行调整。

4.2 底盘结构出现裂缝问题时的处理

在大底盘多塔结构的设计过程中，裂缝问题的处理也十分的关键，由于此问题的出现频率较大，技术人员需对其进行专业处理，避免加剧建筑整体结构的不稳定性。一般来说，底盘结构出现裂缝的原因非常多，为避免底盘结构裂缝的出现，技术人员需对建筑主体的结构承载力与刚度进行合理设置，确保此环节满足施工需要和设计需要。然后，在实际设计过程中，工作人员也可以通过柔性连接法将塔楼与底盘进行连接，最大限度的降低刚性连接次数，这种方式也能有效减少底盘裂缝问题的出现。在施工过程中，需确保相关的材料符合国家标准质量要求，避免因材料质量问题而造成严重的安全隐患，确保建筑结构的整体稳定性和安全性。设计原则需围绕这几个因素进行，降低产生结构裂缝出现的概率。

4.3 增强结构整体强度

通常来看，大底盘多塔楼建筑的结构强度并不能完全达到设计需求和质量标准，导致此情况发生的原因可能在设计期间，并没有进行充分的合理性考虑。所以，为确保此类问题能够妥善处理和解决，设计期间专业人员可严格按照以下两个方面展开设计作业。首先，设计之前需将塔楼、底盘结构的具体布局予以全面明确，严格按照对称原则，将塔楼结构重心与底盘中心间距离设置为合理的距离；其次，设计人员也可通过提高底盘楼板的厚度及配筋数量，来提高结构的整体强度。

5 大底盘高层建筑结构实际实例

5.1 工程概述

某工程位于南方某城市，属于办公楼，高度为102m，层数为32层，其中，地下层数为3层，地上层数为29层，周边有裙带楼，其高度为50m，其中，办公楼平面为正方形，裙带楼平面为L形。业主方当前决定在办公楼附近重新建设一座高度为90m，层数为23层的办公楼，其形状为平立面，在大小、风格与原有办公楼保持一致。如图2所示。

图2 大盘多塔建筑

5.2 基础设计方案

在查阅建筑方案后发现，新建的办公楼项目与原项目的距离不超过5m，与锅炉房之间的距离小于3m，因此，在设计地基基础的过程中，需要在确保新楼安全的同时，尽可能消除对于周边建筑安全的影响。具体表现为新楼基坑的开挖，容易使周边建筑的一侧卸荷，在出现这种情况后，办公楼和锅炉房可能会向另一侧倾斜。而开挖深度过大，容易导致原有建筑物的基土发生位移，朝着基坑的方向倾斜。如果施工降水处理不达标，同样会造成上述现象的发生。

5.3 设计思路

在经过详细研究和考虑后，设计人员决定采用桩基础设计方案，通过这种设计方法，在最大限度上控制新办公楼项目的沉降，同时，还能使原有建筑物安全得到保证。在分析桩基沉降的过程中，所采用的计算方法为相互影响的计算方法，通过控制基坑开挖深度和采用一层地下室，使基坑开挖的难度降低，并减少卸荷对原有建筑物造成的不利影响。针对地下水问题，在地质勘查后发现，项目所在地地下水较深，故无需人工降低地下水，采取明沟排放的方法即可。

5.4 设计方案

基于上述设计思路，制定了设计方案，具体如下：第一，设置一层地下室，其标高为-4m～-4.5m。在施工的同时，还要按照规范对其底板进行验证和计算。第二，建筑主体采用灌注桩，同时将卵石层作为持力层，其中，桩的长度为20m，桩径为800mm，在计算后得知，单根灌注桩的承载力为2 800kN。第三，采用后注浆技术，以促进灌注桩承载能力的增强，试验结果表明，这种方法的使用，可以使桩体承载力提升25%左右。值得强调的是，在施工的同时，还要对其进行承载试验，并依据试验结果，确定灌注桩的数量。

6 结 论

总的来看，相关人员在对大底盘多塔楼建筑的结构进行设计的过程中，设计人员需结合建筑平面布局的实际情况进行全面分析，并对此采取针对性的解决方案，将损失最大程度的降低。除了在设计过程中需要加以重视外，还应在计算模型的选择方面加大重视程度，优选计算模型，也能够在很大程度上解决沉降问题。