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【摘 要】淄博火炬广场综合体是大底盘多塔结构，包括5座塔楼。塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，结构高度95.75m。塔楼底部四层通过裙房相连。塔楼在底盘处的收进导致结构竖向刚度突变和应力集中。针对体型收进采取了合理的加强措施。采用多种结构设计软件和多种模型进行了小震弹性计算，并对关键竖向构件进行了中震补充设计，保证结构安全。
【关键词】大底盘多塔结构;体型收进
Multi-tower structure design of zibo torch plaza complex
Liu Bin，Nan li-zhen，Meng Fan-wei，Zong Chuan-shu
（Shandong Branch of Topsum Shanghai Architectural Design & Planning Co.，LTD Zibo Shandong 255000）
【Abstract】The torch plaza complex in zibo is a large chassis multi-tower structure， including five towers.The tower is a reinforced concrete frame-core tube structure with a height of 95.75m.The bottom four floors of the tower are connected by a podium.The setback of the tower in the chassis leads to sudden change of vertical stiffness and stress concentration of the structure. Corresponding strengthening measures were taken on the construction of the setback.A variety of structural design software and models are used to small shock elastic design， the supplementary design of the key vertical members were made to ensure structural safety.
【Key words】Large chassis multi-tower structure;Setback
1. 工程概况
（1）淄博火炬广场综合体位于淄博市高新区万杰路以南，柳泉路以西，天鸿路以东，政通路以北，建筑效果图见图1。总建筑面积27.21万平方米，其中地上建筑面积22.34万平方米， 地下建筑面积4.87万平方米。本文第一作者担任项目的结构专业负责人。建筑地下两层，地上共 22 层，地上一～四层裙楼为商业，五至二十二层为办公。由四層裙楼和B、C、D、E、F座五座塔楼形成的大底盘多塔楼结构，建筑平面示意图见图2。室内外高差0.45m，塔楼结构总高度为95.75m，大底盘结构高度为25.05m，底盘高度为房屋总高度的26%，属于A级高度多塔结构，建筑剖面示意图见图3。B、C、D、E、F五个塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，五个塔楼结构平面布置相同。
（2）工程结构设计使用年限为 50 年，建筑结构防火等级为一级，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级，地下室顶板作为上部结构的嵌固端。抗震设防度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.10g。设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，特征周期0.45s。多遇地震水平地震影响系数最大值为0.08，而安评报告中多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.107，特征周期为0.45s。风荷载取50年重现期的基本风压值0.40KPa，结构承载力设计时按基本风压1.1倍采用。地面粗糙度类别为 B 类。由于1～4层大底盘商业总面积8.3万平米，根据建筑工程抗震设防分类标准[1]，一～四层大底盘为重点设防类。地下室、地上五至二十二层办公为标准设防类（效果图见图1，建筑平面示意图见图2，建筑剖面示意图见图3）。
2. 基础选型
基础设计重点在于处理塔楼核心筒、外框架柱和裙楼基础三者之间的沉降差异。以变刚度调平为指导，考虑上部结构形式、荷载及相互作用效应后，塔楼区域采用桩端桩侧后注浆钻孔灌注桩，桩径800mm，桩长35m，单桩竖向承载力特征值为5000KN。核心筒区域采用桩筏基础并适当增加桩数;塔楼外围框架柱采用独立桩承台，使得核心筒和外框架柱基础沉降趋于均匀。独立承台、筏板之间设置拉梁和抗水板，配合调节核心筒与外围框架柱的沉降差异。拉梁截面为350X1000，抗水板厚400mm。塔楼基础平面布置图见图4。塔楼之外的裙房框架柱采用独立基础，因上部结构荷载较小，天然地基承载力和沉降可以满足要求，配合塔楼周边的沉降后浇带，塔楼基础和裙楼基础的沉降差异得到解决。基础选型既满足了地基承载力的要求，又使差异沉降得到了控制，更体现了良好的经济性（塔楼基础平面布置图见图4）。
3. 结构方案
3.1 底盘结构布置。
1～4层裙房在塔楼底部形成大底盘，在水平地震力和风荷载作用下各塔楼的变形受到底盘结构的制约。在水平地震作用下，偏置塔楼会对整体结构产生扭转作用，使整体结构受力复杂。经过五个塔楼共用大底盘的分析，底盘和塔楼的振动形态复杂，扭转效应明显。为简化计算，与建筑专业协商在防火分区隔墙处设置一道抗震缝，将底盘在地上一分为二。南侧B、F座形成双塔结构，北侧C、D、E座形成“品”字形三塔。分缝后双塔和三塔上部塔楼的综合质心与底盘结构质心基本重合，多塔质心与大底盘质心偏心距与底盘相应边长比值见表1。同时在大底盘的周边，楼梯间和大洞口的周边布置了一定数量的剪力墙，以增强结构的抗扭刚度。三塔、双塔底盘的平面布置图见图5、图6。 3.2 塔楼结构布置。
3.2.1 塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构。框架-核心筒常规结构布置为：
（1）剪力墙集中放置于塔楼的中央，形成筒体;
（2）垂直于核心筒的框架梁支撑在筒体的外墙上，有利于增加筒体的轴向压力，提高筒体的抗剪承载力。
3.2.2 本工程框架-核心筒采取了非常规布置，见图7。（1）为了减小核心筒和走廊交通面积，业主要求将一个楼梯间移至核心筒外。核心筒短边长度与筒体总高度的比值为1/8;（2）为减小建筑层高，垂直于核心筒的框架梁未直接支撑在筒体的外墙上，而是在走廊的位置设置了内柱，框架梁的跨度由12.5m缩短为9m。由于工程结构高度不足百米，初步设计评审专家同意了结构布置方案。核心筒尺寸为 12.75m × 11.8m，长宽比为 1.08∶ 1，呈正方形，見图8。在地震作用下，核心筒内两个小筒和筒外楼梯筒共同承担地震作用，形成多道抗震防线。结构主要竖向构件截面尺寸及混凝土强度等级见表2（核心筒平面布置图见图8）。
3.3 抗震等级。
1～4层大底盘为重点设防类。底盘的抗震等级同塔楼，塔楼在大底盘以上两层的抗震等级按照底盘取值。地下一层～地上六层框架、剪力墙的抗震等级取一级。底盘高度超过房屋高度的20%，底盘上两层塔楼周边竖向构件提高至特一级，并延伸至嵌固端下一层。地下二层、地上七～屋面框架、剪力墙的抗震等级取二级。
3.4 塔楼在大底盘收进处加强措施。
多塔结构塔楼与底盘顶层连接部位，竖向收进较大，在地震作用下吸收更多的地震能量，如果构件延性不好，造成集中破坏，甚至倒塌。多塔导致结构在4 层顶的收进，是结构抗震设计的重点。为提高收进位置结构构件的抗震承载力及延性，采取了以下措施： （1）提高底盘上部两层塔楼的框架和剪力墙抗震等级; （2）塔楼范围对应底盘的框架和剪力墙截面在收进处不减小，保持首层截面和混凝土强度等级至6层顶，减弱收进位置的结构刚度突变; （3）收进位置框架柱箍筋全高加密，提高配筋率并设置芯柱，提高塔楼与底盘连接框架柱的延性;（4）体型突变处屋面板承担很大的面内应力，为保证上部结构的地震作用可靠下传，底盘与塔楼的整体作用，底盘屋面板厚度增加至 160mm，按照不小于 0. 25% 的配筋率双层双向配筋。
4. 结构计算
4.1 弹性反应谱分析。
（1）小震下弹性反应谱分析时，SATWE 作为主要设计软件，MIDAS / Building 作为辅助设计软件，主要分析结果见表。结构整体分析时采用考虑扭转耦联的阵型分解反应谱法并考虑偶然偏心影响，为了考虑整体结构的扭转效应，承载力计算时考虑了双向地震作用。由表3可以看出，两种软件计算结果比较吻合，振型参与质量均大于结构总质量的90%，两款软件计算的结构基底总剪力大体一致，主要指标均符合规范的要求。取两种软件包络值进行施工图设计，确保结构安全可靠。
（2）按照高规[2] 的要求按照整体和分塔楼计算模型分别验算整体结构和各塔楼结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期的比值，多塔模型与分塔模型对比（以双塔模型为例）见表4。整体模型计算的塔楼的周期比分塔模型计算的塔楼的
周期稍小，大底盘对塔楼的约束为塔楼贡献了刚度，两种计算模型计算结果满足规范要求。施工图设计时，塔楼竖向构件按照整体和分塔模型取包络值。
4.2 弹性时程分析。
选用了一条安评波和两条天然波进行小震下的时程分析。地震波的峰值加速度选用安评报告中提供的42cm/s2。经分析在裙楼范围振型分解反应谱法计算结果x、y向均大于时程法计算结果;裙楼以上塔楼x、y向部分楼层时程法计算结果大于振型分解反应谱法计算结果。施工图设计时，对振型分解反应谱法计算的大底盘以上塔楼各层地震力进行了放大。
4.3 补充竖向构件中震设计。
（1）底盘高度为房屋总高度的26%，1～4层裙楼是重点设防类。多塔结构阵型复杂，结构扭转震动反应大。为保证结构重要构件的安全，初步设计专家评审专家针对结构重要竖向构件做了如下要求：塔楼剪力墙、框架柱底部加强区范围截面抗剪需满足中震弹性，抗弯不屈服;其它框架柱需满足中震不屈服要求。施工图设计时，塔楼剪力墙、底部加强区范围框架柱按照中震弹性选取;裙房框架柱、塔楼底部加强区范围以上框架柱和裙房剪力墙达到中震不屈服要求。
（2）小震计算取地震安评和规范包络值;中震计算按规范。根据山东省地震工程研究院提供的《淄博火炬广场居商住小区工程场地地震安全性评价报告》，安评与规范地震参数对照见表5：施工图设计小震下按照安评和规范取包络值，αmax取0.107，Tg取0.45，用于弹性时程分析的Amax取 42;中震按照规范取值，αmax取0.23，Tg取0.45。
5. 结语
淄博火炬广场综合体为A级高度多塔结构。结合建筑使用功能合理设置抗震缝，将5个塔楼分为相对规则的双塔和三塔，从而简化了计算。多塔结构在地震力作用下受力复杂，扭转效应明显，属抗震不利结构。针对塔楼在大底盘处的竖向收进采取合理的加强措施，提高体型收进处结构构件抗震承载力和延性。结构计算采用多种结构计算软件进行小震下的弹性分析，采用多塔和分塔模型包络设计，并对关键竖向构件进行了中震补充设计，从而保证结构安全。
参考文献
[1] 建筑工程抗震设防分类标准：GB 50223-2008. [S].北京： 中国建筑工业出版社，2008.
[2] 高层建筑混凝土结构技术规程： JGJ3-2010.[S].北京： 中国建筑工业出版社，2011.
【关键词】大底盘多塔结构;体型收进
Multi-tower structure design of zibo torch plaza complex
Liu Bin，Nan li-zhen，Meng Fan-wei，Zong Chuan-shu
（Shandong Branch of Topsum Shanghai Architectural Design & Planning Co.，LTD Zibo Shandong 255000）
【Abstract】The torch plaza complex in zibo is a large chassis multi-tower structure， including five towers.The tower is a reinforced concrete frame-core tube structure with a height of 95.75m.The bottom four floors of the tower are connected by a podium.The setback of the tower in the chassis leads to sudden change of vertical stiffness and stress concentration of the structure. Corresponding strengthening measures were taken on the construction of the setback.A variety of structural design software and models are used to small shock elastic design， the supplementary design of the key vertical members were made to ensure structural safety.
【Key words】Large chassis multi-tower structure;Setback
1. 工程概况
（1）淄博火炬广场综合体位于淄博市高新区万杰路以南，柳泉路以西，天鸿路以东，政通路以北，建筑效果图见图1。总建筑面积27.21万平方米，其中地上建筑面积22.34万平方米， 地下建筑面积4.87万平方米。本文第一作者担任项目的结构专业负责人。建筑地下两层，地上共 22 层，地上一～四层裙楼为商业，五至二十二层为办公。由四層裙楼和B、C、D、E、F座五座塔楼形成的大底盘多塔楼结构，建筑平面示意图见图2。室内外高差0.45m，塔楼结构总高度为95.75m，大底盘结构高度为25.05m，底盘高度为房屋总高度的26%，属于A级高度多塔结构，建筑剖面示意图见图3。B、C、D、E、F五个塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构，五个塔楼结构平面布置相同。
（2）工程结构设计使用年限为 50 年，建筑结构防火等级为一级，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级，地下室顶板作为上部结构的嵌固端。抗震设防度为 7 度，设计基本地震加速度为 0.10g。设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅱ类，特征周期0.45s。多遇地震水平地震影响系数最大值为0.08，而安评报告中多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.107，特征周期为0.45s。风荷载取50年重现期的基本风压值0.40KPa，结构承载力设计时按基本风压1.1倍采用。地面粗糙度类别为 B 类。由于1～4层大底盘商业总面积8.3万平米，根据建筑工程抗震设防分类标准[1]，一～四层大底盘为重点设防类。地下室、地上五至二十二层办公为标准设防类（效果图见图1，建筑平面示意图见图2，建筑剖面示意图见图3）。
2. 基础选型
基础设计重点在于处理塔楼核心筒、外框架柱和裙楼基础三者之间的沉降差异。以变刚度调平为指导，考虑上部结构形式、荷载及相互作用效应后，塔楼区域采用桩端桩侧后注浆钻孔灌注桩，桩径800mm，桩长35m，单桩竖向承载力特征值为5000KN。核心筒区域采用桩筏基础并适当增加桩数;塔楼外围框架柱采用独立桩承台，使得核心筒和外框架柱基础沉降趋于均匀。独立承台、筏板之间设置拉梁和抗水板，配合调节核心筒与外围框架柱的沉降差异。拉梁截面为350X1000，抗水板厚400mm。塔楼基础平面布置图见图4。塔楼之外的裙房框架柱采用独立基础，因上部结构荷载较小，天然地基承载力和沉降可以满足要求，配合塔楼周边的沉降后浇带，塔楼基础和裙楼基础的沉降差异得到解决。基础选型既满足了地基承载力的要求，又使差异沉降得到了控制，更体现了良好的经济性（塔楼基础平面布置图见图4）。
3. 结构方案
3.1 底盘结构布置。
1～4层裙房在塔楼底部形成大底盘，在水平地震力和风荷载作用下各塔楼的变形受到底盘结构的制约。在水平地震作用下，偏置塔楼会对整体结构产生扭转作用，使整体结构受力复杂。经过五个塔楼共用大底盘的分析，底盘和塔楼的振动形态复杂，扭转效应明显。为简化计算，与建筑专业协商在防火分区隔墙处设置一道抗震缝，将底盘在地上一分为二。南侧B、F座形成双塔结构，北侧C、D、E座形成“品”字形三塔。分缝后双塔和三塔上部塔楼的综合质心与底盘结构质心基本重合，多塔质心与大底盘质心偏心距与底盘相应边长比值见表1。同时在大底盘的周边，楼梯间和大洞口的周边布置了一定数量的剪力墙，以增强结构的抗扭刚度。三塔、双塔底盘的平面布置图见图5、图6。 3.2 塔楼结构布置。
3.2.1 塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构。框架-核心筒常规结构布置为：
（1）剪力墙集中放置于塔楼的中央，形成筒体;
（2）垂直于核心筒的框架梁支撑在筒体的外墙上，有利于增加筒体的轴向压力，提高筒体的抗剪承载力。
3.2.2 本工程框架-核心筒采取了非常规布置，见图7。（1）为了减小核心筒和走廊交通面积，业主要求将一个楼梯间移至核心筒外。核心筒短边长度与筒体总高度的比值为1/8;（2）为减小建筑层高，垂直于核心筒的框架梁未直接支撑在筒体的外墙上，而是在走廊的位置设置了内柱，框架梁的跨度由12.5m缩短为9m。由于工程结构高度不足百米，初步设计评审专家同意了结构布置方案。核心筒尺寸为 12.75m × 11.8m，长宽比为 1.08∶ 1，呈正方形，見图8。在地震作用下，核心筒内两个小筒和筒外楼梯筒共同承担地震作用，形成多道抗震防线。结构主要竖向构件截面尺寸及混凝土强度等级见表2（核心筒平面布置图见图8）。
3.3 抗震等级。
1～4层大底盘为重点设防类。底盘的抗震等级同塔楼，塔楼在大底盘以上两层的抗震等级按照底盘取值。地下一层～地上六层框架、剪力墙的抗震等级取一级。底盘高度超过房屋高度的20%，底盘上两层塔楼周边竖向构件提高至特一级，并延伸至嵌固端下一层。地下二层、地上七～屋面框架、剪力墙的抗震等级取二级。
3.4 塔楼在大底盘收进处加强措施。
多塔结构塔楼与底盘顶层连接部位，竖向收进较大，在地震作用下吸收更多的地震能量，如果构件延性不好，造成集中破坏，甚至倒塌。多塔导致结构在4 层顶的收进，是结构抗震设计的重点。为提高收进位置结构构件的抗震承载力及延性，采取了以下措施： （1）提高底盘上部两层塔楼的框架和剪力墙抗震等级; （2）塔楼范围对应底盘的框架和剪力墙截面在收进处不减小，保持首层截面和混凝土强度等级至6层顶，减弱收进位置的结构刚度突变; （3）收进位置框架柱箍筋全高加密，提高配筋率并设置芯柱，提高塔楼与底盘连接框架柱的延性;（4）体型突变处屋面板承担很大的面内应力，为保证上部结构的地震作用可靠下传，底盘与塔楼的整体作用，底盘屋面板厚度增加至 160mm，按照不小于 0. 25% 的配筋率双层双向配筋。
4. 结构计算
4.1 弹性反应谱分析。
（1）小震下弹性反应谱分析时，SATWE 作为主要设计软件，MIDAS / Building 作为辅助设计软件，主要分析结果见表。结构整体分析时采用考虑扭转耦联的阵型分解反应谱法并考虑偶然偏心影响，为了考虑整体结构的扭转效应，承载力计算时考虑了双向地震作用。由表3可以看出，两种软件计算结果比较吻合，振型参与质量均大于结构总质量的90%，两款软件计算的结构基底总剪力大体一致，主要指标均符合规范的要求。取两种软件包络值进行施工图设计，确保结构安全可靠。
（2）按照高规[2] 的要求按照整体和分塔楼计算模型分别验算整体结构和各塔楼结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期的比值，多塔模型与分塔模型对比（以双塔模型为例）见表4。整体模型计算的塔楼的周期比分塔模型计算的塔楼的
周期稍小，大底盘对塔楼的约束为塔楼贡献了刚度，两种计算模型计算结果满足规范要求。施工图设计时，塔楼竖向构件按照整体和分塔模型取包络值。
4.2 弹性时程分析。
选用了一条安评波和两条天然波进行小震下的时程分析。地震波的峰值加速度选用安评报告中提供的42cm/s2。经分析在裙楼范围振型分解反应谱法计算结果x、y向均大于时程法计算结果;裙楼以上塔楼x、y向部分楼层时程法计算结果大于振型分解反应谱法计算结果。施工图设计时，对振型分解反应谱法计算的大底盘以上塔楼各层地震力进行了放大。
4.3 补充竖向构件中震设计。
（1）底盘高度为房屋总高度的26%，1～4层裙楼是重点设防类。多塔结构阵型复杂，结构扭转震动反应大。为保证结构重要构件的安全，初步设计专家评审专家针对结构重要竖向构件做了如下要求：塔楼剪力墙、框架柱底部加强区范围截面抗剪需满足中震弹性，抗弯不屈服;其它框架柱需满足中震不屈服要求。施工图设计时，塔楼剪力墙、底部加强区范围框架柱按照中震弹性选取;裙房框架柱、塔楼底部加强区范围以上框架柱和裙房剪力墙达到中震不屈服要求。
（2）小震计算取地震安评和规范包络值;中震计算按规范。根据山东省地震工程研究院提供的《淄博火炬广场居商住小区工程场地地震安全性评价报告》，安评与规范地震参数对照见表5：施工图设计小震下按照安评和规范取包络值，αmax取0.107，Tg取0.45，用于弹性时程分析的Amax取 42;中震按照规范取值，αmax取0.23，Tg取0.45。
5. 结语
淄博火炬广场综合体为A级高度多塔结构。结合建筑使用功能合理设置抗震缝，将5个塔楼分为相对规则的双塔和三塔，从而简化了计算。多塔结构在地震力作用下受力复杂，扭转效应明显，属抗震不利结构。针对塔楼在大底盘处的竖向收进采取合理的加强措施，提高体型收进处结构构件抗震承载力和延性。结构计算采用多种结构计算软件进行小震下的弹性分析，采用多塔和分塔模型包络设计，并对关键竖向构件进行了中震补充设计，从而保证结构安全。
参考文献
[1] 建筑工程抗震设防分类标准：GB 50223-2008. [S].北京： 中国建筑工业出版社，2008.
[2] 高层建筑混凝土结构技术规程： JGJ3-2010.[S].北京： 中国建筑工业出版社，2011.