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摘要：尚德名苑1#、2#、3#办公楼、酒店为平面不规则、竖向不规则、扭转不规则的大底盘多塔楼高层建筑。设计通过优化建筑平、立面布置，均匀、连续布置剪力墙和框架柱的方法，以降低结构的不规则程度；对竖向刚度或承载力发生突变的楼层采取适当的加强措施，避免薄弱层和薄弱部位在水平荷載和竖向荷载作用下可能造成的应力和变形集中，较大地提高了结构的抗侧刚度和抗扭性能。
关键词：不规则性、水平荷载作用、竖向荷载作用、薄弱部位、抗侧刚度、抗扭性能
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
尚德名苑1#、2#、3#办公楼、酒店位于陕西省榆林市，总建筑面积68934㎡，本建筑为大底盘多塔楼结构，抗震等级小于6度。地下两层，1#、2#地上18层，3#地上6层，地下二层为车库，层高3.8m，地下一层为超市，层高5.4m，一~三层均为商场，一层层高5.4m，二、三层层高5.2m，1#楼四~十八层为办公，层高3.9m，2#楼四~十八层
为酒店，层高3.9m，3#楼四~六层为办公，层高3.9m，1#、2#电梯机房层高3.9m，电梯机房顶部有5.1m高钢筋混凝土造型。建筑总高度：1#、2#：70.7m，3#：27.8m。地下一、二层近似为矩形平面，外轮廓尺寸约为211.5mX55.2m，1~3层平面沿最外边纵向两个方向各收进一跨和三跨，4~18层又沿一个纵向和一个横向各收进一跨，结构平面详见附图。
本工程采用框架—剪力墙结构，存在平面不规则、扭转不规则、楼板不连续、竖向体型收进等不利因素，为不规则高层建筑。合理布置一些剪力墙以减弱结构的不规则程度，缓解竖向刚度突变部位和平面薄弱环节在水平荷载和竖向荷载作用下应力和变形的集中程度，对薄弱部分进行不利分析并采取适当的构造措施，使结构形成双向抗侧力体系。
2 结构和构件设计
2.1 结构形式
本工程设计利用楼、电梯间设置核心筒，在外围框架柱内嵌入剪力墙，使其形成框架—剪力墙结构，整体承担荷载和作用，组成形式较为灵活，体现多道防线的要求，具有良好的抗侧刚度和抗扭性能，并满足了建筑使用功能。
2.2 结构平、立面布置
核心筒剪力墙布置时，纵、横向剪力墙力求均匀对称并互为翼墙，保证筒体角部墙肢的完整性，提高核心筒的抗侧刚度和抗扭性能。通过优化调整建筑物周边剪力墙墙肢长度和厚度，实现结构质量中心和刚度中心的接近或重合，减小结构的扭转效应。
为了发挥框架—剪力墙结构的优势，无论是否抗震设计，均应设计成双向抗侧力体系，且结构在两个主轴方向的刚度和承载力不宜相差过大。
结构主要抗侧力构件在竖向连续布置，框架柱的截面尺寸和剪力墙厚度从下往上逐步变小，混凝土强度等级从下往上逐步降低；门窗洞口上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁；避免结构竖向刚度和承载力突变造成水平和竖向荷载作用下的应力和变形集中。
2.3 地下室设计
地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，板厚为180㎜，楼面钢筋双层双向布置，配筋率为0.25%，本工程配筋Φ10@160（三级钢）。顶板有覆土（在室外）部分，根据《地下工程防水技术规范》（GB 50108-2008）第4.1.7条规定，板厚为250㎜，双层双向配置楼面钢筋，配筋Φ12@200（三级钢）。
建筑物周边上部结构没有对应剪力墙的区域，在地下二层设350㎜厚剪力墙，地下一层设300㎜厚剪力墙，作为地下室的挡土墙。±0.000以下核心筒周边的剪力墙厚度为300㎜。
2.4 上部结构主要构件设计
2.4.1 剪力墙、柱、梁的设计
剪力墙厚度从下往上分别为300、250、200㎜，对应的剪力墙端柱及框架柱的截面尺寸分别为1000、900、800㎜，往上依次递减，混凝土强度等级：柱、墙：地下二层~四层C40，五~十层C35，十层以上C30；梁、板：地下二层~四层为C35，四层以上C30。
2.4.2 框架柱、框架梁、次梁的设计
主要柱距8.4m、8.1m，框架梁截面尺寸为300X700，次梁截面尺寸为250X650等，框架梁与框架柱刚接，与剪力墙刚接或铰接（框架梁与剪力墙在同一平面内或剪力墙在框架梁的轴线上有翼墙或端柱时，框架梁与剪力墙刚接，反之则铰接）。
2.4.3 楼板设计
楼、电梯间、卫生间、自动扶梯等开大洞口周围板厚适当加厚，双层双向配筋，配筋率取计算值。屋面板厚度为120㎜，双层双向通长配筋，并根据挠度和裂缝加厚个别板块。其他楼板厚度为100㎜，按计算配置楼板钢筋。
3 结构整体计算分析（以1#办公楼为例）
3.1 结构计算参数
该工程设计使用年限为50年，抗震设防烈度小于6度，设计基本地震加速度值小于0.05g，特征周期值0.35s，场地类别Ⅱ类，地面粗糙度B类，基本风压按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）8.1.2条规定的方法确定的50年重现期的风压。对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压（0.4KN/㎡）的1.1倍（0.44KN/㎡）采用。
楼面恒荷载按实际计算，活荷载标准值见下表。当考虑覆土对楼面消防车活荷载的影响时，可对楼面消防车活荷载标准值按荷载规范附录B B.0.1、B.0.2进行折减。
3.2 计算结果分析
结构整体分析采用PKPM系列 (2012年6月版)计算软件。根据结构实际情况，准确反映结构中各构件的实际受力状况。计算时严格按照高规5.1.14条规定，按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算，并采用较不利的结果进行结构设计，分塔楼模型附带两跨的裙楼结构的计算方式。
3.2.1计算地震作用下的周期和水平风荷载作用下的结构层间位移
本工程计算地震作用下的结构基本周期为：2.8249s。
侧向位移控制实际上是对构件截面大小、刚度大小的一个宏观指标。在正常使用条件下，保证主结构基本处于弹性受力状态；保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件完好，避免产生明显损伤，故要限制高层建筑结构的层间位移。强制采用对所有楼层刚性楼板假定来计算结构层间位移。本工程水平风荷载作用下的结构层间位移采用离散模型计算。X方向最大层间位移角为：1/3041，第5层；Y方向最大层间位移角为：1/1079，第22层。结果满足高规第3.7.3条的规定。
3.2.2 结构整体稳定性分析
本工程X向刚重比EJd/GH2=1.60，Y向刚重比EJd/GH2=1.43，该结构刚重比EJd/GH2>1.4，结构的整体稳定性满足高规第5.4.4条的要求。由于结构刚重比EJd/GH2<2.7，不满足高规第5.4.1条的规定，故结构弹性计算应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。
3.3.3 抗倾覆验算
抗倾覆力矩Mr与倾覆力矩Mov的比值见表：
结果满足高规第12.1.17条在重力荷载与水平荷载标准值共同作用下，高层建筑基础底面不宜出现零应力区的要求。
4 结构的不规则情况和设计措施
4.1 楼板不连续
地下一层~三层楼板存在较大开洞，为了满足建筑规范和使用功能的要求，在商业部分设置了多部楼梯、电梯和自动扶梯。开洞削弱后的楼板在力的作用下易造成应力和应变的集中，引起周围楼板的开裂和破坏。根据规范要求，本工程采取加大洞周围楼板厚度、增加板内钢筋，并双层双向通长配筋等方式加强楼板削弱区域。
4.1 竖向体型收进的加强措施
由于建筑使用功能和外型效果的需要，裙房以上塔楼体型几次收进。塔楼和裙房连接位置在裙房梁、板及地下室筏板上设宽度为800㎜后浇带，后浇带的板钢筋断开搭接，采用较梁、板混凝土高一个强度等级的无收缩混凝土在结构竖向变形差基本消除或筏板混凝土收缩大部分完成后浇筑。
4.4 扭转不规则的控制
本工程结构整体计算模型经过反复优化，在设计中严格控制楼层竖向构件最大的水平位移与该楼层水平位移平均值的比值，努力实现结构质量中心和刚度中心的接近或重合，并加强结构周边剪力墙的抗侧刚度，适当削弱核心筒的刚度，提高结构的抗扭性能。
在考虑水平风荷载作用下，本工程最大位移与楼层平均位移之比的最大值为1.21（X向），1.18（Y向），最大层间位移与平均层间位移之比的最大值为1.22（X向）、1.20（Y向）。
5 结语
本工程为平面不规则、扭转不规则、楼板不连续、竖向体型收进的大底盘多塔楼高层建筑。设计通过优化剪力墙的布置来减弱结构的扭转效应，缓解相邻楼层竖向刚度和承载力的差异。多塔楼结构振型复杂，且高振型对结构内力的影响大，当各塔楼质量和刚度分布不均匀时，结构扭转振动反应大，高振型对内力的影响更为突出，因此多塔楼结构各塔楼的层数、平面和刚度宜接近，塔楼对底盘宜对称布置，减小塔楼和底盘的刚度偏心。通过这些设计，在建设成本增加较小的前提下有效地避免了竖向体型收进层和其他薄弱部位在水平和竖向荷载作用下的应力和变形的集中，有效地避免了主要受力构件脆性破坏的可能，提高了关键构件的塑性耗能能力，较大地改善了结构的抗侧刚度和抗扭性能，有效地保障了结构的安全。
关键词：不规则性、水平荷载作用、竖向荷载作用、薄弱部位、抗侧刚度、抗扭性能
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
尚德名苑1#、2#、3#办公楼、酒店位于陕西省榆林市，总建筑面积68934㎡，本建筑为大底盘多塔楼结构，抗震等级小于6度。地下两层，1#、2#地上18层，3#地上6层，地下二层为车库，层高3.8m，地下一层为超市，层高5.4m，一~三层均为商场，一层层高5.4m，二、三层层高5.2m，1#楼四~十八层为办公，层高3.9m，2#楼四~十八层
为酒店，层高3.9m，3#楼四~六层为办公，层高3.9m，1#、2#电梯机房层高3.9m，电梯机房顶部有5.1m高钢筋混凝土造型。建筑总高度：1#、2#：70.7m，3#：27.8m。地下一、二层近似为矩形平面，外轮廓尺寸约为211.5mX55.2m，1~3层平面沿最外边纵向两个方向各收进一跨和三跨，4~18层又沿一个纵向和一个横向各收进一跨，结构平面详见附图。
本工程采用框架—剪力墙结构，存在平面不规则、扭转不规则、楼板不连续、竖向体型收进等不利因素，为不规则高层建筑。合理布置一些剪力墙以减弱结构的不规则程度，缓解竖向刚度突变部位和平面薄弱环节在水平荷载和竖向荷载作用下应力和变形的集中程度，对薄弱部分进行不利分析并采取适当的构造措施，使结构形成双向抗侧力体系。
2 结构和构件设计
2.1 结构形式
本工程设计利用楼、电梯间设置核心筒，在外围框架柱内嵌入剪力墙，使其形成框架—剪力墙结构，整体承担荷载和作用，组成形式较为灵活，体现多道防线的要求，具有良好的抗侧刚度和抗扭性能，并满足了建筑使用功能。
2.2 结构平、立面布置
核心筒剪力墙布置时，纵、横向剪力墙力求均匀对称并互为翼墙，保证筒体角部墙肢的完整性，提高核心筒的抗侧刚度和抗扭性能。通过优化调整建筑物周边剪力墙墙肢长度和厚度，实现结构质量中心和刚度中心的接近或重合，减小结构的扭转效应。
为了发挥框架—剪力墙结构的优势，无论是否抗震设计，均应设计成双向抗侧力体系，且结构在两个主轴方向的刚度和承载力不宜相差过大。
结构主要抗侧力构件在竖向连续布置，框架柱的截面尺寸和剪力墙厚度从下往上逐步变小，混凝土强度等级从下往上逐步降低；门窗洞口上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁；避免结构竖向刚度和承载力突变造成水平和竖向荷载作用下的应力和变形集中。
2.3 地下室设计
地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，板厚为180㎜，楼面钢筋双层双向布置，配筋率为0.25%，本工程配筋Φ10@160（三级钢）。顶板有覆土（在室外）部分，根据《地下工程防水技术规范》（GB 50108-2008）第4.1.7条规定，板厚为250㎜，双层双向配置楼面钢筋，配筋Φ12@200（三级钢）。
建筑物周边上部结构没有对应剪力墙的区域，在地下二层设350㎜厚剪力墙，地下一层设300㎜厚剪力墙，作为地下室的挡土墙。±0.000以下核心筒周边的剪力墙厚度为300㎜。
2.4 上部结构主要构件设计
2.4.1 剪力墙、柱、梁的设计
剪力墙厚度从下往上分别为300、250、200㎜，对应的剪力墙端柱及框架柱的截面尺寸分别为1000、900、800㎜，往上依次递减，混凝土强度等级：柱、墙：地下二层~四层C40，五~十层C35，十层以上C30；梁、板：地下二层~四层为C35，四层以上C30。
2.4.2 框架柱、框架梁、次梁的设计
主要柱距8.4m、8.1m，框架梁截面尺寸为300X700，次梁截面尺寸为250X650等，框架梁与框架柱刚接，与剪力墙刚接或铰接（框架梁与剪力墙在同一平面内或剪力墙在框架梁的轴线上有翼墙或端柱时，框架梁与剪力墙刚接，反之则铰接）。
2.4.3 楼板设计
楼、电梯间、卫生间、自动扶梯等开大洞口周围板厚适当加厚，双层双向配筋，配筋率取计算值。屋面板厚度为120㎜，双层双向通长配筋，并根据挠度和裂缝加厚个别板块。其他楼板厚度为100㎜，按计算配置楼板钢筋。
3 结构整体计算分析（以1#办公楼为例）
3.1 结构计算参数
该工程设计使用年限为50年，抗震设防烈度小于6度，设计基本地震加速度值小于0.05g，特征周期值0.35s，场地类别Ⅱ类，地面粗糙度B类，基本风压按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）8.1.2条规定的方法确定的50年重现期的风压。对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压（0.4KN/㎡）的1.1倍（0.44KN/㎡）采用。
楼面恒荷载按实际计算，活荷载标准值见下表。当考虑覆土对楼面消防车活荷载的影响时，可对楼面消防车活荷载标准值按荷载规范附录B B.0.1、B.0.2进行折减。
3.2 计算结果分析
结构整体分析采用PKPM系列 (2012年6月版)计算软件。根据结构实际情况，准确反映结构中各构件的实际受力状况。计算时严格按照高规5.1.14条规定，按整体模型和各塔楼分开的模型分别计算，并采用较不利的结果进行结构设计，分塔楼模型附带两跨的裙楼结构的计算方式。
3.2.1计算地震作用下的周期和水平风荷载作用下的结构层间位移
本工程计算地震作用下的结构基本周期为：2.8249s。
侧向位移控制实际上是对构件截面大小、刚度大小的一个宏观指标。在正常使用条件下，保证主结构基本处于弹性受力状态；保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件完好，避免产生明显损伤，故要限制高层建筑结构的层间位移。强制采用对所有楼层刚性楼板假定来计算结构层间位移。本工程水平风荷载作用下的结构层间位移采用离散模型计算。X方向最大层间位移角为：1/3041，第5层；Y方向最大层间位移角为：1/1079，第22层。结果满足高规第3.7.3条的规定。
3.2.2 结构整体稳定性分析
本工程X向刚重比EJd/GH2=1.60，Y向刚重比EJd/GH2=1.43，该结构刚重比EJd/GH2>1.4，结构的整体稳定性满足高规第5.4.4条的要求。由于结构刚重比EJd/GH2<2.7，不满足高规第5.4.1条的规定，故结构弹性计算应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。
3.3.3 抗倾覆验算
抗倾覆力矩Mr与倾覆力矩Mov的比值见表：
结果满足高规第12.1.17条在重力荷载与水平荷载标准值共同作用下，高层建筑基础底面不宜出现零应力区的要求。
4 结构的不规则情况和设计措施
4.1 楼板不连续
地下一层~三层楼板存在较大开洞，为了满足建筑规范和使用功能的要求，在商业部分设置了多部楼梯、电梯和自动扶梯。开洞削弱后的楼板在力的作用下易造成应力和应变的集中，引起周围楼板的开裂和破坏。根据规范要求，本工程采取加大洞周围楼板厚度、增加板内钢筋，并双层双向通长配筋等方式加强楼板削弱区域。
4.1 竖向体型收进的加强措施
由于建筑使用功能和外型效果的需要，裙房以上塔楼体型几次收进。塔楼和裙房连接位置在裙房梁、板及地下室筏板上设宽度为800㎜后浇带，后浇带的板钢筋断开搭接，采用较梁、板混凝土高一个强度等级的无收缩混凝土在结构竖向变形差基本消除或筏板混凝土收缩大部分完成后浇筑。
4.4 扭转不规则的控制
本工程结构整体计算模型经过反复优化，在设计中严格控制楼层竖向构件最大的水平位移与该楼层水平位移平均值的比值，努力实现结构质量中心和刚度中心的接近或重合，并加强结构周边剪力墙的抗侧刚度，适当削弱核心筒的刚度，提高结构的抗扭性能。
在考虑水平风荷载作用下，本工程最大位移与楼层平均位移之比的最大值为1.21（X向），1.18（Y向），最大层间位移与平均层间位移之比的最大值为1.22（X向）、1.20（Y向）。
5 结语
本工程为平面不规则、扭转不规则、楼板不连续、竖向体型收进的大底盘多塔楼高层建筑。设计通过优化剪力墙的布置来减弱结构的扭转效应，缓解相邻楼层竖向刚度和承载力的差异。多塔楼结构振型复杂，且高振型对结构内力的影响大，当各塔楼质量和刚度分布不均匀时，结构扭转振动反应大，高振型对内力的影响更为突出，因此多塔楼结构各塔楼的层数、平面和刚度宜接近，塔楼对底盘宜对称布置，减小塔楼和底盘的刚度偏心。通过这些设计，在建设成本增加较小的前提下有效地避免了竖向体型收进层和其他薄弱部位在水平和竖向荷载作用下的应力和变形的集中，有效地避免了主要受力构件脆性破坏的可能，提高了关键构件的塑性耗能能力，较大地改善了结构的抗侧刚度和抗扭性能，有效地保障了结构的安全。