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摘要:建筑结构是建筑工程设计当中很关键的一项工作，结构设计不合理，不仅会影响建筑物的使用安全和使用年限，还会影响到企业的形象与品牌。本文根据工程案例，对大底盘、多塔楼的结构设计进行论述。
关键词:结构设计；多塔楼
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概述
某建筑工程由几幢住宅楼及公建楼组成，单体采用剪力墙形式（公建楼采用框架结构），地下室由几幢楼连接而成，属于超长型地下室，总建筑面积12万平方米。该工程效果图见图1。
图1 效果图
二、基础及地下室设计
（1）基础设计
基础混凝土强度等级C30，受力钢筋采用HRB400级。主楼采用筏板基础，筏板厚度取400～900mm，计算软件选用JCCAD筏板有限元计算软件进行分析，本工程抗浮设防水头为5m，结合持力层承载力及抗浮水位的条件，本工程纯地下车库部分采用独立柱基加防水板的基础形式，防水板厚度300mm，防水板顶标高与基础顶标高相同，防水板下设置50mm厚聚苯板，见图2。
防水板和独立基础分别计算，防水板计算划分见图3。板1 按四角支承的双向板模型计算，板2按两边嵌固单向板计算，分别配筋。独立基础的内力计算需要考虑两种效应的叠加，即上部荷载传至地基产生的净反力Qj和地下水作用时防水板传来的水浮力Qw，(Qw为作用在独立基础边的线荷载和线弯矩) 。根据以上几种荷载组合计算得出独立基础的配筋。
圖2 柱下基础大样
图3 柱基间抗水板计算划分
（2）主楼与车库交界处基础处理
本工程中1、2、3、6#住宅楼为地下一层，与其相连的车库为地下两层，故主楼和车库的底板存在一层的高差，在结构设计中特别应注意以下问题:主楼和车库的差异沉降；车库地下二层挡土墙的计算及挡土墙基础的计算；施工过程中交界处的放坡处理及对主楼筏板下土体的扰动。
本工程变标高处示意见图4，设计中主要采取以下措施: 由于本工程主楼及车库底板下主要持力层为粉质粘土夹卵石，承载力标准值达到了350kPa，压缩模量也在65MPa以上，故最终沉降量不大，经计算可以满足规范规定的差异变形要求。
车库地下二层挡土墙考虑主楼竖向力下传并扩散的影响进行荷载取值并计算配筋。对于基础设计中考虑了土体对墙体及基础的水平推力，将外墙和相邻一跨框架柱基础作为一个整体布置成筏板基础(其余车库内框架柱下为独立基础)，这样处理不仅可以加强挡土墙下支座的抗滑移能力，而且对于主楼下地基承载力及地基变形的计算都是有利的。
对于施工开挖过程中提出以下要求: 土体放坡面和水平面的夹角大于60 度，且在开挖后应尽早施工车库基础底板或采取护坡处理措施，对于超挖部分用混凝土回填至设计标高。
（3）车库部分楼盖体系设计
①整体分析
本工程纯地下车库部分采用现浇混凝土无梁楼板体系，共地下两层，地下二层为六级人防，平时车库，地下一层平时为车库，顶板考虑1．8m 覆土及消防车荷载。柱网尺寸5．0m～8．4m不等，大部分为8．4m，地下二层顶板厚度400mm，柱帽高800mm，柱帽平面尺寸2800mm。地下一层顶板厚450mm，柱帽高900mm，柱帽平面尺寸2800mm。见图5。
车库部分整体计算采用PKPM 软件中的SATWE 空间有限元分析软件计算，框架柱及楼板按实际尺寸输入，在需输入等代框架梁的位置上布置截面尺寸为100×100的矩形截面梁(虚梁)。在特殊构件定义里将板定义为弹性板六，使其真实地反映板平面内、外的刚度。在计算方法中选择“算法二”即总刚算法进行计算，以上计算主要用于基础及框架柱部分设计。
②无梁楼板计算方法
本工程无梁楼板采用两种方法计算:
a.方法一: 等代框架法
将整个楼板分别沿纵、横柱列两个方向划分，每个方向取0．5倍柱网跨度为柱上板带及跨中板带宽度。且两个方向分别按100%楼面荷载进行取值，由于柱上板带弯矩分配较多，钢筋过密不便于施工，在保证总弯矩值不变的前提下，对个别板带作调幅处理。
b.方法二: PKPM SLABCAD 复杂楼板有限元分析
有限元分析计算中应注意: 1) 两个方向柱上板带及跨中板的划分原则同“方法一”；2) 因SLABCAD模块无法进行活载不利分布计算，以至于板的跨中弯矩包络图比考虑活载不利分布计算时的弯矩包络图偏小，设计中应根据活荷载占总荷载的比例，对跨中弯矩乘放大系数，一般取1．1～1．2。
两种计算方法比较后得出，等代框架计算的结果略微偏大，对两种方法进行包络设计，作为最后施工图设计的依据。
（4）超长地下室设计措施
本工程地下车库及8、10#地下室均属超长结构，业主及建筑师要求不设置永久伸缩缝，因此本工程中没有设置永久伸缩缝，但采取如下结构措施来解决混凝土收缩问题:1) 每隔30～40m设置1m宽的温度后浇带，待浇筑2个月以后再以高一级的混凝土浇灌。后浇带位置均选在1/3～1/4梁跨范围内；2) 墙体配筋按照细而密的原则进行设计，减轻裂缝开展；3)选用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥；4)严格控制水灰比及砂石级配；5)做好混凝土的养护。
图4 车库外墙与主楼相交处节
图5 柱帽大样
三、上部结构设计
本工程除9#楼外，均采用剪力墙结构形式，充分利用楼电梯间井筒、分户墙、室内建筑隔墙设置剪力墙，以最大程度满足建筑使用功能的要求。本工程中由于单体较多，楼层数差异也比较大，因此墙厚取值方法不太一致。以层数较低的1#楼和层数较高的8#楼为例加以说明，1#楼地上六层，墙厚160保持不变；8#楼地上二十四层，六层以下墙厚取为250mm，六层及以上墙厚取为200mm，其中楼电梯间周围墙体厚度保持不变，应甲方要求，分户墙墙厚保持不变。混凝土强度从下至上采用C30不变。满足计算要求的前提下，在不影响建筑使用的部位开设结构洞，减小了钢筋用量，取得了较好的经济效益。
由于住宅中墙体较多，形成很多异形板，对结构板设计较为不利，并且因层高问题不能按照结构需要加梁，因此在“刀把板”拐角处加设600mm宽暗梁，消除角部应力集中问题，其示意图见图6。
屋顶设计过程中，要考虑温度应力的影响，要在板跨中配置板面温度钢筋，本工程中采用6钢筋，间距同受力板面钢筋间距。
四、经济指标
在设计过程中，经济指标一直是甲方最关心的问题，在满足规范要求的前提下，采取如下措施使经济效益最大化:
(1)独立基础上部不配钢筋，由板面钢筋拉通；挡土墙条形基础上部仅配置抵抗挡土墙弯矩钢筋。
(2)筏板基础及屋面板面筋采用拉通钢筋加附加钢筋形式，拉通钢筋采用构造配筋，弯矩较大处配置附加钢筋；楼板配筋尽量采用分离式配筋。
图6 暗梁布置示意
(3)挡土墙计算时尽量采用双向板计算模型，同时墙体拉通钢筋采用构造配筋，在弯矩较大处配置附加钢筋。
(4)上部结构混凝土墙体在计算允许条件下，开设结构洞，减小钢筋用量。
(5)约束边缘构件箍筋面积计入满足构造要求的拉通墙体水平筋面积，示意图如图7 所示。
图7 利用墙的水平分布筋代替约束边缘构件部分的箍筋
设计完成后，根据甲方提供的数据，地下车库用钢量135kg/m2，地上单体用钢量49kgm2，满足甲方的用钢量预期。
参考文献
[1] JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程
[2] GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范
[3] 徐培福主编. 复杂高层建筑结构设计中国建筑工业出版社，2005
[4] 方鄂华编著. 高层建筑钢筋混凝土结构概念设计 机械工业出版社，2004
关键词:结构设计；多塔楼
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、工程概述
某建筑工程由几幢住宅楼及公建楼组成，单体采用剪力墙形式（公建楼采用框架结构），地下室由几幢楼连接而成，属于超长型地下室，总建筑面积12万平方米。该工程效果图见图1。
图1 效果图
二、基础及地下室设计
（1）基础设计
基础混凝土强度等级C30，受力钢筋采用HRB400级。主楼采用筏板基础，筏板厚度取400～900mm，计算软件选用JCCAD筏板有限元计算软件进行分析，本工程抗浮设防水头为5m，结合持力层承载力及抗浮水位的条件，本工程纯地下车库部分采用独立柱基加防水板的基础形式，防水板厚度300mm，防水板顶标高与基础顶标高相同，防水板下设置50mm厚聚苯板，见图2。
防水板和独立基础分别计算，防水板计算划分见图3。板1 按四角支承的双向板模型计算，板2按两边嵌固单向板计算，分别配筋。独立基础的内力计算需要考虑两种效应的叠加，即上部荷载传至地基产生的净反力Qj和地下水作用时防水板传来的水浮力Qw，(Qw为作用在独立基础边的线荷载和线弯矩) 。根据以上几种荷载组合计算得出独立基础的配筋。
圖2 柱下基础大样
图3 柱基间抗水板计算划分
（2）主楼与车库交界处基础处理
本工程中1、2、3、6#住宅楼为地下一层，与其相连的车库为地下两层，故主楼和车库的底板存在一层的高差，在结构设计中特别应注意以下问题:主楼和车库的差异沉降；车库地下二层挡土墙的计算及挡土墙基础的计算；施工过程中交界处的放坡处理及对主楼筏板下土体的扰动。
本工程变标高处示意见图4，设计中主要采取以下措施: 由于本工程主楼及车库底板下主要持力层为粉质粘土夹卵石，承载力标准值达到了350kPa，压缩模量也在65MPa以上，故最终沉降量不大，经计算可以满足规范规定的差异变形要求。
车库地下二层挡土墙考虑主楼竖向力下传并扩散的影响进行荷载取值并计算配筋。对于基础设计中考虑了土体对墙体及基础的水平推力，将外墙和相邻一跨框架柱基础作为一个整体布置成筏板基础(其余车库内框架柱下为独立基础)，这样处理不仅可以加强挡土墙下支座的抗滑移能力，而且对于主楼下地基承载力及地基变形的计算都是有利的。
对于施工开挖过程中提出以下要求: 土体放坡面和水平面的夹角大于60 度，且在开挖后应尽早施工车库基础底板或采取护坡处理措施，对于超挖部分用混凝土回填至设计标高。
（3）车库部分楼盖体系设计
①整体分析
本工程纯地下车库部分采用现浇混凝土无梁楼板体系，共地下两层，地下二层为六级人防，平时车库，地下一层平时为车库，顶板考虑1．8m 覆土及消防车荷载。柱网尺寸5．0m～8．4m不等，大部分为8．4m，地下二层顶板厚度400mm，柱帽高800mm，柱帽平面尺寸2800mm。地下一层顶板厚450mm，柱帽高900mm，柱帽平面尺寸2800mm。见图5。
车库部分整体计算采用PKPM 软件中的SATWE 空间有限元分析软件计算，框架柱及楼板按实际尺寸输入，在需输入等代框架梁的位置上布置截面尺寸为100×100的矩形截面梁(虚梁)。在特殊构件定义里将板定义为弹性板六，使其真实地反映板平面内、外的刚度。在计算方法中选择“算法二”即总刚算法进行计算，以上计算主要用于基础及框架柱部分设计。
②无梁楼板计算方法
本工程无梁楼板采用两种方法计算:
a.方法一: 等代框架法
将整个楼板分别沿纵、横柱列两个方向划分，每个方向取0．5倍柱网跨度为柱上板带及跨中板带宽度。且两个方向分别按100%楼面荷载进行取值，由于柱上板带弯矩分配较多，钢筋过密不便于施工，在保证总弯矩值不变的前提下，对个别板带作调幅处理。
b.方法二: PKPM SLABCAD 复杂楼板有限元分析
有限元分析计算中应注意: 1) 两个方向柱上板带及跨中板的划分原则同“方法一”；2) 因SLABCAD模块无法进行活载不利分布计算，以至于板的跨中弯矩包络图比考虑活载不利分布计算时的弯矩包络图偏小，设计中应根据活荷载占总荷载的比例，对跨中弯矩乘放大系数，一般取1．1～1．2。
两种计算方法比较后得出，等代框架计算的结果略微偏大，对两种方法进行包络设计，作为最后施工图设计的依据。
（4）超长地下室设计措施
本工程地下车库及8、10#地下室均属超长结构，业主及建筑师要求不设置永久伸缩缝，因此本工程中没有设置永久伸缩缝，但采取如下结构措施来解决混凝土收缩问题:1) 每隔30～40m设置1m宽的温度后浇带，待浇筑2个月以后再以高一级的混凝土浇灌。后浇带位置均选在1/3～1/4梁跨范围内；2) 墙体配筋按照细而密的原则进行设计，减轻裂缝开展；3)选用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥；4)严格控制水灰比及砂石级配；5)做好混凝土的养护。
图4 车库外墙与主楼相交处节
图5 柱帽大样
三、上部结构设计
本工程除9#楼外，均采用剪力墙结构形式，充分利用楼电梯间井筒、分户墙、室内建筑隔墙设置剪力墙，以最大程度满足建筑使用功能的要求。本工程中由于单体较多，楼层数差异也比较大，因此墙厚取值方法不太一致。以层数较低的1#楼和层数较高的8#楼为例加以说明，1#楼地上六层，墙厚160保持不变；8#楼地上二十四层，六层以下墙厚取为250mm，六层及以上墙厚取为200mm，其中楼电梯间周围墙体厚度保持不变，应甲方要求，分户墙墙厚保持不变。混凝土强度从下至上采用C30不变。满足计算要求的前提下，在不影响建筑使用的部位开设结构洞，减小了钢筋用量，取得了较好的经济效益。
由于住宅中墙体较多，形成很多异形板，对结构板设计较为不利，并且因层高问题不能按照结构需要加梁，因此在“刀把板”拐角处加设600mm宽暗梁，消除角部应力集中问题，其示意图见图6。
屋顶设计过程中，要考虑温度应力的影响，要在板跨中配置板面温度钢筋，本工程中采用6钢筋，间距同受力板面钢筋间距。
四、经济指标
在设计过程中，经济指标一直是甲方最关心的问题，在满足规范要求的前提下，采取如下措施使经济效益最大化:
(1)独立基础上部不配钢筋，由板面钢筋拉通；挡土墙条形基础上部仅配置抵抗挡土墙弯矩钢筋。
(2)筏板基础及屋面板面筋采用拉通钢筋加附加钢筋形式，拉通钢筋采用构造配筋，弯矩较大处配置附加钢筋；楼板配筋尽量采用分离式配筋。
图6 暗梁布置示意
(3)挡土墙计算时尽量采用双向板计算模型，同时墙体拉通钢筋采用构造配筋，在弯矩较大处配置附加钢筋。
(4)上部结构混凝土墙体在计算允许条件下，开设结构洞，减小钢筋用量。
(5)约束边缘构件箍筋面积计入满足构造要求的拉通墙体水平筋面积，示意图如图7 所示。
图7 利用墙的水平分布筋代替约束边缘构件部分的箍筋
设计完成后，根据甲方提供的数据，地下车库用钢量135kg/m2，地上单体用钢量49kgm2，满足甲方的用钢量预期。
参考文献
[1] JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程
[2] GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范
[3] 徐培福主编. 复杂高层建筑结构设计中国建筑工业出版社，2005
[4] 方鄂华编著. 高层建筑钢筋混凝土结构概念设计 机械工业出版社，2004