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摘要：本文针对双塔楼复杂高层结构采用两种程序进行计算分析、比较，并对体型收进部位及裙房周边构件加强构造措施。
关键词：结构设计；整体计算分析；构件构造加强
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
某高层建筑双塔：Ａ塔共17层，塔顶总高度为80.5ｍ，采用框筒结构；Ｂ塔共６层，Ｂ塔塔顶总高度为39.2ｍ，采用框剪结构；地上裙房３层，地下室一层，属于Ａ级高度钢筋混凝土高层建筑，平面图详见图１。本工程建筑设计荣获优秀创作奖，为满足建筑功能及立面造型的要求，两栋塔楼间不设防震缝。裙房平面轮廓尺寸约为40ｍ×85ｍ，Ａ塔、Ｂ塔平面轮廓尺寸分别约为34ｍ×33ｍ、44ｍ×16ｍ，两塔楼非对称布置，属复杂高层双塔结构。
本工程抗震设防类别为丙类，场地基本烈度为７度，基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第二组，场地土类别Ⅲ类，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010），A、B塔抗震等级为二级，与Ａ、Ｂ塔相连的裙房在主楼相关范围（一般指主楼周边外延不少于三跨的裙房结构）内，裙房抗震等级不应低于主楼，抗震等级也取为二级。因此本工程剪力墙和框架抗震等级均为二级。
根据地质报告所揭示的地质情况，基础选用锤击式预应力混凝土管桩，桩尖持力层选用第７层（强风化花岗岩层），要求桩端全断面进入持力层不小于1.2ｍ。为调整不均匀沉降，在Ａ塔与裙房间设置沉降后浇带。
2结构计算分析
计算分析采用中国建筑科学研究院PKPM系列软件SATWE、PMASP，按以下步骤进行：先将多塔结构分开成单塔结构，对单塔带底盘进行分析，再将单塔模型拼装为双塔模型，注意单塔模型整体性能指标和双塔模型内力配筋计算结果的合理性，以反复进行方案调整。地震作用分析方法采用总刚分析方法，层刚度比为地震剪力与地震层间位移之比。模拟施工计算方法选用模拟施工三，由于模拟施工三的计算分析同时考虑刚度的逐层形成和荷载的逐层累加，是最符合实际施工情况的模拟。
2.1分塔计算分析
按建筑平面布局，Ａ塔标准层结构呈正方形，Ｂ塔标准层结构呈长方形，Ａ塔、Ｂ塔结构平面布置见图1、图2。由于受到建筑平面布局和立面造型的限制，结构平面布置存在一定偏心。针对以上特点，结构设计在塔楼平面布置中按照均匀分散布置剪力墙的原则，将剪力墙主要布置于电梯井道四周。Ｂ塔设计时将剪力墙布置在Ｂ塔结构上半部的电梯和楼梯间周围，以期减小两塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离
图1 A塔结构平面布置图
图2 B塔结构平面布置图
使之远小于底盘相应边长的20％，减小平面扭转。框架柱布置主要采用柱距８ｍ左右的柱网，在保证结构受力要求的基础上兼顾建筑需要。在结构设计中，采用能反应楼板实际刚度的弹性楼板模型对结构进行细化分析，并且在配筋中考虑楼板的面内应力，增加板内的配筋率，抵抗由于扭转带来的内力。计算中考虑扭转耦联及双向地震作用，对于结构整体性能设计的关键指标如周期、周期比、位移、剪重比、位移比以及振型参与质量与总质量之比等均满足规范要求。
2.2双塔整体计算分析
本工程A、B塔层数不同，且布置在裙房两端，属非对称双塔结构［１］。非对称双塔结构由于存在双向偏心，其所有振型皆为平扭耦联振型，可能以平动为主，也可能以扭转为主。因此在计算分析时应选取足够的振型以满足设计精度要求，结合本工程实际情况选用振型数为18个。
经双塔整体计算模型与单塔带底盘模型计算结果比较表明，将大底盘多塔结构简化为单塔楼带底盘结构进行计算，会低估高塔的反应，而高估低塔的反应。双塔整体计算时周期较短、剪重比较小、规定水平力下最大层位移比较小；Ａ，B塔在双塔模型中配筋略大于单塔模型；在底盘结构１－Ｄ轴～２－Ａ轴两塔相接即裙房范围内，与塔楼相邻２跨～３跨间裙房受塔楼影响较明显，受力最大部位集中在两塔楼间相连部位，单塔模型计算时该范围内框架梁配筋有所增大。因此施工图设计时，采用双塔整体计算模型与单塔带底盘模型中计算结果较大者作为配筋参考。
３结构构造措施
双塔结构在竖向体型收进部位，结构侧向刚度沿竖向发生相对剧烈的变化，侧向刚度的变化部位也是结构相对薄弱的部位；而塔楼偏心收进时，两塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离虽远小于底盘相应边长的20％，但偏心值仍较大，扭转仍较大，收进部位周边结构构件受力明显增大。为降低刚度突变、内力突变，采取加强端部构件如加强柱墙构造措施、增加梁高来提高抗扭刚度，减少结构扭转效应；对裙房屋面板以及上下层楼板进行必要的楼板加厚或配筋加强以提高整体性。
框架柱及剪力墙构件的加强
剪力墙作為主要的抗侧力构件，在计算中按基本振型作用下，底部数层承担的地震倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50％控制。在构造上，剪力墙底部加强区高度取至底盘屋面上一层，在加强区范围内，剪力墙均设置约束边缘构件。Ａ、Ｂ塔在裙房屋面以下各层及上１层范围内，剪力墙构造措施增大一级，并适当加厚。塔楼中与裙房连接体相连的外围柱，从地下室顶板至裙房屋面上一层的高度范围内，用降低框架柱的轴压比限值（减少0.05），并将柱的配箍率的抗震等级提高一级予以加强。
裙房屋面梁的加强
经计算结果分析，与塔楼相邻２跨～３跨间底盘结构受塔楼影响较明显，因此该部位裙房屋面梁底筋、腰筋和不少于１／３的面筋均通长设置。位于两塔楼之间１－Ｄ轴～２－Ａ轴裙房连接体的屋面梁，受力最为复杂，在构造上采取加宽梁宽至400ｍｍ，上、下部钢筋均通长设置，并采取加大腰筋等措施加强。
3.3楼、屋盖结构加强
裙房屋面楼板起着协调裙房与塔楼整体变形的重要作用，为了保证底部裙房房屋顶层能传递塔楼的水平地震力，加大裙房屋顶层的刚度，按规范要求，该层楼板厚度取150ｍｍ，楼板钢筋双层双向配置，控制最小配筋率0.25％。为加强整体性，裙房屋面 上、下层结构 的楼面也适当加强，楼板厚度取为120ｍｍ，钢筋双层双向配置。
3.4底盘屋面结构构造措施
由于本工程底盘屋面较长，已超出规范中关于伸缩缝最大间距的规定。在结构设计中，采用设置后浇带以减小收缩应力，并在屋面板配筋中考虑温度应力因素，适当加大。
４结语
根据上述的结构计算和分析，本工程高层建筑的计算内力和变形等数据均满足设计规范的要求。通过对本工程的计算和分析使笔者认识到：
1）非对称双塔结构受力机理比较复杂，建议尽量采用两种程序进行计算分析、比较，并在竖向刚度突变处采取措施进行加强。双塔与单塔模型计算结果对比表明，双塔整体计算时周期较短、剪重比较小、层位移比较小；Ａ，Ｂ塔在双塔模型中配筋略大于单塔模型。而底盘结构受塔楼影响，在单塔计算模型中与塔楼相邻２跨～３跨范围内配筋较大，因此施工图设计时取大底盘双塔模型与单塔带底盘模型中计算结果较大者。
2）虽然按规范要求控制了结构质心的偏心距不大于底盘相应方向尺寸的20％，但由于质心偏心的实际存在，底盘的扭转位移就实际存在，因此底盘周边竖向构件抗震构造应予以加强，一般可采用降低框架柱的轴压比限值（减少0.05），并将柱配箍率的抗震等级提高一级予以加强。
3）Ａ塔属框筒结构，应采用施工模拟三做计算分析，考虑了框架柱与筒体的压缩变形差引起的内力增大，使内力、配筋计算更为科学合理。
参考文献
唐兴荣．特殊和复杂高层建筑结构设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，2006.
［2］GB50011－2010．建筑设计抗震规范［S］.
关键词：结构设计；整体计算分析；构件构造加强
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
某高层建筑双塔：Ａ塔共17层，塔顶总高度为80.5ｍ，采用框筒结构；Ｂ塔共６层，Ｂ塔塔顶总高度为39.2ｍ，采用框剪结构；地上裙房３层，地下室一层，属于Ａ级高度钢筋混凝土高层建筑，平面图详见图１。本工程建筑设计荣获优秀创作奖，为满足建筑功能及立面造型的要求，两栋塔楼间不设防震缝。裙房平面轮廓尺寸约为40ｍ×85ｍ，Ａ塔、Ｂ塔平面轮廓尺寸分别约为34ｍ×33ｍ、44ｍ×16ｍ，两塔楼非对称布置，属复杂高层双塔结构。
本工程抗震设防类别为丙类，场地基本烈度为７度，基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第二组，场地土类别Ⅲ类，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010），A、B塔抗震等级为二级，与Ａ、Ｂ塔相连的裙房在主楼相关范围（一般指主楼周边外延不少于三跨的裙房结构）内，裙房抗震等级不应低于主楼，抗震等级也取为二级。因此本工程剪力墙和框架抗震等级均为二级。
根据地质报告所揭示的地质情况，基础选用锤击式预应力混凝土管桩，桩尖持力层选用第７层（强风化花岗岩层），要求桩端全断面进入持力层不小于1.2ｍ。为调整不均匀沉降，在Ａ塔与裙房间设置沉降后浇带。
2结构计算分析
计算分析采用中国建筑科学研究院PKPM系列软件SATWE、PMASP，按以下步骤进行：先将多塔结构分开成单塔结构，对单塔带底盘进行分析，再将单塔模型拼装为双塔模型，注意单塔模型整体性能指标和双塔模型内力配筋计算结果的合理性，以反复进行方案调整。地震作用分析方法采用总刚分析方法，层刚度比为地震剪力与地震层间位移之比。模拟施工计算方法选用模拟施工三，由于模拟施工三的计算分析同时考虑刚度的逐层形成和荷载的逐层累加，是最符合实际施工情况的模拟。
2.1分塔计算分析
按建筑平面布局，Ａ塔标准层结构呈正方形，Ｂ塔标准层结构呈长方形，Ａ塔、Ｂ塔结构平面布置见图1、图2。由于受到建筑平面布局和立面造型的限制，结构平面布置存在一定偏心。针对以上特点，结构设计在塔楼平面布置中按照均匀分散布置剪力墙的原则，将剪力墙主要布置于电梯井道四周。Ｂ塔设计时将剪力墙布置在Ｂ塔结构上半部的电梯和楼梯间周围，以期减小两塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离
图1 A塔结构平面布置图
图2 B塔结构平面布置图
使之远小于底盘相应边长的20％，减小平面扭转。框架柱布置主要采用柱距８ｍ左右的柱网，在保证结构受力要求的基础上兼顾建筑需要。在结构设计中，采用能反应楼板实际刚度的弹性楼板模型对结构进行细化分析，并且在配筋中考虑楼板的面内应力，增加板内的配筋率，抵抗由于扭转带来的内力。计算中考虑扭转耦联及双向地震作用，对于结构整体性能设计的关键指标如周期、周期比、位移、剪重比、位移比以及振型参与质量与总质量之比等均满足规范要求。
2.2双塔整体计算分析
本工程A、B塔层数不同，且布置在裙房两端，属非对称双塔结构［１］。非对称双塔结构由于存在双向偏心，其所有振型皆为平扭耦联振型，可能以平动为主，也可能以扭转为主。因此在计算分析时应选取足够的振型以满足设计精度要求，结合本工程实际情况选用振型数为18个。
经双塔整体计算模型与单塔带底盘模型计算结果比较表明，将大底盘多塔结构简化为单塔楼带底盘结构进行计算，会低估高塔的反应，而高估低塔的反应。双塔整体计算时周期较短、剪重比较小、规定水平力下最大层位移比较小；Ａ，B塔在双塔模型中配筋略大于单塔模型；在底盘结构１－Ｄ轴～２－Ａ轴两塔相接即裙房范围内，与塔楼相邻２跨～３跨间裙房受塔楼影响较明显，受力最大部位集中在两塔楼间相连部位，单塔模型计算时该范围内框架梁配筋有所增大。因此施工图设计时，采用双塔整体计算模型与单塔带底盘模型中计算结果较大者作为配筋参考。
３结构构造措施
双塔结构在竖向体型收进部位，结构侧向刚度沿竖向发生相对剧烈的变化，侧向刚度的变化部位也是结构相对薄弱的部位；而塔楼偏心收进时，两塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离虽远小于底盘相应边长的20％，但偏心值仍较大，扭转仍较大，收进部位周边结构构件受力明显增大。为降低刚度突变、内力突变，采取加强端部构件如加强柱墙构造措施、增加梁高来提高抗扭刚度，减少结构扭转效应；对裙房屋面板以及上下层楼板进行必要的楼板加厚或配筋加强以提高整体性。
框架柱及剪力墙构件的加强
剪力墙作為主要的抗侧力构件，在计算中按基本振型作用下，底部数层承担的地震倾覆力矩大于结构总倾覆力矩的50％控制。在构造上，剪力墙底部加强区高度取至底盘屋面上一层，在加强区范围内，剪力墙均设置约束边缘构件。Ａ、Ｂ塔在裙房屋面以下各层及上１层范围内，剪力墙构造措施增大一级，并适当加厚。塔楼中与裙房连接体相连的外围柱，从地下室顶板至裙房屋面上一层的高度范围内，用降低框架柱的轴压比限值（减少0.05），并将柱的配箍率的抗震等级提高一级予以加强。
裙房屋面梁的加强
经计算结果分析，与塔楼相邻２跨～３跨间底盘结构受塔楼影响较明显，因此该部位裙房屋面梁底筋、腰筋和不少于１／３的面筋均通长设置。位于两塔楼之间１－Ｄ轴～２－Ａ轴裙房连接体的屋面梁，受力最为复杂，在构造上采取加宽梁宽至400ｍｍ，上、下部钢筋均通长设置，并采取加大腰筋等措施加强。
3.3楼、屋盖结构加强
裙房屋面楼板起着协调裙房与塔楼整体变形的重要作用，为了保证底部裙房房屋顶层能传递塔楼的水平地震力，加大裙房屋顶层的刚度，按规范要求，该层楼板厚度取150ｍｍ，楼板钢筋双层双向配置，控制最小配筋率0.25％。为加强整体性，裙房屋面 上、下层结构 的楼面也适当加强，楼板厚度取为120ｍｍ，钢筋双层双向配置。
3.4底盘屋面结构构造措施
由于本工程底盘屋面较长，已超出规范中关于伸缩缝最大间距的规定。在结构设计中，采用设置后浇带以减小收缩应力，并在屋面板配筋中考虑温度应力因素，适当加大。
４结语
根据上述的结构计算和分析，本工程高层建筑的计算内力和变形等数据均满足设计规范的要求。通过对本工程的计算和分析使笔者认识到：
1）非对称双塔结构受力机理比较复杂，建议尽量采用两种程序进行计算分析、比较，并在竖向刚度突变处采取措施进行加强。双塔与单塔模型计算结果对比表明，双塔整体计算时周期较短、剪重比较小、层位移比较小；Ａ，Ｂ塔在双塔模型中配筋略大于单塔模型。而底盘结构受塔楼影响，在单塔计算模型中与塔楼相邻２跨～３跨范围内配筋较大，因此施工图设计时取大底盘双塔模型与单塔带底盘模型中计算结果较大者。
2）虽然按规范要求控制了结构质心的偏心距不大于底盘相应方向尺寸的20％，但由于质心偏心的实际存在，底盘的扭转位移就实际存在，因此底盘周边竖向构件抗震构造应予以加强，一般可采用降低框架柱的轴压比限值（减少0.05），并将柱配箍率的抗震等级提高一级予以加强。
3）Ａ塔属框筒结构，应采用施工模拟三做计算分析，考虑了框架柱与筒体的压缩变形差引起的内力增大，使内力、配筋计算更为科学合理。
参考文献
唐兴荣．特殊和复杂高层建筑结构设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，2006.
［2］GB50011－2010．建筑设计抗震规范［S］.