大底盘对上部塔楼的双重影响

 

整体带裙房模型，相比单塔模型，增加了底部约束，所以整体刚度更大，层间位移角相对较小。 我们通常认为，按单塔模型进行设计，是偏保守的； 只要单塔模型层间位移角满足规范要求，整 体模型一般自有富裕。

遗憾的是，上述观点是错误的。

当大底盘裙房层数较多，整体模型计算得到的地震层剪力以及层间位移角将明显大于单塔模型。结合我们做过的项目以及相关文献，以下给出四个实际案例。

1、深圳太子湾某公寓塔楼

公寓塔楼地上50层，高度192m，裙房6层，高度33.6m；裙房与塔楼高度比为0.175；

上图X方向，整体模型的层剪力明显大于单塔楼计算结果，Y向则较为接近。

上图X方向，整体模型的层间位移角明显大于单塔模型，Y向则相反。

2、合肥华润中心

地上裙房6层，结构高度30.7m；2号塔楼地上44层，结构高度178.6m；1号塔楼地上56层，结构高度250m。

1号楼与2号楼在X、Y方向，整体模型层剪力均明显大于单塔模型。

3、山西太原万柏林区某综合体

大底盘裙房地上八层，裙房总高度44.5m，办公楼A、办公楼B地上40层，总高度155.7m，裙房与塔楼高度比0.286；

主楼整体模型与单塔模型相比：
1）对 A 塔模型 X 方向层剪力放大系数约为 1.03~1.40，Y 方向 只在结构中上部 25 层~35 层出现剪力放大，层剪力放大系 数约为 1.01~1.07;
2）对 B 塔模型 X 方向只在 28 层出现剪力放大，层剪力放大系数约为1.03，Y 方向层剪力放大系数约 为 1.01~1.08，层弯矩放大系数约为 1.08~1.20；

4、兰州盛达金城广场项目

A塔楼，地上39层，结构总高度165.5m；B楼，地上51层，结构总高度205.7m。地上裙房9层，结构高度46.7m。

A塔楼，整体模型层剪力小于单塔计算结果。

B塔楼，整体模型层剪力大于单塔计算结果。

5、大底盘对上部塔楼的影响

实际项目，裙房与塔楼之间的位置关系千差万别，单塔模型与整体模型计算指标不容易把握。

接下来，我们建立标准跨模型，进行分析对比。标准跨度8.1m，塔楼长宽分别为3跨，整体模型为8跨X8跨，塔楼居中。

大底盘单塔结构三维模型

层高4.5m，塔楼层数为29层，结构总高度130.5m。裙房分别考虑1层、2层、4层及6层共四种情况。

注：单塔模型为单塔带3跨裙房；

对比上表可以发现，整体模型，相比单塔模型，第一阶振动周期均有所减小。但层间位移角规律不同，当裙房层数为一层和两层时，整体模型的最大层间位移角有所减小；当裙房层数为四层和六层时，整体模型的最大层间位移角反而有所增大。

裙房层数不同时，单塔模型与整体模型层间位移角对比如下所示：

裙房层数为一层时，层间位移角对比

整体模型层间位移角略小于单塔模型，层间位移角曲线分布规律一致。

裙房层数为二层时，层间位移角对比

整体模型层间位移角已明显小于单塔模型，层间位移角曲线分布规律一致。

裙房层数为四层时，层间位移角对比

整体模型层间位移角明显大于单塔模型，层间位移角曲线分布规律不同。大底盘顶部，整体模型层间位移角小于单塔模型，底盘上部，整体模型层间位移角有甩出现象。

裙房层数为六层时，层间位移角对比

整体模型层间位移角明显大于单塔模型，层间位移角曲线分布规律不同。大底盘顶部，整体模型层间位移角小于单塔模型，底盘上部，整体模型层间位移角有甩出现象。

不同裙房层数，整体模型层间位移角曲线对比

裙房层数越多，底盘上部位移角甩出现象越明显。

裙房层数不同时，单塔模型与整体模型层剪力对比如下所示：

裙房层数为一层时，层剪力对比

裙房层数为二层时，层剪力对比

裙房层数为四层时，层剪力对比

裙房层数为六层时，层剪力对比

不同裙房层数，整体模型层剪力对比

通过上述对比，我们发现，大底盘对塔楼计算，具有双重影响：当底盘层数较少时，底盘对塔楼主要起约束作用，考虑大底盘之后，层间位移角有所减小；当底盘层数较多时，底盘对塔楼地震响应起放大作用，考虑大底盘后，层间位移角有所增加。

考虑大底盘裙房的影响，结构动力特性（包括振型）发生变化，底盘对上部振型有放大作用，裙房层数越多，上部结构层剪力越大。

6、多塔对上部塔楼的影响

在部分文献中，某些同行将底盘对上部塔楼地震响应的放大作用归因为多塔之间的影响。这部分来简要分析这个问题。

建立一个标准跨的大底盘双塔模型，如下图所示。当裙房层数为2层及6层时，分别对比大底盘双塔模型、大底盘单塔模型以及3跨裙房单塔模型的层间位移角及地震剪力。

标准跨大底盘双塔模型

当裙房层数为2层时，单塔、大底盘单塔及大底盘双塔层间位移角对比如下图所示：

2层裙房，层间位移角对比

考虑2层大底盘之后，X向层间位移角均有增加，但双塔会减小层间位移角的增加趋势。此结论与上节不同，其区别在于本节中的大底盘更大。可见，底盘的大小（不仅是层数）对上部塔楼层间位移角也有较大影响。

当裙房层数为6层时，单塔、大底盘单塔及大底盘双塔层间位移角对比如下图所示：

6层裙房，层间位移角对比

考虑6层大底盘之后，X向层间位移角显著增加，双塔依然会减小层间位移角的增加趋势。

当裙房层数为2层时，单塔、大底盘单塔及大底盘双塔地震层剪力对比如下图所示：

2层裙房，地震层剪力对比

当裙房层数为6层时，单塔、大底盘单塔及大底盘双塔地震层剪力对比如下图所示：

6层裙房，地震层剪力对比

裙房层数为2层及6层时，大底盘对上部塔楼层剪力的影响规律基本一致。考虑双塔，会减小层剪力的增加趋势。

可见，大底盘多塔结构上部层间位移角的放大现象，其主要原因在于大底盘，而非多塔影响。

7、结论

当大底盘层数较少、刚度较小时，大底盘对上部塔楼主要起约束作用，考虑大底盘，层间位移角有所减小；当大底盘层数较多，刚度较大时，大底盘对上部塔楼层间位移角起放大作用。

考虑大底盘，结构质量及刚度分布会发生变化，结构底部刚度较大，对上部振型有放大作用。

在本次分析中，同为大底盘，考虑双塔，会减小地震层间位移角及层剪力。

来源：JIE构生活。