多塔、有缝及错层
结构的设计
编写：黄吉锋
中国建筑科学研究院软件所
目录
1 多塔结构
2 有, 缝, 结构
3 错层结构
4 顶部 小塔楼
1.多塔结构
?塔的概念，刚性板的概念
?规范条文规定
?计算模型
?多塔交互定义
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
?塔是工程概念
?各塔独立计算风荷载，计算一个塔的风荷载时，
就好像其余塔不存在
?塔之间遮挡的考虑可以通过交互定义实现
?位移、位移比分塔统计
?剪重比分塔统计
?偶然偏心地震的偏心距分塔考虑
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
多塔工程例：大底盘七塔之大底盘
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
多塔工程例：大底盘七塔之七塔
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
?刚性楼板是力学概念
?同一刚性楼板上的节点的面内位移满足同一个刚
体运动场：
?刚性楼板假定可以理解为对计算模型的降阶手段，
从而提高计算效率
?刚性楼板假定又可以理解为对工程中一类特定楼
板的一种模拟，哪类特定楼板？ ----面内刚度足
够大，面外刚度可忽略的楼板
0
000
~~
)~~(
~~~
??
?
?
???? rruu
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
?综合以上：塔和刚性楼板在概念上是完全不同的两
个东西，不应混淆。将塔与刚性楼板在头脑中默认
为一个东西，是错误观念，殊不可取！
?详言之，在实际工程中,塔的构成可以这样表达：
1个塔 = N1 块刚性板 +
N2 块弹性板 +
N3 个孤立节点
这里,N1,N2,N3 取 0,1,2,3,…
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
刚性板 1
刚性板 2
弹性板区域
一
个
塔
可
以
这
样
来
构
成
多塔结构：规范规定
L
D<0.2L D<0.2L
D不宜大于 0.2L,以控制扭转效应
?多塔楼结构的平立面布置层数、平面、刚度
宜接近；塔楼对底盘宜对称；质心距 <20%L。
多塔结构：规范规定
这三个楼层
楼板宜加强
该层楼板
厚度宜大
于 150mm
该层及以上
楼层均不宜
设置转换层
?底盘屋面楼板板厚不低于 150MM,相邻上下层楼板
构造加强。
?转换层不宜做在底盘屋面上一层塔楼内
多塔结构：规范规定
粗红线标
出了宜加
强的部位
?多塔楼之间裙房连接体的屋面梁、塔楼中与裙房
连接体相连的外围柱和剪力墙均宜加强
（提高构造配筋，做约束边缘构件）
多塔结构：计算模型
?周期比控制的计算模型
?建立多个单塔模型，分塔验算、控制。上部有强连接
的多塔，尚应补充验算整体周期比
?可以采用强制刚性楼板假定
?位移比控制的计算模型
?按整体模型建模计算并验算
?可以采用强制刚性楼板假定
?结构配筋设计的计算模型 1 （推荐）
（适用于所有多塔类型）
?整体建模分析、设计
?楼板按照真实情况计算，不做强制刚性楼板假定
?选取足够多的振型，使得有效质量系数超过 90%
?该模型理论上正确，设计基础方便
多塔结构：计算模型
多塔结构：计算模型
整体
建模
整体
分析
设计
?结构配筋设计的计算模型 2
（针对仅地下室相连，地上完全分开的多塔结构）
?各塔地上部分单独建模，单独设计，嵌固点取在正
负零位置（ 2.0总是满足）
?整体建模，设计地下室，传基础力。
?各塔底层 (地上一层 )的设计结果，两种模型取保守。
?该模型易于把握，设计上可行
多塔结构：计算模型
多塔结构：计算模型
地上
部分
各自
建模
分析
设计
?结构配筋设计的计算模型 3
（针对地上有裙楼、裙楼以上完全分开的多塔结构）
?每塔建立一个计算模型，该模型包括塔本身、完整的
裙楼和完整的地下室，嵌固点取在基础顶面，该塔裙
楼以上部分及位于裙楼中的塔范围以内的部分可以采
用该分离模型设计。
?整体建模分析，设计裙楼、地下室，传基础力。
?差异较大的部分的设计结果，两种模型取保守。
?该模型易于把握，设计上可行，但部分区域的
设计结果要比较取保守，较繁琐。
多塔结构：计算模型
多塔结构：计算模型
采用这样的分离模型设计各塔
多塔结构：图形交互定义
?多塔结构需用户以围区方式定义；
?如存在遮挡，可以定义遮挡面，以准确计算风荷载
?刚性楼板信息由程序自动搜索，无需用户交互操作；
?建议以最高的塔为一号塔，以下依次按高度排列。
?多塔定义的合理性程序可以自动检查
多塔结构：图形交互定义
?什么是合理的多塔定义？
?完整性,结构的每一部分都有定义，不能遗漏
?无矛盾,同一构件，不能既属于 A塔又属于 B塔
?非空性,定义的塔范围的多边形内至少应包含
一个构件，不能为空
2.有, 缝, 结构
?规范规定
?有缝结构的特点
?有缝结构的计算模型
有缝结构：规范规定
?伸缩缝：,混凝土结构设计规范,9.1.1条，
规定了排架结构，框架结构、剪力墙结构等的
伸缩缝的最大间距。
?沉降缝：,地基基础设计规范》规定了沉降缝
的设置要求。
?防震缝：,抗震设计规范,6.1.4条，规定了
防震缝设置要求。
有缝结构,特点
?设缝结构可以看作一类特别的多塔结构，只不过
塔之间的距离非常之小而已。
?由于缝的宽度很小，导致缝隙面不是迎风面。需
要定义遮挡面以准确计算风荷载。
有缝结构,特点
有缝结构：计算模型
?各部分独立计算, 建立多个计算模型
? 这种方法针对缝自顶到底将结构完全分开, 只有基础相
连的情况 。
? 计算风荷载时, 程序把缝所在的面也作为迎风面, 该方
向的风荷载计算值偏大, 为此可定义遮挡面 。
?各部分一起计算, 建立一个整体计算模型
? 原则上各种设缝结构均可做整体计算
? 应把每个结构单元定义为独立的塔
? 参与振型取得足够多, 使有效质量系数超过 90%
? 定义遮挡面, 准确计算风荷载
3.错层结构
?错层结构的基本特征
?计算模型
?模型输入
?错层信息生成
?越层柱的计算长度系数
?层刚度比
?位移比和周期比
?规范条文规定
错层结构：基本特征
?同一楼层平面内，部分区域有楼板，部分区域
没楼板
?在没有楼板的区域内，往往形成大量越层构件
?越层构件上的越层节点的位移不受楼板或梁的
约束，可以自由变位
一部分有楼板，一部分无楼板，这是错
层结构的基本特征
错层结构：基本特征
错层结构：计算 模型
?忽略不大的高差
当错层高度不大于框架梁的截面高度时，一般
可以近似地忽略错层因素影响，可以归并为同
一楼层参加结构计算，这一楼层的标高可近似
取两部分楼面标高的平均值；
?高差较大时需要准确考虑错层
当错层高度大于框架梁的截面高度时，各部分
楼板应作为独立楼层参加整体计算，不宜归并
为一层，此时每一个错层部分都应视为独立楼
层。
错层结构,模型输入
?框架错层结构,可以利用修改梁节点标高的方
式，来输入错层梁或者斜梁
?剪力墙错层结构,以楼板为界，将一个楼层划
分为多个楼层输入。
?多塔错层,当不同的塔楼具有不同的层高时，
在 PM建模时先按同一个层高输入，然后到计算
程序（ SATWE,PMSAP） 的多塔修改模块里修改各
塔的层高。
错层结构,模型输入
错层结构,错层信息生成
?自动考虑越层节点为弹性节点,软件自动将错
层构件在楼层平面内的节点设为独立的弹性节
点，不受楼板计算假定限制，因而能更真实地
反应结构的实际受力状态。
?自动搜索每一段越层柱的长度折算系数,对于
错层结构，程序判断柱和墙是否越层的原则是：
既不和梁相连，又不和楼板相连。程序自动按
上述原则搜索出越层信息，从而确定越层柱的
折算系数。
?何谓柱的长度折算系数？ 比如某越层柱高 H,分
为三段输入，各段高 H1,H2,H3,则每一柱段的
长度折算系数分别为 H/H1,H/H2,H/H3。
错层结构：越层柱长度系数计算
以越层柱 H=H1+H2+H3 为例：
1.针对完整的柱 H计算其计算长度系数 LCOEF
2.计算各个柱段的长度折算系数
C1=H/H1 C2=H/H2 C3=H/H3
3.从而，各个柱段的计算长度系数为 (也就是用
户见到的柱长度系数 )：
LCOEF1 = C1*LCOEF
LCOEF2 = C2*LCOEF
LCOEF3 = C3*LCOEF
4.可见，越层柱各柱段的计算长度系数实际上
是 折算长度系数 乘上 计算长度系数
错层结构：层刚度比
?层刚度比仅作参考
因为在 PM中输入的计算层与真实结构的楼层不一
定一致,所以软件输出的层刚度比也不一定是真
实楼层间的刚度比,这一点需设计人员注意,
错层结构：位移比和周期比
?采用强制刚性楼板假定
?位移比、周期比均有效
错层结构：规范 规定
?高规第 10.4.4条规定,错层处框加柱的截面高度
不应小于 600mm,混凝土强度等级不应低于
C30,抗震等级应提高一级采用，箍筋应全柱
段加密。
?高规第 10.4.5条规定,错层处平面外受力的剪力
墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于
200mm,抗震设计时不应小于 205mm,并均应
设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提
高一级采用。错层混凝土强度等级不应低于
C30,水平和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震
设计时不应低于 0.3%，抗震设计时不应低于
0.5%。
4.顶部 小塔楼
?采用基底剪力法时，根据《抗震设计规范》
(5.2.4)条，突出屋面部分的地震作用效应宜
乘以增大系数 3；
?采用振型分解法时，突出屋面部分每层可作为
一个质点，并取足够的计算振型。同时建议按
照抗震规范（ 5.2.5）条控制屋面小塔楼每一
层的剪重比。
参考文献
1.《高层规程 JGJ3-2002》
2.陈岱林，李云贵，魏文朗,,多层
及高层结构 CAD软件高级应用》，
中国建筑工业出版社,2004
结构的设计
编写：黄吉锋
中国建筑科学研究院软件所
目录
1 多塔结构
2 有, 缝, 结构
3 错层结构
4 顶部 小塔楼
1.多塔结构
?塔的概念，刚性板的概念
?规范条文规定
?计算模型
?多塔交互定义
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
?塔是工程概念
?各塔独立计算风荷载，计算一个塔的风荷载时，
就好像其余塔不存在
?塔之间遮挡的考虑可以通过交互定义实现
?位移、位移比分塔统计
?剪重比分塔统计
?偶然偏心地震的偏心距分塔考虑
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
多塔工程例：大底盘七塔之大底盘
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
多塔工程例：大底盘七塔之七塔
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
?刚性楼板是力学概念
?同一刚性楼板上的节点的面内位移满足同一个刚
体运动场：
?刚性楼板假定可以理解为对计算模型的降阶手段，
从而提高计算效率
?刚性楼板假定又可以理解为对工程中一类特定楼
板的一种模拟，哪类特定楼板？ ----面内刚度足
够大，面外刚度可忽略的楼板
0
000
~~
)~~(
~~~
??
?
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???? rruu
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
?综合以上：塔和刚性楼板在概念上是完全不同的两
个东西，不应混淆。将塔与刚性楼板在头脑中默认
为一个东西，是错误观念，殊不可取！
?详言之，在实际工程中,塔的构成可以这样表达：
1个塔 = N1 块刚性板 +
N2 块弹性板 +
N3 个孤立节点
这里,N1,N2,N3 取 0,1,2,3,…
多塔结构：塔的概念，刚性
楼板的概念
刚性板 1
刚性板 2
弹性板区域
一
个
塔
可
以
这
样
来
构
成
多塔结构：规范规定
L
D<0.2L D<0.2L
D不宜大于 0.2L,以控制扭转效应
?多塔楼结构的平立面布置层数、平面、刚度
宜接近；塔楼对底盘宜对称；质心距 <20%L。
多塔结构：规范规定
这三个楼层
楼板宜加强
该层楼板
厚度宜大
于 150mm
该层及以上
楼层均不宜
设置转换层
?底盘屋面楼板板厚不低于 150MM,相邻上下层楼板
构造加强。
?转换层不宜做在底盘屋面上一层塔楼内
多塔结构：规范规定
粗红线标
出了宜加
强的部位
?多塔楼之间裙房连接体的屋面梁、塔楼中与裙房
连接体相连的外围柱和剪力墙均宜加强
（提高构造配筋，做约束边缘构件）
多塔结构：计算模型
?周期比控制的计算模型
?建立多个单塔模型，分塔验算、控制。上部有强连接
的多塔，尚应补充验算整体周期比
?可以采用强制刚性楼板假定
?位移比控制的计算模型
?按整体模型建模计算并验算
?可以采用强制刚性楼板假定
?结构配筋设计的计算模型 1 （推荐）
（适用于所有多塔类型）
?整体建模分析、设计
?楼板按照真实情况计算，不做强制刚性楼板假定
?选取足够多的振型，使得有效质量系数超过 90%
?该模型理论上正确，设计基础方便
多塔结构：计算模型
多塔结构：计算模型
整体
建模
整体
分析
设计
?结构配筋设计的计算模型 2
（针对仅地下室相连，地上完全分开的多塔结构）
?各塔地上部分单独建模，单独设计，嵌固点取在正
负零位置（ 2.0总是满足）
?整体建模，设计地下室，传基础力。
?各塔底层 (地上一层 )的设计结果，两种模型取保守。
?该模型易于把握，设计上可行
多塔结构：计算模型
多塔结构：计算模型
地上
部分
各自
建模
分析
设计
?结构配筋设计的计算模型 3
（针对地上有裙楼、裙楼以上完全分开的多塔结构）
?每塔建立一个计算模型，该模型包括塔本身、完整的
裙楼和完整的地下室，嵌固点取在基础顶面，该塔裙
楼以上部分及位于裙楼中的塔范围以内的部分可以采
用该分离模型设计。
?整体建模分析，设计裙楼、地下室，传基础力。
?差异较大的部分的设计结果，两种模型取保守。
?该模型易于把握，设计上可行，但部分区域的
设计结果要比较取保守，较繁琐。
多塔结构：计算模型
多塔结构：计算模型
采用这样的分离模型设计各塔
多塔结构：图形交互定义
?多塔结构需用户以围区方式定义；
?如存在遮挡，可以定义遮挡面，以准确计算风荷载
?刚性楼板信息由程序自动搜索，无需用户交互操作；
?建议以最高的塔为一号塔，以下依次按高度排列。
?多塔定义的合理性程序可以自动检查
多塔结构：图形交互定义
?什么是合理的多塔定义？
?完整性,结构的每一部分都有定义，不能遗漏
?无矛盾,同一构件，不能既属于 A塔又属于 B塔
?非空性,定义的塔范围的多边形内至少应包含
一个构件，不能为空
2.有, 缝, 结构
?规范规定
?有缝结构的特点
?有缝结构的计算模型
有缝结构：规范规定
?伸缩缝：,混凝土结构设计规范,9.1.1条，
规定了排架结构，框架结构、剪力墙结构等的
伸缩缝的最大间距。
?沉降缝：,地基基础设计规范》规定了沉降缝
的设置要求。
?防震缝：,抗震设计规范,6.1.4条，规定了
防震缝设置要求。
有缝结构,特点
?设缝结构可以看作一类特别的多塔结构，只不过
塔之间的距离非常之小而已。
?由于缝的宽度很小，导致缝隙面不是迎风面。需
要定义遮挡面以准确计算风荷载。
有缝结构,特点
有缝结构：计算模型
?各部分独立计算, 建立多个计算模型
? 这种方法针对缝自顶到底将结构完全分开, 只有基础相
连的情况 。
? 计算风荷载时, 程序把缝所在的面也作为迎风面, 该方
向的风荷载计算值偏大, 为此可定义遮挡面 。
?各部分一起计算, 建立一个整体计算模型
? 原则上各种设缝结构均可做整体计算
? 应把每个结构单元定义为独立的塔
? 参与振型取得足够多, 使有效质量系数超过 90%
? 定义遮挡面, 准确计算风荷载
3.错层结构
?错层结构的基本特征
?计算模型
?模型输入
?错层信息生成
?越层柱的计算长度系数
?层刚度比
?位移比和周期比
?规范条文规定
错层结构：基本特征
?同一楼层平面内，部分区域有楼板，部分区域
没楼板
?在没有楼板的区域内，往往形成大量越层构件
?越层构件上的越层节点的位移不受楼板或梁的
约束，可以自由变位
一部分有楼板，一部分无楼板，这是错
层结构的基本特征
错层结构：基本特征
错层结构：计算 模型
?忽略不大的高差
当错层高度不大于框架梁的截面高度时，一般
可以近似地忽略错层因素影响，可以归并为同
一楼层参加结构计算，这一楼层的标高可近似
取两部分楼面标高的平均值；
?高差较大时需要准确考虑错层
当错层高度大于框架梁的截面高度时，各部分
楼板应作为独立楼层参加整体计算，不宜归并
为一层，此时每一个错层部分都应视为独立楼
层。
错层结构,模型输入
?框架错层结构,可以利用修改梁节点标高的方
式，来输入错层梁或者斜梁
?剪力墙错层结构,以楼板为界，将一个楼层划
分为多个楼层输入。
?多塔错层,当不同的塔楼具有不同的层高时，
在 PM建模时先按同一个层高输入，然后到计算
程序（ SATWE,PMSAP） 的多塔修改模块里修改各
塔的层高。
错层结构,模型输入
错层结构,错层信息生成
?自动考虑越层节点为弹性节点,软件自动将错
层构件在楼层平面内的节点设为独立的弹性节
点，不受楼板计算假定限制，因而能更真实地
反应结构的实际受力状态。
?自动搜索每一段越层柱的长度折算系数,对于
错层结构，程序判断柱和墙是否越层的原则是：
既不和梁相连，又不和楼板相连。程序自动按
上述原则搜索出越层信息，从而确定越层柱的
折算系数。
?何谓柱的长度折算系数？ 比如某越层柱高 H,分
为三段输入，各段高 H1,H2,H3,则每一柱段的
长度折算系数分别为 H/H1,H/H2,H/H3。
错层结构：越层柱长度系数计算
以越层柱 H=H1+H2+H3 为例：
1.针对完整的柱 H计算其计算长度系数 LCOEF
2.计算各个柱段的长度折算系数
C1=H/H1 C2=H/H2 C3=H/H3
3.从而，各个柱段的计算长度系数为 (也就是用
户见到的柱长度系数 )：
LCOEF1 = C1*LCOEF
LCOEF2 = C2*LCOEF
LCOEF3 = C3*LCOEF
4.可见，越层柱各柱段的计算长度系数实际上
是 折算长度系数 乘上 计算长度系数
错层结构：层刚度比
?层刚度比仅作参考
因为在 PM中输入的计算层与真实结构的楼层不一
定一致,所以软件输出的层刚度比也不一定是真
实楼层间的刚度比,这一点需设计人员注意,
错层结构：位移比和周期比
?采用强制刚性楼板假定
?位移比、周期比均有效
错层结构：规范 规定
?高规第 10.4.4条规定,错层处框加柱的截面高度
不应小于 600mm,混凝土强度等级不应低于
C30,抗震等级应提高一级采用，箍筋应全柱
段加密。
?高规第 10.4.5条规定,错层处平面外受力的剪力
墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于
200mm,抗震设计时不应小于 205mm,并均应
设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提
高一级采用。错层混凝土强度等级不应低于
C30,水平和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震
设计时不应低于 0.3%，抗震设计时不应低于
0.5%。
4.顶部 小塔楼
?采用基底剪力法时，根据《抗震设计规范》
(5.2.4)条，突出屋面部分的地震作用效应宜
乘以增大系数 3；
?采用振型分解法时，突出屋面部分每层可作为
一个质点，并取足够的计算振型。同时建议按
照抗震规范（ 5.2.5）条控制屋面小塔楼每一
层的剪重比。
参考文献
1.《高层规程 JGJ3-2002》
2.陈岱林，李云贵，魏文朗,,多层
及高层结构 CAD软件高级应用》，
中国建筑工业出版社,2004
