對(duì)某建筑塔樓部分拆除或保留的技術(shù)分析

彭 曉 闖

(山西省建筑科學(xué)研究院有限公司，山西 太原 030001)

1 工程概況

新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)為地下1層，地上8層，屋面設(shè)有6棟塔樓，塔樓均為3層。主樓東西長(zhǎng)149 m，南北寬41 m。地下1層為停車場(chǎng)，地上1層～8層為商業(yè)，塔樓為住宅。地下1層層高5.0 m，1層～7層層高均為5.0 m，8層層高為5.05 m，大底盤檐口高度40 m；塔樓部分層高均為3.2 m，塔樓部分檐口高度49.6 m。地下車庫(kù)建筑面積9 672 m2，商業(yè)建筑面積為53 372.4 m2，上部住宅塔樓建筑面積為5 032.26 m2，總建筑面積68 278.12 m2。建筑圖見1，圖2。

新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)大底盤部分采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，住宅塔樓部分采用框架結(jié)構(gòu)。地震基本烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，抗震設(shè)防類別為乙類，框架及剪力墻的抗震等級(jí)均為一級(jí)。

2 工程背景

目前，因裝修而進(jìn)行私自拆除改造建筑結(jié)構(gòu)的情況時(shí)有發(fā)生，不僅損害建筑結(jié)構(gòu)安全，更會(huì)影響建筑使用者的人身安全。新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)建成并投入使用至今約有9年之久，使用現(xiàn)狀良好?，F(xiàn)從結(jié)構(gòu)安全方面對(duì)新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)屋頂塔樓保留與拆除分別進(jìn)行了詳細(xì)的分析論證，并提出技術(shù)性建議。

新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)項(xiàng)目的樓頂塔樓建筑共6棟，3層，框架結(jié)構(gòu)，建筑功能為住宅別墅，1層～3層層高分別為3.9 m，3.2 m，3.3 m，住宅塔樓總高度為10.4 m。4棟塔樓東西長(zhǎng)16.6 m，南北寬16.6 m，塔樓總面積為5 032.26 m2。拆除頂層塔樓后新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)的總建筑高度為40 m，總建筑面積變?yōu)?3 245.12 m2。頂層塔樓的立面圖見圖3，圖4。

3 保留塔樓計(jì)算調(diào)查分析

3.1 建筑形體及其構(gòu)件布置的規(guī)則性

合理的建筑形體和布置在抗震設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的，應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)的要求從總體入手，明確建筑形體的規(guī)則性，包括建筑平面形狀和立面、豎向剖面等?？箓?cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則對(duì)稱、側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化、豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸、材料強(qiáng)度等宜自下而上逐漸減小，避免側(cè)向剛度和承載力突變。不規(guī)則的建筑應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施；特別不規(guī)則的建筑應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取特別的加強(qiáng)措施；嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用[1]。

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)查看及原施工圖紙查閱，新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)項(xiàng)目的建筑平面質(zhì)量和剛度分布較為對(duì)稱規(guī)則，無(wú)凹凸，無(wú)大開洞及較大錯(cuò)層情況；頂層塔樓建筑Y向平面凹進(jìn)的尺寸大于相應(yīng)投影方向尺寸的25%，不滿足規(guī)定，豎向構(gòu)件包括混凝土柱與混凝土抗震墻自上而下連續(xù)，無(wú)水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件；該工程為豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.4.4條可知，當(dāng)建筑形體及構(gòu)件布置不規(guī)則時(shí)，應(yīng)按相關(guān)要求進(jìn)行地震作用計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整，并應(yīng)對(duì)薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施。

3.2 結(jié)構(gòu)體系

建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件、地基、結(jié)構(gòu)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用條件綜合比較確定。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列要求：1)應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑。2)應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。3)應(yīng)具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。4)對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力。5)宜有多道抗震防線。6)宜具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中。7)結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜相近。8)多、高層的混凝土樓、屋面宜優(yōu)先采用現(xiàn)澆混凝土樓板等。

新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震墻縱橫向分布較為均勻，整樓具有多道抗震防線。上部結(jié)構(gòu)具有合理的剛度，承載力的分布對(duì)稱規(guī)則，且在兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性較為相近。新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)體系具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑，具備足夠的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力。樓屋蓋采用現(xiàn)澆混凝土形式，整形性能良好。9層部位結(jié)構(gòu)豎向大幅收進(jìn)，剛度突變，從原施工圖紙及計(jì)算文件可知，原設(shè)計(jì)已充分考慮不利影響并采取了相應(yīng)的加強(qiáng)措施。

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

原設(shè)計(jì)施工圖編制采用的設(shè)計(jì)地震分組為第一組，不拆除塔樓情況，還采用原設(shè)計(jì)條件，設(shè)計(jì)地震分組按第一組考慮，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類；依據(jù)GB 50223—2008建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)第6.0.5條及條文說(shuō)明，大地盤商業(yè)部分抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類)，按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度1度(即9度)的要求加強(qiáng)抗震措施；大底盤頂部塔樓住宅部分不提高設(shè)防類別，即標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)。框架及剪力墻的抗震等級(jí)均為一級(jí)，7層～10層塔樓周邊豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震等級(jí)提高為特一級(jí)。9層的地震剪力應(yīng)乘以不小于1.15的增大系數(shù)，且按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行彈塑性變形分析。

為了對(duì)新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)的建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀進(jìn)行充分的評(píng)價(jià)，現(xiàn)對(duì)新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)的結(jié)構(gòu)依照現(xiàn)狀及原施工圖紙進(jìn)行建模驗(yàn)算分析，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院出具的PKPM2010版進(jìn)行分析驗(yàn)算。計(jì)算文件包括:層剛度及剛度比、周期與周期比、剪重比、位移比和位移角、樓層受剪承載力比、剛重比、軸壓比。以上結(jié)果數(shù)值可以大致反映新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)的結(jié)構(gòu)安全性能、抗震性能。

位移比和位移角、受剪承載力比值、周期比、層剛度及剛度比、剛重比滿足規(guī)范要求。剪重比的計(jì)算結(jié)果見下文。

其中第9層薄弱層的剪力系數(shù)尚應(yīng)乘以1.15的增大系數(shù)，λ=0.033。根據(jù)規(guī)范條文可知，滿足最小地震剪力是結(jié)構(gòu)后續(xù)抗震計(jì)算的前提，只有調(diào)整到符合最小剪力要求才能進(jìn)行相應(yīng)的地震傾覆力矩、構(gòu)件內(nèi)力、位移等等的計(jì)算分析；即意味著，當(dāng)各層的地震剪力需要調(diào)整時(shí)，原先計(jì)算的傾覆力矩、構(gòu)件內(nèi)力、位移均需要相應(yīng)調(diào)整。如表1所示為東側(cè)部分結(jié)構(gòu)剪重比計(jì)算數(shù)據(jù)表，西側(cè)部分計(jì)算結(jié)果與東側(cè)部分相近[2]。

表1 東側(cè)部分結(jié)構(gòu)剪重比計(jì)算數(shù)據(jù)表

新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)在地震作用下的最小剪重比3.77%>3.20%，滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于剪重比的要求。

經(jīng)過對(duì)原結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行核對(duì)驗(yàn)算，得出以下結(jié)論：新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)建筑之塔樓保留，維持現(xiàn)狀，其結(jié)構(gòu)安全滿足建設(shè)期當(dāng)時(shí)執(zhí)行的國(guó)家有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，且采取了相應(yīng)的有效的加強(qiáng)措施。

4 拆除塔樓計(jì)算調(diào)查分析

擬拆除頂層塔樓后，該建筑結(jié)構(gòu)平面、豎向均規(guī)則，結(jié)構(gòu)體系合理，豎向、水平向傳力途徑明確，結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性基本同保留塔樓的情況。

現(xiàn)對(duì)新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)項(xiàng)目擬拆除頂層塔樓后進(jìn)行建模計(jì)算分析。拆除頂層塔樓后的建筑模型詳見圖5，圖6。

擬拆除后新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)依據(jù)擬拆除后的相關(guān)技術(shù)條件，采用PKPM建模計(jì)算分析，經(jīng)過對(duì)梁、墻、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算配筋結(jié)果與原設(shè)計(jì)施工圖實(shí)際配筋量仔細(xì)核對(duì)得出，新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋基本可滿足擬拆除頂層塔樓后的結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算結(jié)果要求。梁的彈性撓度、柱軸壓比、層間最大位移角、剪重比、周期比等結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)均滿足有關(guān)現(xiàn)行規(guī)范要求。

綜合分析可見，不論保留還是拆除塔樓其結(jié)構(gòu)安全均滿足建設(shè)期當(dāng)時(shí)執(zhí)行的國(guó)家有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。但以上計(jì)算條件尚未考慮拆除施工防護(hù)不當(dāng)對(duì)保留結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)際施工操作過程中，難免會(huì)對(duì)保留結(jié)構(gòu)造成或多或少的不良影響[3,4]。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過前述技術(shù)角度的綜合分析，可知新世紀(jì)時(shí)代廣場(chǎng)8層屋頂上塔樓保留維持現(xiàn)狀或拆除，其結(jié)構(gòu)安全均基本滿足國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。倘若塔樓拆除則需保證拆除后擬保留部分的結(jié)構(gòu)安全，不僅要滿足計(jì)算要求，更要對(duì)拆除造成缺失的抗震構(gòu)造措施進(jìn)行彌補(bǔ)。另外拆除勢(shì)必造成社會(huì)資源浪費(fèi)，建筑垃圾排放等問題，故綜合判斷建議保留屋頂塔樓建筑部分。