對某建筑塔樓部分拆除或保留的技術(shù)分析

彭 曉 闖

(山西省建筑科學研究院有限公司，山西 太原 030001)

1 工程概況

新世紀時代廣場為地下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149 m，南北寬41 m。地下1層為停車場，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。

新世紀時代廣場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)計基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅲ類，抗震設(shè)防類別為乙類，框架及剪力墻的抗震等級均為一級。

2 工程背景

目前，因裝修而進行私自拆除改造建筑結(jié)構(gòu)的情況時有發(fā)生，不僅損害建筑結(jié)構(gòu)安全，更會影響建筑使用者的人身安全。新世紀時代廣場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)安全方面對新世紀時代廣場屋頂塔樓保留與拆除分別進行了詳細的分析論證，并提出技術(shù)性建議。

新世紀時代廣場項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時代廣場的總建筑高度為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)計中是至關(guān)重要的，應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計的要求從總體入手，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。抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則對稱、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)定采取加強措施；特別不規(guī)則的建筑應(yīng)進行專門研究和論證，采取特別的加強措施；嚴重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用[1]。

依據(jù)現(xiàn)場詳細查看及原施工圖紙查閱，新世紀時代廣場項目的建筑平面質(zhì)量和剛度分布較為對稱規(guī)則，無凹凸，無大開洞及較大錯層情況；頂層塔樓建筑Y向平面凹進的尺寸大于相應(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)計規(guī)范》第3.4.4條可知，當建筑形體及構(gòu)件布置不規(guī)則時，應(yīng)按相關(guān)要求進行地震作用計算和內(nèi)力調(diào)整，并應(yīng)對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)具有明確的計算簡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)在兩個主軸方向的動力特性宜相近。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。

新世紀時代廣場項目上部結(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，承載力的分布對稱規(guī)則，且在兩個主軸方向的動力特性較為相近。新世紀時代廣場項目上部結(jié)構(gòu)體系具有明確的計算簡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，剛度突變，從原施工圖紙及計算文件可知，原設(shè)計已充分考慮不利影響并采取了相應(yīng)的加強措施。

3.3 結(jié)構(gòu)計算分析

原設(shè)計施工圖編制采用的設(shè)計地震分組為第一組，不拆除塔樓情況，還采用原設(shè)計條件，設(shè)計地震分組按第一組考慮，建筑場地類別為Ⅲ類；依據(jù)GB 50223—2008建筑工程抗震設(shè)防分類標準第6.0.5條及條文說明，大地盤商業(yè)部分抗震設(shè)防類別為重點設(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，即標準設(shè)防類(丙類)?？蚣芗凹袅Φ目拐鸬燃壘鶠橐患墸?層～10層塔樓周邊豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震等級提高為特一級。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)定進行彈塑性變形分析。

為了對新世紀時代廣場的建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀進行充分的評價，現(xiàn)對新世紀時代廣場的結(jié)構(gòu)依照現(xiàn)狀及原施工圖紙進行建模驗算分析，結(jié)構(gòu)分析計算采用中國建筑科學研究院出具的PKPM2010版進行分析驗算。計算文件包括: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時代廣場的結(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)抗震計算的前提，只有調(diào)整到符合最小剪力要求才能進行相應(yīng)的地震傾覆力矩、構(gòu)件內(nèi)力、位移等等的計算分析；即意味著，當各層的地震剪力需要調(diào)整時，原先計算的傾覆力矩、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)剪重比計算數(shù)據(jù)表，西側(cè)部分計算結(jié)果與東側(cè)部分相近[2]。

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

新世紀時代廣場主體結(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)過對原結(jié)構(gòu)模型進行核對驗算，得出以下結(jié)論：新世紀時代廣場建筑之塔樓保留，維持現(xiàn)狀，其結(jié)構(gòu)安全滿足建設(shè)期當時執(zhí)行的國家有關(guān)設(shè)計規(guī)范要求，且采取了相應(yīng)的有效的加強措施。

4 拆除塔樓計算調(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)對新世紀時代廣場項目擬拆除頂層塔樓后進行建模計算分析。拆除頂層塔樓后的建筑模型詳見圖5，圖6。

擬拆除后新世紀時代廣場依據(jù)擬拆除后的相關(guān)技術(shù)條件，采用PKPM建模計算分析，經(jīng)過對梁、墻、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算配筋結(jié)果與原設(shè)計施工圖實際配筋量仔細核對得出，新世紀時代廣場的實際結(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)期當時執(zhí)行的國家有關(guān)設(shè)計規(guī)范要求。但以上計算條件尚未考慮拆除施工防護不當對保留結(jié)構(gòu)的影響，實際施工操作過程中，難免會對保留結(jié)構(gòu)造成或多或少的不良影響[3,4]。

5 結(jié)語

經(jīng)過前述技術(shù)角度的綜合分析，可知新世紀時代廣場8層屋頂上塔樓保留維持現(xiàn)狀或拆除，其結(jié)構(gòu)安全均基本滿足國家現(xiàn)行有關(guān)設(shè)計規(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，不僅要滿足計算要求，更要對拆除造成缺失的抗震構(gòu)造措施進行彌補。另外拆除勢必造成社會資源浪費，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。