對某建筑塔樓部分拆除或保留的技術分析

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，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—剪力墻結構，住宅塔樓部分采用框架結構。地震基本烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅲ類，抗震設防類別為乙類，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構的情況時有發生，不僅損害建筑結構安全，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，使用現狀良好?，F從結構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，框架結構，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，總建筑面積變為63 245.12 m2。頂層塔樓的立面圖見圖3，圖4。

3 保留塔樓計算調查分析

3.1 建筑形體及其構件布置的規則性

合理的建筑形體和布置在抗震設計中是至關重要的，應根據抗震概念設計的要求從總體入手，明確建筑形體的規則性，包括建筑平面形狀和立面、豎向剖面等?？箓攘嫾钠矫娌贾靡艘巹t對稱、側向剛度沿豎向宜均勻變化、豎向抗側力構件的截面尺寸、材料強度等宜自下而上逐漸減小，避免側向剛度和承載力突變。不規則的建筑應按規定采取加強措施；特別不規則的建筑應進行專門研究和論證，采取特別的加強措施；嚴重不規則的建筑不應采用[1]。

依據現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量和剛度分布較為對稱規則，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投影方向尺寸的25%，不滿足規定，豎向構件包括混凝土柱與混凝土抗震墻自上而下連續，無水平轉換構件；該工程為豎向不規則結構。

依據《建筑抗震設計規范》第3.4.4條可知，當建筑形體及構件布置不規則時，應按相關要求進行地震作用計算和內力調整，并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施。

3.2 結構體系

建筑結構體系應根據建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結構材料和施工等因素，經技術、經濟和使用條件綜合比較確定。結構體系應符合下列要求：1)應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。2)應避免因部分結構或構件破壞而導致整體結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。3)應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)對可能出現的薄弱部位，應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，產生過大的應力集中或塑性變形集中。7)結構在兩個主軸方向的動力特性宜相近。8)多、高層的混凝土樓、屋面宜優先采用現澆混凝土樓板等。

新世紀時代廣場項目上部結構為框架—剪力墻結構，抗震墻縱橫向分布較為均勻，整樓具有多道抗震防線。上部結構具有合理的剛度，承載力的分布對稱規則，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構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。樓屋蓋采用現澆混凝土形式，整形性能良好。9層部位結構豎向大幅收進，剛度突變，從原施工圖紙及計算文件可知，原設計已充分考慮不利影響并采取了相應的加強措施。

3.3 結構計算分析

原設計施工圖編制采用的設計地震分組為第一組，不拆除塔樓情況，還采用原設計條件，設計地震分組按第一組考慮，建筑場地類別為Ⅲ類；依據GB 50223—2008建筑工程抗震設防分類標準第6.0.5條及條文說明，大地盤商業部分抗震設防類別為重點設防類(乙類)，按高于本地區抗震設防烈度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防類別，即標準設防類(丙類)?？蚣芗凹袅Φ目拐鸬燃壘鶠橐患?，7層～10層塔樓周邊豎向結構構件抗震等級提高為特一級。9層的地震剪力應乘以不小于1.15的增大系數，且按有關規定進行彈塑性變形分析。

為了對新世紀時代廣場的建筑結構的現狀進行充分的評價，現對新世紀時代廣場的結構依照現狀及原施工圖紙進行建模驗算分析，結構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。以上結果數值可以大致反映新世紀時代廣場的結構安全性能、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、剛重比滿足規范要求。剪重比的計算結果見下文。

其中第9層薄弱層的剪力系數尚應乘以1.15的增大系數，λ=0.033。根據規范條文可知，滿足最小地震剪力是結構后續抗震計算的前提，只有調整到符合最小剪力要求才能進行相應的地震傾覆力矩、構件內力、位移等等的計算分析；即意味著，當各層的地震剪力需要調整時，原先計算的傾覆力矩、構件內力、位移均需要相應調整。如表1所示為東側部分結構剪重比計算數據表，西側部分計算結果與東側部分相近[2]。

表1 東側部分結構剪重比計算數據表

新世紀時代廣場主體結構在地震作用下的最小剪重比3.77%>3.20%，滿足《建筑抗震設計規范》及《高層建筑混凝土結構技術規程》中關于剪重比的要求。

經過對原結構模型進行核對驗算，得出以下結論：新世紀時代廣場建筑之塔樓保留，維持現狀，其結構安全滿足建設期當時執行的國家有關設計規范要求，且采取了相應的有效的加強措施。

4 拆除塔樓計算調查分析

擬拆除頂層塔樓后，該建筑結構平面、豎向均規則，結構體系合理，豎向、水平向傳力途徑明確，結構布置規則性基本同保留塔樓的情況。

現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擬拆除后的相關技術條件，采用PKPM建模計算分析，經過對梁、墻、柱等結構構件計算配筋結果與原設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構構件配筋基本可滿足擬拆除頂層塔樓后的結構配筋計算結果要求。梁的彈性撓度、柱軸壓比、層間最大位移角、剪重比、周期比等結構性能指標均滿足有關現行規范要求。

綜合分析可見，不論保留還是拆除塔樓其結構安全均滿足建設期當時執行的國家有關設計規范要求。但以上計算條件尚未考慮拆除施工防護不當對保留結構的影響，實際施工操作過程中，難免會對保留結構造成或多或少的不良影響[3,4]。

5 結語

經過前述技術角度的綜合分析，可知新世紀時代廣場8層屋頂上塔樓保留維持現狀或拆除，其結構安全均基本滿足國家現行有關設計規范要求。倘若塔樓拆除則需保證拆除后擬保留部分的結構安全，不僅要滿足計算要求，更要對拆除造成缺失的抗震構造措施進行彌補。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。