对某建筑塔楼部分拆除或保留的技术分析

彭 晓 闯

(山西省建筑科学研究院有限公司，山西 太原 030001)

1 工程概况

新世纪时代广场为地下1层，地上8层，屋面设有6栋塔楼，塔楼均为3层。主楼东西长149 m，南北宽41 m。地下1层为停车场，地上1层～8层为商业，塔楼为住宅。地下1层层高5.0 m，1层～7层层高均为5.0 m，8层层高为5.05 m，大底盘檐口高度40 m；塔楼部分层高均为3.2 m，塔楼部分檐口高度49.6 m。地下车库建筑面积9 672 m2，商业建筑面积为53 372.4 m2，上部住宅塔楼建筑面积为5 032.26 m2，总建筑面积68 278.12 m2。建筑图见1，图2。

新世纪时代广场大底盘部分采用框架—剪力墙结构，住宅塔楼部分采用框架结构。地震基本烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，抗震设防类别为乙类，框架及剪力墙的抗震等级均为一级。

2 工程背景

目前，因装修而进行私自拆除改造建筑结构的情况时有发生，不仅损害建筑结构安全，更会影响建筑使用者的人身安全。新世纪时代广场建成并投入使用至今约有9年之久，使用现状良好。现从结构安全方面对新世纪时代广场屋顶塔楼保留与拆除分别进行了详细的分析论证，并提出技术性建议。

新世纪时代广场项目的楼顶塔楼建筑共6栋，3层，框架结构，建筑功能为住宅别墅，1层～3层层高分别为3.9 m，3.2 m，3.3 m，住宅塔楼总高度为10.4 m。4栋塔楼东西长16.6 m，南北宽16.6 m，塔楼总面积为5 032.26 m2。拆除顶层塔楼后新世纪时代广场的总建筑高度为40 m，总建筑面积变为63 245.12 m2。顶层塔楼的立面图见图3，图4。

3 保留塔楼计算调查分析

3.1 建筑形体及其构件布置的规则性

合理的建筑形体和布置在抗震设计中是至关重要的，应根据抗震概念设计的要求从总体入手，明确建筑形体的规则性，包括建筑平面形状和立面、竖向剖面等。抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸、材料强度等宜自下而上逐渐减小，避免侧向刚度和承载力突变。不规则的建筑应按规定采取加强措施；特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用[1]。

依据现场详细查看及原施工图纸查阅，新世纪时代广场项目的建筑平面质量和刚度分布较为对称规则，无凹凸，无大开洞及较大错层情况；顶层塔楼建筑Y向平面凹进的尺寸大于相应投影方向尺寸的25%，不满足规定，竖向构件包括混凝土柱与混凝土抗震墙自上而下连续，无水平转换构件；该工程为竖向不规则结构。

依据《建筑抗震设计规范》第3.4.4条可知，当建筑形体及构件布置不规则时，应按相关要求进行地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。

3.2 结构体系

建筑结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定。结构体系应符合下列要求：1)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。2)应避免因部分结构或构件破坏而导致整体结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。3)应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。4)对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。5)宜有多道抗震防线。6)宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。7)结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。8)多、高层的混凝土楼、屋面宜优先采用现浇混凝土楼板等。

新世纪时代广场项目上部结构为框架—剪力墙结构，抗震墙纵横向分布较为均匀，整楼具有多道抗震防线。上部结构具有合理的刚度，承载力的分布对称规则，且在两个主轴方向的动力特性较为相近。新世纪时代广场项目上部结构体系具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径，具备足够的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。楼屋盖采用现浇混凝土形式，整形性能良好。9层部位结构竖向大幅收进，刚度突变，从原施工图纸及计算文件可知，原设计已充分考虑不利影响并采取了相应的加强措施。

3.3 结构计算分析

原设计施工图编制采用的设计地震分组为第一组，不拆除塔楼情况，还采用原设计条件，设计地震分组按第一组考虑，建筑场地类别为Ⅲ类；依据GB 50223—2008建筑工程抗震设防分类标准第6.0.5条及条文说明，大地盘商业部分抗震设防类别为重点设防类(乙类)，按高于本地区抗震设防烈度1度(即9度)的要求加强抗震措施；大底盘顶部塔楼住宅部分不提高设防类别，即标准设防类(丙类)。框架及剪力墙的抗震等级均为一级，7层～10层塔楼周边竖向结构构件抗震等级提高为特一级。9层的地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数，且按有关规定进行弹塑性变形分析。

为了对新世纪时代广场的建筑结构的现状进行充分的评价，现对新世纪时代广场的结构依照现状及原施工图纸进行建模验算分析，结构分析计算采用中国建筑科学研究院出具的PKPM2010版进行分析验算。计算文件包括:层刚度及刚度比、周期与周期比、剪重比、位移比和位移角、楼层受剪承载力比、刚重比、轴压比。以上结果数值可以大致反映新世纪时代广场的结构安全性能、抗震性能。

位移比和位移角、受剪承载力比值、周期比、层刚度及刚度比、刚重比满足规范要求。剪重比的计算结果见下文。

其中第9层薄弱层的剪力系数尚应乘以1.15的增大系数，λ=0.033。根据规范条文可知，满足最小地震剪力是结构后续抗震计算的前提，只有调整到符合最小剪力要求才能进行相应的地震倾覆力矩、构件内力、位移等等的计算分析；即意味着，当各层的地震剪力需要调整时，原先计算的倾覆力矩、构件内力、位移均需要相应调整。如表1所示为东侧部分结构剪重比计算数据表，西侧部分计算结果与东侧部分相近[2]。

表1 东侧部分结构剪重比计算数据表

新世纪时代广场主体结构在地震作用下的最小剪重比3.77%>3.20%，满足《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》中关于剪重比的要求。

经过对原结构模型进行核对验算，得出以下结论：新世纪时代广场建筑之塔楼保留，维持现状，其结构安全满足建设期当时执行的国家有关设计规范要求，且采取了相应的有效的加强措施。

4 拆除塔楼计算调查分析

拟拆除顶层塔楼后，该建筑结构平面、竖向均规则，结构体系合理，竖向、水平向传力途径明确，结构布置规则性基本同保留塔楼的情况。

现对新世纪时代广场项目拟拆除顶层塔楼后进行建模计算分析。拆除顶层塔楼后的建筑模型详见图5，图6。

拟拆除后新世纪时代广场依据拟拆除后的相关技术条件，采用PKPM建模计算分析，经过对梁、墙、柱等结构构件计算配筋结果与原设计施工图实际配筋量仔细核对得出，新世纪时代广场的实际结构构件配筋基本可满足拟拆除顶层塔楼后的结构配筋计算结果要求。梁的弹性挠度、柱轴压比、层间最大位移角、剪重比、周期比等结构性能指标均满足有关现行规范要求。

综合分析可见，不论保留还是拆除塔楼其结构安全均满足建设期当时执行的国家有关设计规范要求。但以上计算条件尚未考虑拆除施工防护不当对保留结构的影响，实际施工操作过程中，难免会对保留结构造成或多或少的不良影响[3,4]。

5 结语

经过前述技术角度的综合分析，可知新世纪时代广场8层屋顶上塔楼保留维持现状或拆除，其结构安全均基本满足国家现行有关设计规范要求。倘若塔楼拆除则需保证拆除后拟保留部分的结构安全，不仅要满足计算要求，更要对拆除造成缺失的抗震构造措施进行弥补。另外拆除势必造成社会资源浪费，建筑垃圾排放等问题，故综合判断建议保留屋顶塔楼建筑部分。