某塔類高層結構是否為超限高層建筑工程的判定

陶榮杰

0 引言

近年來隨著中國城市化進程的加快，城市的用地日益緊張，建筑物向空間高度拓展，高層建筑已非常普遍，甚至超高層建筑也屢見不鮮。另一方面，建筑物在滿足使用要求的前提下對美觀有了更多的追求，公眾審美觀的多樣化促使建筑師對建筑形態不斷變化和創新。為保證復雜高層建筑工程的抗震安全性和結構設計的合理有效性，除應滿足相關規范、規程的要求外，中華人民共和國住房和城鄉建設部還頒布了《超限高層建筑工程抗震設防管理規定》，并配套了《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》。

1 超限高層建筑工程的判定

文獻[4]對高層建筑工程是否超限主要從以下幾個方面判別：（1）建筑高度是否超限；（2）建筑結構的規則性是否超限，其中規則性包括平面規則性和豎向規則性兩個方面；（3）大跨度屋蓋建筑跨度是否超限；（4）特殊類型的高層建筑。達到超限標準的建筑工程則要進行抗震設防專項審查。

超限高層建筑抗震審查是必要的。一方面，超限高層建筑結構已超出相應規范、規程和有關的抗震規定的適用范圍。通過抗震審查，可以提高抗震設計的可靠性，避免安全隱患。另一方面，通過抗震審查，可以促進技術進步，為規范規程的修訂創造條件。

建筑結構的高度和跨度是由建筑的造型、功能、定位等所決定的，由高度或跨度超限導致的抗震設防專項審查是不可避免的，從項目設計來說，有更多專家為項目把關、提建議，采取更嚴格更有針對性的抗震措施，對結構的安全性、可靠性是有益的。A 級高度的建筑工程因結構規則性導致的超限，如果能通過結構的調整，采取有效措施，減少不規則項，使項目未達到超限高層建筑的標準，則可以在保證結構安全性、可靠性的前提下，避免進行抗震設防專項審查，減少設計時間周期，降低工程造價。

2 工程案例

某工程主塔部分地下一層，地上至大屋面共十六層，大屋面以上為斜屋面，頂標高為93.390m；地上主塔底部平面尺寸為46.2m×42.0m，主塔與裙樓間設五道變形縫，主塔地上為獨立的結構單元。地下室主塔與裙樓間不設縫，平面尺寸為177.8m×73.1m。主塔部分采用現澆鋼筋混凝土框架-核心筒結構體系，其內筒利用建筑樓、電梯間及前室等形成剪力墻“筒體”。主樓外圍部分框架柱在四層處進行結構轉換，主樓外圍部分框架柱在六層、九層和十三層分別有1000mm、700mm 和400mm 的內退。主塔部分三層以上剖面圖如圖1 所示。

圖1 主塔三層以上剖面圖

結構設計使用年限：50 年；建筑結構安全等級：二級；抗震設防烈度：8 度（0.2g）；多遇地震水平地震影響系數最大值：0.16X1.4=0.224（建筑場地項目位于文獻[1]第4.1.8 條所規定的抗震不利地段）；抗震設防類別：重點設防類（乙類）；設計地震分組：第三組；場地類別：Ⅱ類；特征周期：0.45；基本風壓：ω0=0.15kN/ m。

在本項目修建性詳細規劃及建筑方案審查會上，評審專家提出應高度重視建筑的高層超限問題，并提出了以下超限意見：超限一：6、9、13 層外框架柱內退1 000、700、400 形成托柱轉換，另4 層還有四周的托柱轉換。超限二：4 層7.5m 高，5 層4.2m高，形成4 層為軟弱層，剛度突變。超限三：四周外斗拱挑梁外挑長度≥4m，斜挑梁最大長度超過8m，為超長懸挑。超限四：有可能扭轉位移比＞1.2。建議進行超限事項審查。

針對評審專家提出的關于超限的意見，在項目后續設計中采取了如下措施：（1）轉換梁、轉換柱、外挑大跨度梁均采用型鋼混凝土構件，提高結構的承載力及抗震性能。（2）為避免4 層成為薄弱層，設計時在4 層外框架周邊較5 層多布置了8 片內嵌鋼板的鋼筋混凝土剪力墻。（3）抗側力構件在平面布置中盡量對稱、均勻，避免過大的偏心，加強外圍構件的抗側剛度和強度，控制扭轉位移比＜1.2。四層梁托柱結構平面布置圖如圖2，圖中虛實線表示梁中的型鋼。

圖2 四層結構平面布置圖

在通過對主塔結構的建模計算并對計算結果進行分析后，對于該結構是否超限，給出了如下的說明。

2.1 高度

主塔地震烈度為8 度（0.20g），結構類型為框架-核心筒結構，主樓高度89.20m（主樓頂標高取塔尖層1/2 處標高），小于100m，不屬于文獻[4]附件1 表1 中的高度超限。

2.2 規則性判定

（1）主塔考慮偶然偏心的扭轉位移比最大值為1.19，小于1.20，不屬于扭轉不規則。

（2）主塔偏心率最大值為0.13，相鄰層質心相差值與相應邊長最大比值為0.05，均小于0.15，不屬于偏心布置。

（3）主塔不存在平面凹凸、細腰形或角部重疊形，不屬于凹凸不規則和組合平面。

（4）主塔僅有二層樓板存在較多洞口，樓板有效寬度最小值為51%，開洞面積為17%，均滿足要求。主塔無錯層。因此不屬于樓板不連續。

（5）為避免出現薄弱層，設計時在4 層外框架周邊較5層多布置了8 片內嵌鋼板的鋼筋混凝土剪力墻，經計算四層側移剛度與五層相應側移剛度70%的比值或上三層平均側移剛度80%的比值中之較小者大于1.0，按文獻[2]考慮層高修正時，4 層側移剛度與5 層相應側移剛度比值為1.20，大于0.9，滿足側向剛度要求。4 層與5 層的層間受剪承載力之比為0.95，大于0.80，滿足層間受剪承載力的要求。其余各層也均滿足要求，因此主樓結構不屬于剛度突變及承載力突變。

（6）主塔結構在3 層處X 方向有45%的收進，收進位置處于結構高度的13%，未超過豎向構件收進規定的高度限值。坡檐懸挑梁長度大于4m，但外挑部分無豎向構件，文獻[2]3.5.5條文說明“本條所說的懸挑結構一般指懸挑結構中有豎向結構構件的情況”，因此懸挑梁超過4m 不在此條范圍，主樓不屬于尺寸突變。

（7）主塔5、9、13 層外框架柱內退1 000、700、400 形成托柱轉換及 4 層四周存在托柱轉換，屬于文獻[1]3.4.3-2 及文獻[4]附件1 表2 中的豎向構件不連續。主塔結構不是框支-剪力墻結構，無框支墻體，主塔的托柱轉換，不屬于文獻[4]中附件1 表4 中所列的框支墻體的高位轉換。

（8）主塔的扭轉周期比為0.84，小于0.90，不屬于抗扭剛度弱。

（9）由于主塔明層較暗層層高大，且有坡檐，因此明層與其相鄰下部暗層的質量比有5 層均大于1.5，不滿足文獻[2]3.5.6 條要求。此條不在文獻[4]不規則種類中，因此在統計不規則種類數量時可不考慮。

（10）主樓不存在文獻[4]附件1 中其他所列不規則。

綜上所述，主塔部分有一項具有文獻[4]附件1 表2 中所列的不規則，不屬于文獻[4]中所列的超限工程。

本項目初步設計的評審專家及施工圖審查單位認可了該主塔為非超限高層建筑的判定，可不進行抗震設防專項審查。

3 結論

對于A 級高度不滿足規則性要求的超限高層建筑，采取比規范要求更加有效的技術措施，往往會導致設計時間周期變長，工程造價成本較大提高。通過本項目案例，說明通過正確的概念設計，精細的結構構件布置，減少不規則項，使項目成為非超限高層建筑是可行的。本工程案例也可為類似項目提供參考。