某塔类高层结构是否为超限高层建筑工程的判定

陶荣杰

0 引言

近年来随着中国城市化进程的加快，城市的用地日益紧张，建筑物向空间高度拓展，高层建筑已非常普遍，甚至超高层建筑也屡见不鲜。另一方面，建筑物在满足使用要求的前提下对美观有了更多的追求，公众审美观的多样化促使建筑师对建筑形态不断变化和创新。为保证复杂高层建筑工程的抗震安全性和结构设计的合理有效性，除应满足相关规范、规程的要求外，中华人民共和国住房和城乡建设部还颁布了《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》，并配套了《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》。

1 超限高层建筑工程的判定

文献[4]对高层建筑工程是否超限主要从以下几个方面判别：（1）建筑高度是否超限；（2）建筑结构的规则性是否超限，其中规则性包括平面规则性和竖向规则性两个方面；（3）大跨度屋盖建筑跨度是否超限；（4）特殊类型的高层建筑。达到超限标准的建筑工程则要进行抗震设防专项审查。

超限高层建筑抗震审查是必要的。一方面，超限高层建筑结构已超出相应规范、规程和有关的抗震规定的适用范围。通过抗震审查，可以提高抗震设计的可靠性，避免安全隐患。另一方面，通过抗震审查，可以促进技术进步，为规范规程的修订创造条件。

建筑结构的高度和跨度是由建筑的造型、功能、定位等所决定的，由高度或跨度超限导致的抗震设防专项审查是不可避免的，从项目设计来说，有更多专家为项目把关、提建议，采取更严格更有针对性的抗震措施，对结构的安全性、可靠性是有益的。A 级高度的建筑工程因结构规则性导致的超限，如果能通过结构的调整，采取有效措施，减少不规则项，使项目未达到超限高层建筑的标准，则可以在保证结构安全性、可靠性的前提下，避免进行抗震设防专项审查，减少设计时间周期，降低工程造价。

2 工程案例

某工程主塔部分地下一层，地上至大屋面共十六层，大屋面以上为斜屋面，顶标高为93.390m；地上主塔底部平面尺寸为46.2m×42.0m，主塔与裙楼间设五道变形缝，主塔地上为独立的结构单元。地下室主塔与裙楼间不设缝，平面尺寸为177.8m×73.1m。主塔部分采用现浇钢筋混凝土框架-核心筒结构体系，其内筒利用建筑楼、电梯间及前室等形成剪力墙“筒体”。主楼外围部分框架柱在四层处进行结构转换，主楼外围部分框架柱在六层、九层和十三层分别有1000mm、700mm 和400mm 的内退。主塔部分三层以上剖面图如图1 所示。

图1 主塔三层以上剖面图

结构设计使用年限：50 年；建筑结构安全等级：二级；抗震设防烈度：8 度（0.2g）；多遇地震水平地震影响系数最大值：0.16X1.4=0.224（建筑场地项目位于文献[1]第4.1.8 条所规定的抗震不利地段）；抗震设防类别：重点设防类（乙类）；设计地震分组：第三组；场地类别：Ⅱ类；特征周期：0.45；基本风压：ω0=0.15kN/ m。

在本项目修建性详细规划及建筑方案审查会上，评审专家提出应高度重视建筑的高层超限问题，并提出了以下超限意见：超限一：6、9、13 层外框架柱内退1 000、700、400 形成托柱转换，另4 层还有四周的托柱转换。超限二：4 层7.5m 高，5 层4.2m高，形成4 层为软弱层，刚度突变。超限三：四周外斗拱挑梁外挑长度≥4m，斜挑梁最大长度超过8m，为超长悬挑。超限四：有可能扭转位移比＞1.2。建议进行超限事项审查。

针对评审专家提出的关于超限的意见，在项目后续设计中采取了如下措施：（1）转换梁、转换柱、外挑大跨度梁均采用型钢混凝土构件，提高结构的承载力及抗震性能。（2）为避免4 层成为薄弱层，设计时在4 层外框架周边较5 层多布置了8 片内嵌钢板的钢筋混凝土剪力墙。（3）抗侧力构件在平面布置中尽量对称、均匀，避免过大的偏心，加强外围构件的抗侧刚度和强度，控制扭转位移比＜1.2。四层梁托柱结构平面布置图如图2，图中虚实线表示梁中的型钢。

图2 四层结构平面布置图

在通过对主塔结构的建模计算并对计算结果进行分析后，对于该结构是否超限，给出了如下的说明。

2.1 高度

主塔地震烈度为8 度（0.20g），结构类型为框架-核心筒结构，主楼高度89.20m（主楼顶标高取塔尖层1/2 处标高），小于100m，不属于文献[4]附件1 表1 中的高度超限。

2.2 规则性判定

（1）主塔考虑偶然偏心的扭转位移比最大值为1.19，小于1.20，不属于扭转不规则。

（2）主塔偏心率最大值为0.13，相邻层质心相差值与相应边长最大比值为0.05，均小于0.15，不属于偏心布置。

（3）主塔不存在平面凹凸、细腰形或角部重叠形，不属于凹凸不规则和组合平面。

（4）主塔仅有二层楼板存在较多洞口，楼板有效宽度最小值为51%，开洞面积为17%，均满足要求。主塔无错层。因此不属于楼板不连续。

（5）为避免出现薄弱层，设计时在4 层外框架周边较5层多布置了8 片内嵌钢板的钢筋混凝土剪力墙，经计算四层侧移刚度与五层相应侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者大于1.0，按文献[2]考虑层高修正时，4 层侧移刚度与5 层相应侧移刚度比值为1.20，大于0.9，满足侧向刚度要求。4 层与5 层的层间受剪承载力之比为0.95，大于0.80，满足层间受剪承载力的要求。其余各层也均满足要求，因此主楼结构不属于刚度突变及承载力突变。

（6）主塔结构在3 层处X 方向有45%的收进，收进位置处于结构高度的13%，未超过竖向构件收进规定的高度限值。坡檐悬挑梁长度大于4m，但外挑部分无竖向构件，文献[2]3.5.5条文说明“本条所说的悬挑结构一般指悬挑结构中有竖向结构构件的情况”，因此悬挑梁超过4m 不在此条范围，主楼不属于尺寸突变。

（7）主塔5、9、13 层外框架柱内退1 000、700、400 形成托柱转换及 4 层四周存在托柱转换，属于文献[1]3.4.3-2 及文献[4]附件1 表2 中的竖向构件不连续。主塔结构不是框支-剪力墙结构，无框支墙体，主塔的托柱转换，不属于文献[4]中附件1 表4 中所列的框支墙体的高位转换。

（8）主塔的扭转周期比为0.84，小于0.90，不属于抗扭刚度弱。

（9）由于主塔明层较暗层层高大，且有坡檐，因此明层与其相邻下部暗层的质量比有5 层均大于1.5，不满足文献[2]3.5.6 条要求。此条不在文献[4]不规则种类中，因此在统计不规则种类数量时可不考虑。

（10）主楼不存在文献[4]附件1 中其他所列不规则。

综上所述，主塔部分有一项具有文献[4]附件1 表2 中所列的不规则，不属于文献[4]中所列的超限工程。

本项目初步设计的评审专家及施工图审查单位认可了该主塔为非超限高层建筑的判定，可不进行抗震设防专项审查。

3 结论

对于A 级高度不满足规则性要求的超限高层建筑，采取比规范要求更加有效的技术措施，往往会导致设计时间周期变长，工程造价成本较大提高。通过本项目案例，说明通过正确的概念设计，精细的结构构件布置，减少不规则项，使项目成为非超限高层建筑是可行的。本工程案例也可为类似项目提供参考。