
超限高层是指超过规范要求限制的高层建筑。
超限高层审查是在项目的初步设计阶段,按国家建设部要求,申请全国超限高层审查委员会组织专家从技术角度进行多方论证,力求在抗震、消防等方面保证建筑物的质量安全。
10层以上的建筑被称为高层建筑。其中包括超限高层建筑。而“小高层”和“超高层建筑”都是“民间说法”,不规范。超限高层的高度和层数并没有统一的“定数”。对混凝土框架剪力墙结构的高层建筑,超过120米为超限高层;混合剪力墙结构为100米以上;有错层的为80米以上;网架结构的为55米以上;而网架无盖结构为28米以上。建筑无论多高,超限高层都是对工程技术质量提出了更高的挑战。
建设部早在2002年就发布了111号令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》,明确了在各省、自治区、直辖市对此类工程管理,应由相应省级建设行政主管部门负责。并规定若在抗震设防区内要进行超限高层建筑工程建设时,建设单位应在初步设计阶段向当地省级建设行政主管部门提出专项报告。依悉国外像日本也有类似审查规定,可见各国政府对此工作的重视程度。
何谓超限高层建筑在《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)[1]和《高层建筑混凝土结构设计规程》(JGJ3-2002,J186-2002)[2]中对钢筋混凝土高层建筑的结构类型所适用的最大高度,高宽比和体型规则性都作了详细的定量规定。具体可有文[1]的第6.1.1条,文[2]的第4.2.2条,文[2]的第4.2.3条,文[1]的第3.4.2条及文[2]的4.3节、4.4节规定中查得。一般以上三个方面至少应有一方面满足规范要求。而体型规则性规定,在文[1]的第3.4.2条中将其具体化为六个方面,即平面不规则的三种类型:①扭转不规则;②凹凸不规则;③楼板局部不连续。和竖向不规则的三种类型:①侧向刚度不规则;②竖向抗侧力构件不连续;③楼层受剪承载力突变。这六个方面一般都可直接从建筑设计平剖面图和电算输出结果中查得,而对照规范相应限值进行核查。
另外《高规》[2]还规定了五种结构为复杂高层建筑结构,包括:①带转换层的,②带加强层的,③错层结构,④连体结构,⑤多塔楼结构。以上与超限高层的有关规定有的直接相关,有的并不直接相关,如带转换层的必然是竖向抗侧力构件不连续的竖向不规则结构,错层结构也可能是楼板局部不连续,带加强层的可能会造成侧向刚度或抗剪承载力突变,连体、多塔结构易产生多向耦联振动,对高振型与扭转更敏感。但最后要根据实际电算结果来判断到底属哪一类超限高层。
《抗规》[1]与《高规》[2]的说明中还将不规则程度分为三类:一为一项及以上超过第3.4.2条限值指标的为不规则高层建筑;二为多项超过以上限值或某一项超过较多,具有明显抗震薄弱部位的,称为特别不规则高层建筑;三为复杂高层又多项超限值,某一项大大超限值,具有严重的抗震薄弱环节的,称为严重不规则高层建筑,此类高层不容许建造。以上规定基本上参考了美国规范(1997)与欧洲规范8。
为什么对超限高层要进行严格的审查这就要从我们目前的技术基础说起:
首先,我们现在设计高层建筑的规范与抗震分析方法,都是建立在目前的科学技术水平之上的。规范中所推荐的反应谱法与时程分析法等并不完满,它们都采用了一系列假定。特别是反应谱法,它把一高层建筑假定为一个质量串,认为它们的重心都在一条垂线上,而且它对地震三要素:峰值加速度、频谱组成与持续时间,只考虑了峰值加速度,频谱组成仅近似地考虑了振型耦合,对持续时间根本不考虑,而这恰却对结构输入地震能大小的影响是十分关键的因素。由于以上原因,我们必须要求建筑十分规则,方能适用于我们现行规范的计算方法。如果规则性方面离规范限值太多,实际上规范的计算方法已不适用,那电算输出的结果的可靠性就成了问题。而一般设计人员常常认为我们计算满足就可以了,而忽略了计算方法本身的适用范围,当然对超限高层的控制的目的,就是要保证在现有的设计水平前提下,使被审查的工程都能在现有计算方法的适用范围之内,以保证其计算结果的可靠、可信。
其次,我们选用的结构类型都有一定的适用范围,超过了这个范围,我们采取的构造措施也许会缺乏实践的经验,而且会给经济性、技术合理性、可行性带来大问题,因此对各种类型的结构,规范都限定了它的适用高度,如果设计人员一味要超过某种结构的限值高度,就会带来技术上的可行性与可靠性问题,并且还会带来经济性问题。如果A级高层建筑超过了限值高度,那么就要按B级高度的高层建筑进行设计,其实质即是要提高其结构的抗震等级(详见文[2]第4.8.3条)。
再次,对高宽比的控制,主要是为了保证结构的整体稳定性,并对总刚度、承载能力、经济合理性进行宏观控制,使主结构受力合理均衡、易满足变位条件,以保证正常的使用与降低造价。