建筑结构高度之谜

前几天吃饭,有朋友问,你们新设计的那栋办公楼,高度到底多少?我心里一下涌现了好几个答案,一时竟不知该说哪一个高度。

一栋建筑的高度,应该说是设计中最直观的指标,但就是这样一个最简单不过的参数,如果从专业的角度去看,也有很多讲究和门道。

就像是人人都会的跑步运动,对专业的跑步运动员来说,也是有非常繁杂的分解动作,有诸多细节需要研究和持续不断地练习。一个优秀的跑步成绩,绝不是随随便便就可以达到的。

前段时间,我写了一篇文章《把桩基设计的逻辑介绍给外行》,有同行留言,桩基设计有这么复杂吗?但这已经是我能写得最简洁明了的表述了。把一个专业的问题讲清楚,没有我们想象中那么简单。

我陆陆续续读罗翔的《刑法学讲义》的时候,就发现,我们习以为常的法律直觉,或者与直觉相悖的定罪逻辑,其背后都有一套复杂的法理与社会学的考量。

啰嗦了这么多,我只是想说明一个道理,任何事情,如果上升到一个足够专业的高度,它都不简单。

我们要做一名专业的结构工程师,应该是要正视问题的复杂性,唯如此,才能心存敬畏,并通过不断的思辨和反省,提升自己的专业度。

接下来,就以我浅薄的见识,来聊一聊“建筑结构高度”这个简单的概念。

当我们说一个物体高度的时候,其实是明确了两个端点,低点代表值和高点代表值之间的距离,将其称之为高度。建筑结构高度,也不例外,我们需要同时明确起算点和终止点。

结构工程师来说,我们最常用的一个名词,不是“建筑结构高度”,而是“房屋高度”。这是结构规范官方钦定的唯一表述,是高度类别(A级orB级)和抗震等级判定的依据。

《高规》第2章给出了房屋高度的定义,“自室外地面至房屋主要屋面的高度,不包括突出屋面的电梯机房、水箱、构架等。”《抗规》第6章的规定与此相同。但这个表述其实有些建筑化,室外地面和主屋面都是建筑用语。

什么叫主屋面?如果突出屋面的机房很大,到底算不算主屋面?我们在《建筑设计防火规范》附录A中,大概了解到,“突出屋面的辅助用房占屋面面积不大于25%,可以不算作主屋面”。

按此确定,房屋高度的上顶点和建筑高度的上顶点应该是一致的,即都是主屋面,如果细扣的话,也就差一个建筑面层。

但这也不尽然。我记得,以前的超高层建筑,为了博高度之美誉,喜欢在大屋面上做很高的塔尖,难道塔尖可以将建筑拔高?说好的主屋面呢?

《民用建筑设计统一标准》中有规定,“当建筑位于机场、电台、气象台、军事要塞等控制范围、或建筑处于历史景点、自然保护区等范围,建筑高度为建筑物室外地面至构筑物最高点的高度”。

可见,建筑高度并非都取至主屋面,对某些建筑,其实是取至建筑物的最高点。个人理解,对某些航空限高的建筑,这个最高点还包括建筑运营期间可能出现的最高点,比如擦窗机工作时的最高点。

确定建筑高度时,还有一个参数,即室外地面。那究竟取哪个室外地面呢?是最低点还是最高点?按照《民用建筑设计统一标准》,这个室外地面为建筑物主入口场地室外设计地面。

说完建筑高度,我们再来看看房屋高度。因为房屋高度主要用在结构计算中,所以又有人将其当做结构高度。但这样引申的话,就会出现问题,比如结构嵌固端确定在-1F,主要室外地面还是在地下室顶板,那结构高度的起算点应该取哪里呢?

从结构计算的角度来看,应该取-1F;但根据规范,还是可以取室外地面对应的地下室顶板。朱炳寅在《高规应用与分析》上提到,“房屋高度与结构的计算高度不同,不随结构嵌固部位的变化而改变”。

但是,房屋高度被用来确定结构高度类别,抗震等级,底部加强区范围,房屋高度与结构嵌固部位无关,很多工程师对此并不认同。当说不清道不明的时候,多数设计师会取包络,那其实相当于选择从嵌固端开始起算。

对某些建筑,房屋高度的起算点,可能牵扯较大的利益关系。

比如:1)当起算点选为-1F(嵌固端),结构高度类别从A级跳到B级,一栋不超限的建筑可能因此高度超限;或者结构整体(或底部加强区)抗震等级可能要提高一级;

2)深圳市有一个《深圳市装配式建筑评分规则》补充和说明,“对于建筑高度超150m且超B级高度的钢筋混凝土建筑,经超限高层建筑工程抗震设防专项审查,认为预制楼板影响结构抗震安全的,可不采用预制楼板”。

对某些建筑,结构高度起算点可能成为影响是否执行此条款,是否采用预制楼板的重要因素。

3)一栋建筑高度不超过250m的建筑,因为结构高度从-1F起算,结构高度超过250m,因此触犯发改委关于“严格限制新建250米以上建筑”的规定。

以上谈的,都是结构高度起算点的争议,结构高度终止点也有争议。

对大湾区的沿海建筑,由于结构高度较高,结构设计基本为风控。在这种情况下,建筑出屋面幕墙对结构整体受力及变形存在较大影响。超高层建筑屋面幕墙高度一般在6m~18m,据统计,其对结构最大层间位移角可能有明显影响。

在这种情况下,部分工程师认为,风载控制的结构高度应取至幕墙顶,结构高宽比也应按此计算,同时,对应的结构高度起算点还是应取为室外地面。

你看,当我们说一栋建筑物的高度时,其实包含了建筑高度、房屋高度、结构计算高度这三个概念,而且,抗震和抗风的结构计算高度没准是不一样的。严重点说,建筑结构高度的取值,可能牵扯较大的成本和利益,值得工程师慎重考虑。


 


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