某框架支撐結(jié)構(gòu)拆除斜撐改造設(shè)計

徐海波

（中國建筑技術(shù)集團有限公司，北京 100013）

1 結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和概況

北京市某售樓處建造于2004年，地下一層，地上兩層，房屋總建筑面積5100m2。按北京市抗震設(shè)防烈度8度設(shè)計，地震加速度為0.20g，設(shè)計地震分組為第一組，建筑場地類別為III類。房屋總長68.0m，寬25.0m、總高10.9m。層高：一層為5.4m，二層為5.5m。地下一層采用混凝土結(jié)構(gòu)，地上兩層為鋼框架支撐結(jié)構(gòu)，框架柱采用鋼管混凝土柱，框架梁采用鋼梁，支撐采用鋼支撐，樓屋面板為壓型鋼板混凝土組合板，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)。

地下一層原為車庫，現(xiàn)功能不變；一層二層原功能為售樓處，現(xiàn)改為超市。由于房屋中間5-6-B-C區(qū)域附近用斜支撐作為豎向傳力構(gòu)件，作為超市使用，有諸多不便。建設(shè)方?jīng)Q定拆除斜撐，滿足超市使用功能上的要求。

2 改造方案-轉(zhuǎn)換梁托梁去斜撐方案

在確定改造方案之前，首先對房屋現(xiàn)狀進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查及檢測。該樓現(xiàn)狀良好，未發(fā)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上的明顯缺陷，房屋鋼構(gòu)件及混凝土強度等級滿足原設(shè)計要求。

該建筑一層和二層在橫縱軸線相交處5-B軸、5-C軸、6-B軸及 6-C軸位置沒有結(jié)構(gòu)柱，荷載通過5-6-B-C區(qū)域外圍四根鋼梁傳遞給斜撐，斜向支撐再向下傳遞（具體見圖1和圖2和圖4），在地下一層頂，各支撐匯聚于一點，即橫縱軸線相交處（具體見圖4），將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞給地下一層的框架柱，傳力途徑較為復(fù)雜。拆除斜撐后，上述四根鋼梁荷載無法向下傳遞，因此須沿5-A-D軸，6-A-D軸，4-7-B軸及4-7-C軸，增加轉(zhuǎn)換梁，承擔(dān)次梁傳來荷載，同時在一層和二層5-B軸、5-C軸、 6-B軸及 6-C軸位置，增加框架柱，與轉(zhuǎn)換鋼梁連接（具體見圖3），轉(zhuǎn)換梁將荷載傳給新增框架柱，框架柱將荷載傳遞給地下一層柱，再傳給基礎(chǔ)。

圖1 一層結(jié)構(gòu)平面圖

圖2 二層結(jié)構(gòu)平面圖

圖3 一層和二層改造方案

圖4 支撐立面圖（1-1）

改造后，原結(jié)構(gòu)傳力途徑改變，結(jié)構(gòu)需進(jìn)行抗震驗算。主要包含以下兩個方面內(nèi)容。a、對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震變形驗算，如不滿足要求，需增大結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度；b、對所有梁柱構(gòu)件進(jìn)行抗震承載力驗算，如不滿足要求，需進(jìn)行加固；

3 改造后結(jié)構(gòu)抗震驗算

按照上述方案拆除斜撐后，該結(jié)構(gòu)體系變?yōu)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)。由于框架柱為鋼管混凝土柱，結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角按混凝土結(jié)構(gòu)限值1/550考慮；從表2可以看出純框架結(jié)構(gòu)不滿足抗震變形要求，需增大結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度。加大框架柱截面或增加鋼支撐，均可提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度及。但加大柱截面尺寸，需對多根框架柱進(jìn)行加固，焊接量較大，易對原結(jié)構(gòu)柱造成損傷。增加支撐則抗震效果明顯且工程量較小，又能減少對原結(jié)構(gòu)的破壞，較為合適。

新增主要構(gòu)件尺寸見下表。

表1 構(gòu)件尺寸

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，原設(shè)計活荷載按展覽廳取值，本次改造設(shè)計按商場取值，兩者取值沒有變化，均為3.5kN/m2?？拐鹪O(shè)防烈度按8度（0.2g），場地類別為III類，根據(jù)中國建筑科學(xué)研究院PKPM軟件計算結(jié)果，框架柱抗震承載力均滿足要求，部分次梁，主要是原來與斜支撐相連的鋼梁承載力與變形均不滿足要求?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的層間位移角見下表。

表2 改造后未加支撐結(jié)構(gòu)層間彈性變形及層間位移角

結(jié)合建筑使用功能，在建筑兩端1-B-C、10-B-C、2-3-A、2-3-D、8-9-A、8-9-D位置各加一道支撐。根據(jù)抗震規(guī)范，為保證結(jié)構(gòu)中部區(qū)域的抗震承載力，鋼支撐間距不應(yīng)超過40米，故需在建筑中部樓梯間7-B-C位置加一道支撐。新的框架支撐結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值見表3。

表3 改造后加支撐結(jié)構(gòu)層間彈性變形及層間位移角

原承載力不滿足的鋼梁，在其下方貼焊200x200x8x13T型鋼，經(jīng)過驗算，承載力和變形均滿足要求。

4 改造前后兩種結(jié)構(gòu)形式比較

該建筑原有功能為售樓處，建筑中間位置4-5-B-C附近區(qū)域為售樓處樣板間，基于裝修造型需要，其墻體需做成斜墻，原結(jié)構(gòu)斜撐即作為斜墻的骨架，斜撐既承擔(dān)豎向荷載，也承擔(dān)水平地震作用，斜撐未與主梁和柱直接連接，而是與次梁直接連接，不能與框架柱和框架梁協(xié)同受力，成為結(jié)構(gòu)的薄弱處。地震發(fā)生后，斜撐首先會被破壞，由于此處沒有框架柱，會帶來很大安全隱患。改造后的框架支撐結(jié)構(gòu)，整齊規(guī)則，結(jié)構(gòu)傳力途徑簡單明確，框架柱與框架梁組成雙向完整結(jié)構(gòu)體系，作為整體共同受力，提高了結(jié)構(gòu)的安全度；新增支撐布置在結(jié)構(gòu)周圍，提高了結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度。在樓層中間位置樓梯間處布置支撐，既提高了樓梯間的安全度，也確保了建筑中部的抗震承載力，使整體結(jié)構(gòu)無薄弱處。此外新增支撐僅承擔(dān)水平地震作用，不承擔(dān)豎向荷載，功能更加合理，安全儲備也得到提高。

5 施工要求

對抗震加固及改造工程施工，應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量以保證新舊結(jié)構(gòu)共同工作，對本工程的施工，因鋼結(jié)構(gòu)焊接量較大，焊縫質(zhì)量必須嚴(yán)格滿足規(guī)范要求，嚴(yán)禁對原結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成損傷。具體施工順序如下：

a應(yīng)先按設(shè)計要求增加鋼柱和鋼梁，按圖紙加固鋼梁；b拆除二層支撐，仔細(xì)監(jiān)測鋼梁及樓板的變形，觀測三日無變形后，進(jìn)行下步工作；

c拆除一層支撐；仔細(xì)監(jiān)測鋼梁及樓板的變形，觀測三日無變形后，拆除完成；

d改造完成后，監(jiān)測一月左右，沒有變形后方可進(jìn)行建筑裝修。

6 結(jié)語

在房屋改造設(shè)計中，加固改造方案的確定對結(jié)構(gòu)影響至關(guān)重要，而抗震措施也應(yīng)予以充分重視。在最大限度滿足建筑使用功能的前提下，本著“安全可靠、經(jīng)濟合理、施工簡便”的原則，結(jié)合工程具體情況，制定可靠易行的結(jié)構(gòu)方案和構(gòu)造措施。

本工程自改造完成并投入使用至今已數(shù)年，所有構(gòu)件在新荷載作用下工作狀態(tài)正常。實踐證明，加固合理有效，達(dá)到設(shè)計預(yù)期效果。

[1] GB50011—2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 鐘善桐：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M].3版.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[3] GB50009—2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計規(guī)范. [S].

[4] GB50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[5] JGJ116-2009 建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程[S].