既有混凝土建筑與新建鋼結(jié)構(gòu)建筑連接設(shè)計(jì)分析

（中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610000）

既有混凝土建筑與新建鋼結(jié)構(gòu)建筑連接設(shè)計(jì)分析

張 彥

（中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610000）

本文對改、擴(kuò)建工程的基本思路進(jìn)行了描述，然后結(jié)合實(shí)際，以某工程為例，對工程中既有混凝土建筑與新建鋼結(jié)構(gòu)建筑連接設(shè)計(jì)中的一些情況以及問題進(jìn)行了分析，并在關(guān)鍵問題上，如對鋼梁和原有鋼筋混凝土柱的連接、鋼梁與和原有的混凝土梁的連接、新老建筑地下室底板銜接處放水節(jié)點(diǎn)的處理等，本文的目的就是為了為以后在工程中遇到此類問題提供參考。

混凝土建筑；新建鋼結(jié)構(gòu)建筑；連接

改擴(kuò)建在實(shí)際工程中應(yīng)用很廣泛，這是由于改擴(kuò)建具有周期短﹑成本低等明顯的優(yōu)點(diǎn)，并且改擴(kuò)建還能使既有建筑的功能發(fā)生改變。在改擴(kuò)建工程中，新﹑舊構(gòu)件的連接至關(guān)重要，由于節(jié)點(diǎn)有著傳遞﹑分配內(nèi)力和保持結(jié)構(gòu)整體性的作用，所以其在結(jié)構(gòu)中的作用很是重要。在實(shí)際中，節(jié)點(diǎn)的受力情況相當(dāng)復(fù)雜，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)不僅要承受柱子傳來的軸向力﹑彎矩和剪力，梁傳來的彎矩﹑剪力和扭矩作用，而且其他因素也會對節(jié)點(diǎn)造成一定程度的影響，如收縮﹑徐變﹑溫度變化及地基沉陷等。如何確保新﹑舊構(gòu)件連接可靠﹑共同工作成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，本文從實(shí)際出發(fā)，以某工程為例，介紹了既有混凝土建筑與新建鋼結(jié)構(gòu)建筑連接設(shè)計(jì)。

一﹑改造工程的設(shè)計(jì)思路

在改建工程中，與新建工程目標(biāo)一致的是安全度﹑功能要求以及投資效益等等方面，但是與此同時既有建筑的改建與新建工程還有些差別，所以折舊造成了設(shè)計(jì)思路的差異。

1收集原有資料

在進(jìn)行改造工程時，一個很重要的設(shè)計(jì)依據(jù)就是既有建筑的原有資料，一般來說，原有資料包括有關(guān)于建筑本身的資料，如工程概況﹑基礎(chǔ)承臺工程﹑以及上部結(jié)構(gòu)的圖紙等等。除此之外，還應(yīng)該對既有建筑的原有施工資料進(jìn)行收集，施工資料一般包括各個分項(xiàng)的施工記錄﹑各分項(xiàng)的驗(yàn)收記錄以及工程核定單，對于那些與設(shè)計(jì)資料不一致的資料，要重點(diǎn)收集。此外，還需將施工時變更了的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行核對，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場建筑與施工方案有不一致的地方，那么一切將以原有建筑為準(zhǔn)。

2對既有建筑物的鑒定

在進(jìn)行改建工程時要對既有建筑物進(jìn)行鑒定，在鑒定既有建筑物的時候，一般分為兩種：第一種，對既有建筑物進(jìn)行安全性鑒定。因?yàn)閷τ诩扔薪ㄖ锏母慕üこ虂碚f，在規(guī)范方面均要有現(xiàn)有的規(guī)范相符合，這一步的主要目的就是了解已施工的結(jié)構(gòu)和實(shí)際的設(shè)計(jì)是否和原有的施工資料一致，這將是改建工程的重要依據(jù)。第二種，對既有建筑物進(jìn)行抗震鑒定。如果在對既有建筑物進(jìn)行改建的過程中需要改動建筑物的結(jié)構(gòu)和功能，或者要增加荷載，這樣就必須要按照改建后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算模型的建立，對既有建筑物進(jìn)行抗震鑒定，在抗震安全規(guī)范方面，要以現(xiàn)行的規(guī)范為準(zhǔn)。另外，在對既有建筑物進(jìn)行鑒定是一定要由專業(yè)的鑒定加固單位進(jìn)行。

3確定改建方案

在進(jìn)行完鑒定之后，就是要對改建工程的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行確定。在確定設(shè)計(jì)方案時，一定要根據(jù)原有資料進(jìn)行，如原有的設(shè)計(jì)資料以及原有的施工資料，除了原有的資料之外，還應(yīng)該參考一些新的資料，比如新的地質(zhì)勘探報(bào)告以及新的建筑施工圖，這樣就能進(jìn)行新的改建設(shè)計(jì)方案的確定了，這樣一來，樁基方案﹑基礎(chǔ)方案以及上部結(jié)構(gòu)方案都將被確定。對于一個工程來說，沉降控制是極為重要的，所以在對原有樁基設(shè)計(jì)中樁型的選擇以及持力層的設(shè)計(jì)要進(jìn)行復(fù)核，檢驗(yàn)其是否合適。入伙復(fù)核結(jié)果是不合適，并不能滿足改建工程的要求，那么就必須按照具體的實(shí)際情況進(jìn)行處理。一般來說，原來的樁不能再加以利用時候，就要對其進(jìn)行拆除；原先的樁有局部承載力不夠的情況，要根據(jù)實(shí)際要求對其進(jìn)行補(bǔ)樁，以達(dá)到新裝滿足改進(jìn)方案中的要求，使其與原有的樁的共同手里與整個續(xù)建物的重心重合，即使有偏差，也必須要控制在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)。對于改建工程中原先為獨(dú)立基礎(chǔ)的，特別是當(dāng)基礎(chǔ)中遠(yuǎn)有近滿足時，這個時候可以適當(dāng)考慮擴(kuò)大基礎(chǔ)面積這一措施，如有必要，解決這種問題還可以加大基礎(chǔ)高度，但是在原有配筋在基礎(chǔ)加高后，這是一定要滿足最小配筋率的要求。另外，在混凝土結(jié)構(gòu)中，可以選擇多種方法進(jìn)行加固，如增大橫截面加固法﹑粘貼纖維復(fù)合材料加固法等。這樣的做法可以在很大的程度上保證新老建筑的連接可靠性。

二﹑工程綜述

本文中以某工程為例進(jìn)行介紹，該改建工程的既有建筑物采用的是混凝土框架結(jié)構(gòu)，主體為地上28層，裙房為地下1層，地上4層。改建工程中新建部分的層高為地下4.5m，一層5.1m，二層4.8mi，三層5.8m，四層5.8m，主體的層高不變，如果有高差情況，則以臺階方式進(jìn)行處理。改建部分按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，新建地上總建筑面積27785.3m2，新建地下建筑面積為9051.2m2。

三﹑連接設(shè)計(jì)

既有建筑為混凝土結(jié)構(gòu)，然而新建部分卻為鋼結(jié)構(gòu)，再加上連接節(jié)點(diǎn)處所采用的建筑材料有所差異，混凝土與鋼結(jié)構(gòu)的連接方式不統(tǒng)一而且其受力情況相當(dāng)復(fù)雜，基于這些實(shí)際情況，這些問題所以應(yīng)該重視。

1鋼梁與鋼筋混凝土柱連接

在新建時，難免會遇到新建鋼結(jié)構(gòu)與既有的混凝土柱連接。在二者連接后，混凝土柱的受荷面積增大。原有建筑始建于2000年，所以并不能確定混凝土柱的強(qiáng)度承載力，這對這種情況，對梁柱鏈接進(jìn)行特別的處理。在既有混凝土柱的跟前緊靠著工字型鋼柱，橫截面尺寸為250×250×8×12，鋼梁與鋼柱的連接方式為鉸接，這樣鋼柱就只承受鋼梁傳遞的軸力，并不承擔(dān)彎矩。在沿著混凝土柱的長度方向，每個這500mm就植入鋼筋，最后再其外部包混凝土，使其與既有混凝土柱連成一體。鋼柱可以通過柱腳栓與原有鋼筋混凝土柱的承臺相連接。

2鋼梁與鋼筋混凝土梁連接

在對這兩者進(jìn)行連接的時候，復(fù)合鋼筋混凝土的承載力是首先要考慮并且解決的問題。經(jīng)過計(jì)算，鋼筋混凝土的承載力可以滿足新建的承載力的要求。二者的連接方式采用的也是鉸接的方式，鋼筋混凝土梁就能承受鋼梁傳遞的剪力，這樣就能是鋼筋混凝土梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)減輕。然后再按照鋼梁傳遞的剪力，對連接鋼梁和混凝土梁的錨栓進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2006）中的規(guī)定，錨栓的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下的要求：

在公式（1）中， fvd1t表示的是錨栓鋼材用于抗拉計(jì)算的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，必須按照規(guī)定采用；表示的是錨栓剛才受拉承載力的設(shè)計(jì)值；As表示錨栓的有效截面面積。另外，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2006）中的另外一條規(guī)定：錨栓鋼材受剪承載力的設(shè)計(jì)值，應(yīng)該分為無桿臂和有桿臂這兩種情況進(jìn)行計(jì)算。

無桿臂的受剪為

有桿臂的受剪為

在公式（2）中，As表示的是錨栓的有效橫截面面積； Va表示的是錨栓趕在受剪承載力的設(shè)計(jì)值；σ是被驗(yàn)算錨栓承受的軸向拉應(yīng)力，其值是確定的； Wel表示的是錨栓的橫截抵抗矩；mα是約束系數(shù)；l0為杠桿臂的計(jì)算長度。

另外，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2006）中的規(guī)定，應(yīng)用在承重結(jié)構(gòu)中的錨栓，其直徑不得小于12mm，另外，按構(gòu)造錨固深度要求最小為60mm，而且同時也不能比混凝土保護(hù)層的厚度小。

3新舊建筑地下室底板銜接處防水節(jié)點(diǎn)處理

在這個方面的問題上，也有相關(guān)的規(guī)定，《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB501087-2008）中規(guī)定，防水混凝土結(jié)構(gòu)底板的混凝土墊層強(qiáng)度至少為C15，厚度方面至少100mm，如果是在軟弱土層，那么至少為1500mm。根據(jù)此項(xiàng)規(guī)范中的另外一條規(guī)定：防水混凝土的結(jié)構(gòu)厚度不得小于2500mm；裂縫寬度不得小于0.2mm，而且不能貫通；鋼筋保護(hù)層厚度根據(jù)結(jié)構(gòu)的耐久性以及工程環(huán)境選擇，迎水面鋼筋保護(hù)層的厚度不得小于50mm。在本工程中，既有建筑物中的地下室底板符合該規(guī)范的規(guī)定。在結(jié)合新老建筑基礎(chǔ)底板所確定的分界面，在抵抗不均勻沉降產(chǎn)生的剪力的方法上，選取了在分界面處向地下室底板植入鋼筋的方式。在分界處，要對就得地下室的底板進(jìn)行打磨，以增強(qiáng)粘合強(qiáng)度。另外，在分界面處預(yù)埋遇水膨脹的橡膠條以及預(yù)留注漿管。

結(jié)語

綜上所述，由于社會的不斷向前發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的成果越來越好，人們常常在商業(yè)活動中建設(shè)建筑或者對破舊的建筑進(jìn)行改造。特別是原有的建筑的建筑風(fēng)格以及建筑內(nèi)部裝修和建筑的功能不能滿足時下的需求時，往往需要對既有建筑進(jìn)行改建，以達(dá)到新的商業(yè)建筑的目標(biāo)。本文主要對改﹑擴(kuò)建工程的基本思路進(jìn)行了描述，然后結(jié)合實(shí)際，以某工程為例，將改建工程中護(hù)遇到的一些技術(shù)性的問題進(jìn)行了分析，并對于關(guān)鍵性的如鋼梁和原有鋼筋混凝土柱的連接﹑鋼梁與和原有的混凝土梁的連接﹑新老建筑地下室底板銜接處放水節(jié)點(diǎn)的處理等問題進(jìn)行探索和解決，并給出了清晰﹑科學(xué)﹑合理的解決方案。最終使方案達(dá)到新的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)改建的功能，并且保證了改建后的建筑的安全性以及可靠性，希望本文的內(nèi)容可以為以后類似的問題提供參考。

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