論鋼結(jié)構(gòu)在已有建筑物改擴(kuò)建中的應(yīng)用

王學(xué)明(新疆有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司烏魯木齊830000)

論鋼結(jié)構(gòu)在已有建筑物改擴(kuò)建中的應(yīng)用

王學(xué)明
(新疆有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司烏魯木齊830000)

筆者多年從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)在已有建筑物改擴(kuò)建的應(yīng)用中，根據(jù)建筑不同功能要求，使用不同的結(jié)構(gòu)形式，在結(jié)構(gòu)改擴(kuò)建設(shè)計(jì)中提出不同的結(jié)構(gòu)方案以及處理方法，借此與廣大同行互相交流，互相學(xué)習(xí)。達(dá)到設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)共享的目的，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展及人們生活水平不斷提高貢獻(xiàn)微薄之力。

建筑使用功能抗震設(shè)防烈度鋼梁鋼框架節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)

1 建筑物改擴(kuò)建的因素及可行性

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)現(xiàn)有建筑物的使用功能及建筑物的外貌美觀形象提出了越來(lái)越高的要求。但是我國(guó)現(xiàn)階段還是處于發(fā)展之中，財(cái)政經(jīng)濟(jì)水平還有限，不可能把所有的舊建筑推倒重建。對(duì)一些舊建筑只能投入較少的資金采取改擴(kuò)建措施，來(lái)提高舊建筑的使用效率。當(dāng)然在已有建筑物的改擴(kuò)建過(guò)程中，要根據(jù)已有建筑物所在的地理環(huán)境，建筑物設(shè)防烈度的高低，建筑物改擴(kuò)建后新的功能要求等。所采取的改擴(kuò)建結(jié)構(gòu)形式以及新老結(jié)構(gòu)連接方法應(yīng)有所區(qū)別。

2 已建辦公樓內(nèi)增擴(kuò)小型會(huì)議室

目前，我國(guó)中小企事業(yè)單位已建有大量的多層中小型磚混砌體結(jié)構(gòu)的辦公建筑。這些單位隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，單位對(duì)外業(yè)務(wù)量大量增加，工作中會(huì)議量也隨著大量增加，辦公樓內(nèi)已有的會(huì)議室明顯不夠使用，迫切需要增加會(huì)議室數(shù)量。下面對(duì)此類改擴(kuò)建的情況做如下闡述：

⑴在已有建筑內(nèi)增加會(huì)議室的位置進(jìn)行合理的選址，從抗震設(shè)計(jì)要求來(lái)說(shuō)，磚混砌體結(jié)構(gòu)最上一層受地震作用力最小，一般情況下最上一層抗震墻的受力強(qiáng)度較下層小很多，在最上一層增設(shè)大空間會(huì)議室是合理的層選。在最上層中去掉1～2道橫墻對(duì)整體結(jié)構(gòu)的抗震性能影響不大，且大空間會(huì)議室盡量選在這一層靠近平面中間的位置。

⑵在大空間位置確定后，就要進(jìn)行拆墻后托屋面板鋼梁的設(shè)計(jì)，以及施工方案的設(shè)計(jì)。托板鋼梁的設(shè)計(jì)選型一般采用國(guó)標(biāo)HW系列寬翼緣工字鋼。鋼梁計(jì)算簡(jiǎn)圖為普通簡(jiǎn)支梁，按照“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”的要求；鋼梁的容許撓度值控制在L∕400之內(nèi)（L為簡(jiǎn)支梁跨度）。鋼梁的強(qiáng)度、穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)按照“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”內(nèi)第四章節(jié)（受彎構(gòu)件）進(jìn)行計(jì)算。通常情況下鋼梁的跨度都不大于9 m。采用國(guó)標(biāo)寬翼緣實(shí)腹工字鋼HW系列型鋼均能滿足設(shè)計(jì)要求。鋼梁設(shè)計(jì)完后進(jìn)一步確定鋼梁端部與原結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)。鋼梁端部處墻內(nèi)有鋼筋混凝土構(gòu)造柱時(shí)則在構(gòu)造柱上設(shè)置牛腿，作為鋼梁支座。若鋼梁端部沒(méi)有鋼筋混凝土構(gòu)造柱則在墻內(nèi)增設(shè)鋼筋混凝土梁墊，并且在梁墊上設(shè)置鋼牛腿作為鋼梁支座。鋼牛腿設(shè)計(jì)主要是抗剪栓釘數(shù)量的確定?？辜羲ㄡ敂?shù)量則由鋼梁端部剪力大小來(lái)計(jì)算確定。鋼梁連接設(shè)計(jì)完成后下一步就是施工方案的設(shè)計(jì)。根據(jù)不同的施工單位則有不同的施工方案。但施工單位大都考慮施工過(guò)程中簡(jiǎn)單方便為主要目的而編制的施工方案。但筆者一般都在設(shè)計(jì)藍(lán)圖中注明施工操作順序，要求施工單位按注明的要求去施工操作。設(shè)計(jì)說(shuō)明中通常按照下列順序要求施工：

⑴在待拆墻兩側(cè)0.5 m左右處設(shè)置臨時(shí)支撐屋面板的結(jié)構(gòu)構(gòu)架系統(tǒng)。此構(gòu)架系統(tǒng)既能保證拆墻后屋面板不下沉又不影響鋼梁的安裝。

⑵臨時(shí)支撐構(gòu)架搭建完畢后即可拆除不需要的原有磚墻。拆墻施工時(shí)建議使用電鋸切割墻體，嚴(yán)禁使用大錘砸墻以免影響與之相連墻體磚縫砂漿與磚墻粘結(jié)的破壞而降低墻體的抗震強(qiáng)度。

⑶墻體拆除后清理底板灰塵及底板找平。

⑷施工鋼牛腿。

⑸托板鋼梁就位后鋼梁與鋼牛腿墊板焊接，涂刷防火漆及防銹漆。

⑹拆除臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)改造完畢。

通過(guò)上述結(jié)構(gòu)的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)，施工，以及后續(xù)的建筑裝飾施工，一個(gè)新的會(huì)議室呈現(xiàn)在工作人員的使用環(huán)境中。

3 已有大空間結(jié)構(gòu)的加層改造（擴(kuò)建）

隨著我國(guó)城市建設(shè)的規(guī)模的擴(kuò)大以及對(duì)城市環(huán)境要求的提高，城市中原有的生產(chǎn)企業(yè)遷往新建工業(yè)園區(qū)，企業(yè)留在市區(qū)的一些工業(yè)廠房建筑留之不用棄之可惜而成為“雞肋”建筑。但此類工業(yè)建筑通過(guò)建筑師與結(jié)構(gòu)師的合作進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，改變建筑的使用功能，使其成為辦公、商業(yè)、娛樂(lè)、餐飲等服務(wù)性建筑，可使廢棄的建筑產(chǎn)生新的使用價(jià)值，為國(guó)家和企業(yè)減少可觀的建設(shè)資金。

企業(yè)搬遷遺留在市區(qū)內(nèi)的工業(yè)建筑一般都是磚混砌體或者鋼筋混凝土單層工業(yè)廠房。廠房層高大多是6 m以上。這類工業(yè)廠房在進(jìn)行改造設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)廠房改造后新建筑功能的要求及廠房所在地抗震設(shè)防烈度的高低，廠房?jī)?nèi)部改造加層設(shè)計(jì)采用不同的結(jié)構(gòu)方案。

⑴當(dāng)抗震設(shè)防烈度較高時(shí)；7度及以上時(shí)，則廠房加層部分結(jié)構(gòu)采取獨(dú)立于廠房的結(jié)構(gòu)體系。加層結(jié)構(gòu)體系與廠房結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間應(yīng)留有足夠?qū)挼目拐鹂p?？拐鹂p的寬度按“建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范”有關(guān)章節(jié)要求確定。加層結(jié)構(gòu)體系在地震作用下對(duì)廠房沒(méi)有任何施力影響，保證原有廠房結(jié)構(gòu)的抗震性和安全性。廠房?jī)?nèi)的加層結(jié)構(gòu)體系可根據(jù)廠房的凈高以及建筑功能的要求采用單層或多層鋼框架結(jié)構(gòu)。當(dāng)鋼框架的層數(shù)確定后，該加層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)按國(guó)家現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的要求進(jìn)行獨(dú)立的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)。

⑵當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6度及以下時(shí)，廠房?jī)?nèi)部加層的結(jié)構(gòu)體系可不進(jìn)行地震作用計(jì)算。加層結(jié)構(gòu)采用單層或多層鋼框架結(jié)構(gòu)時(shí)僅對(duì)板、梁、柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件在垂直荷載作用下的強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定性的計(jì)算。由于僅考慮豎向荷載的作用，加層結(jié)構(gòu)的邊跨梁可與廠房柱采用簡(jiǎn)支連接的方案。采用此方案時(shí)應(yīng)考慮廠房柱及柱基在增加了額外的垂直荷載后強(qiáng)度校核工作，經(jīng)校核后如果強(qiáng)度不夠則要進(jìn)行柱和地基基礎(chǔ)的加固設(shè)計(jì)。一般當(dāng)?shù)鼗休d力較高時(shí)可不用對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固，僅對(duì)柱進(jìn)行相應(yīng)的加固設(shè)計(jì)處理。當(dāng)?shù)鼗休d力較低時(shí)，除對(duì)柱加固外，還應(yīng)對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)處理，以保證地基的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。另外由于廠房柱在加層處增加了梁柱連接節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)范圍柱是否需要加固可根據(jù)柱子的截面形式考慮，如柱截面是矩形可不用加固，如果柱截面是工字型，則節(jié)點(diǎn)范圍及以下部分應(yīng)加固成矩形截面，以保證廠房柱有足夠的強(qiáng)度。在加層結(jié)構(gòu)的平面柱距布局中，盡量讓邊跨柱距小一點(diǎn)，這樣邊跨梁傳至廠房柱上的垂直荷載可少一些，以便盡量減少對(duì)廠房柱及基礎(chǔ)的影響，提高經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)對(duì)遺棄的工業(yè)單層廠房?jī)?nèi)部加層改擴(kuò)建后，改變了廠房的使用功能，使其為現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)出新的使用價(jià)值，為人們?cè)黾恿诵碌氖褂铆h(huán)境與場(chǎng)所，是一舉多得的好事。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)在新建建筑改擴(kuò)建中運(yùn)用廣泛，除上闡述的兩個(gè)應(yīng)用范圍之外，其他范圍如：建筑立面藝術(shù)改造、建筑屋頂藝術(shù)改造、建筑入口處雨篷造型、建筑室內(nèi)外新增電梯、樓宇之間天橋等，均可使用鋼結(jié)構(gòu)來(lái)滿足建筑不斷的功能需求。在實(shí)際使用中應(yīng)注意新增鋼結(jié)構(gòu)使用的條件及技術(shù)上的可行性，嚴(yán)格按照國(guó)家現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程進(jìn)行詳細(xì)的方案研究及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，只有這樣才能讓鋼結(jié)構(gòu)在建筑的改擴(kuò)建工程中發(fā)揮出它的優(yōu)勢(shì)，如果在建筑改擴(kuò)建中不顧其結(jié)構(gòu)方案是否合理，技術(shù)要求是否可行就亂拆濫搭鋼結(jié)構(gòu)，其后果是既不能實(shí)現(xiàn)建筑改擴(kuò)建的目的，還會(huì)為原建筑帶來(lái)安全隱患。

[1]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50011-2010.

[2]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50017-2003.

[3]混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50367-2006.

[4]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50010-2010.

[5]砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50003-2011.

[6]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50007-2011.

收稿:2014-12-12

DOI∶10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.01.033