重慶某劇院抽柱轉(zhuǎn)換加固方案

（重慶市設(shè)計(jì)院，重慶400015）

重慶某劇院抽柱轉(zhuǎn)換加固方案

翟影

（重慶市設(shè)計(jì)院，重慶400015）

重慶某劇院結(jié)構(gòu)主體實(shí)施完畢后因建設(shè)方對(duì)使用功能提出了更高的要求，增加了舞臺(tái)兩側(cè)的側(cè)臺(tái)功能，需要抽取4顆柱子。該4顆柱子支承著大跨度的屋面大梁，改造設(shè)計(jì)難度很大。該文針對(duì)性地提出了五種加固改造方案，通過多角度比選，確定了適合該工程的加固改造方案，最后基于選定的加固改造方案給出了合理而詳盡的施工步驟。

抽柱轉(zhuǎn)換；斜撐；結(jié)構(gòu)加固；施工技術(shù)

隨著建設(shè)方對(duì)建筑功能的需求改變，建筑結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)主體實(shí)施完畢后的抽柱加固改造。重慶某劇院結(jié)構(gòu)主體實(shí)施完畢后因建設(shè)方對(duì)使用功能提出了更高的要求，增加了舞臺(tái)兩側(cè)的側(cè)臺(tái)功能，需要抽取4顆柱子。該4顆柱子上支承著大跨度的屋面大梁，改造設(shè)計(jì)難度很大。基于此，筆者查閱了大量加固改造的設(shè)計(jì)實(shí)例和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)性地提出了五種加固改造方案，從結(jié)構(gòu)安全可靠性、施工便利性、經(jīng)濟(jì)性等角度進(jìn)行了對(duì)比分析，最終確定了最合適的加固改造方案，希望對(duì)同類項(xiàng)目有所借鑒。

圖1 原舞臺(tái)建筑圖

1 工程概況

重慶某劇院建筑結(jié)構(gòu)體系為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，舞臺(tái)區(qū)域原設(shè)計(jì)為3跨4排框架柱。主體結(jié)構(gòu)封頂后，因建設(shè)方對(duì)舞臺(tái)使用功能提出了更高的要求，增加了舞臺(tái)區(qū)左右兩側(cè)的側(cè)臺(tái)區(qū)域，需要抽掉舞臺(tái)與側(cè)臺(tái)之間的左右各兩顆柱子。如圖1、圖2所示。

如圖3所示，該4顆柱子上部大屋面處，支承著三條3.7m+ 31.4m+3.7m跨的單向布置的大跨度預(yù)應(yīng)力梁。屋面為種植屋面，恒載達(dá)到20kN/m2，活載考慮屋頂上人和舞臺(tái)區(qū)葡萄架吊掛荷載共計(jì)約5kN/m2。轉(zhuǎn)換區(qū)域荷載大、跨度大，改造難度很大。

根據(jù)劇場(chǎng)內(nèi)裝設(shè)計(jì)方案，需要約10m凈空。根據(jù)圖4所示的劇場(chǎng)舞臺(tái)區(qū)域橫剖面，需要截?cái)?.000標(biāo)高以上10m高柱段。攔腰截?cái)嘭?fù)荷面積很大的柱子，拆除的施工順序、施工過程中的支撐方案、節(jié)點(diǎn)區(qū)修復(fù)的施工質(zhì)量顯得尤為重要。

圖2 改造后舞臺(tái)建筑圖

圖3 抽柱轉(zhuǎn)換區(qū)域屋面梁系

2 五種抽柱轉(zhuǎn)換方案

基于該工程特點(diǎn)，筆者提出了以下五種改造方案，并從經(jīng)濟(jì)性、施工便利性、可靠性等各角度進(jìn)行了對(duì)比分析。

2.1 方案一：剛接型鋼人字撐轉(zhuǎn)換桁架

增設(shè)型鋼人字撐，上部與被轉(zhuǎn)換柱頂部剛接，下部與轉(zhuǎn)換桁架下弦桿、相鄰不轉(zhuǎn)換柱剛接。該種轉(zhuǎn)換直接將豎向力由被轉(zhuǎn)換柱的柱頂傳到不轉(zhuǎn)換柱，傳力簡潔可靠（圖5）。

新增人字撐為受壓構(gòu)件，截面為箱型截面，平面內(nèi)外的穩(wěn)定性俱佳，結(jié)構(gòu)安全可靠性高。節(jié)點(diǎn)處型鋼節(jié)點(diǎn)需工廠預(yù)制而后現(xiàn)場(chǎng)安裝，施工較為復(fù)雜。新增下弦桿為小偏心受拉桿，因桁架兩側(cè)均有剪力墻或梁板，實(shí)際拉應(yīng)力僅為0.91MPa小于C40混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

2.2 方案二：鉸接型鋼人字撐轉(zhuǎn)換桁架

與方案一類似，將型鋼支撐上部與被轉(zhuǎn)換柱柱頂連接改為鉸接，下部與轉(zhuǎn)換桁架下弦桿、相鄰不轉(zhuǎn)換柱連接改為鉸接。下弦桿做法不變?？紤]到豎向荷載作用下節(jié)點(diǎn)均受壓為主，故簡化節(jié)點(diǎn)加固處理方式為螺桿+節(jié)點(diǎn)板。加固量大大減少，施工非常便利（圖6）。

由上述描述可知，本方案的可靠性是基于節(jié)點(diǎn)受壓的，該種節(jié)點(diǎn)處理受拉能力不佳。如果考慮到豎向荷載實(shí)際達(dá)不到預(yù)期，加之水平荷載的施加，極有可能在某種水平荷載為控制荷載的組合工況下出現(xiàn)壓桿變拉桿的情形。此時(shí)，結(jié)構(gòu)安全可靠性不高。

2.3 方案三：鉸接型鋼雙X撐轉(zhuǎn)換桁架

基于方案二可靠性不佳的缺點(diǎn)，筆者提出了雙X撐轉(zhuǎn)換桁架的方案，即在方案二的基礎(chǔ)上增加倒人字撐。正人字撐桿件出現(xiàn)受拉可能的時(shí)候，增加的倒人字撐用于承受壓力來克服該種處理方式受拉效果不佳的缺點(diǎn)。但該方案仍是節(jié)點(diǎn)鉸接，整體安全度不如剛接高（圖7）。

2.4 方案四：帶邊框型鋼雙X撐轉(zhuǎn)換桁架

采用帶邊框鋼支撐對(duì)既有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固，方法簡便可靠，對(duì)原結(jié)構(gòu)影響小，在加固施工時(shí)建筑物仍可正常使用，比較適合混凝土結(jié)構(gòu)的抗震加固，在日本得到了廣泛應(yīng)用[3]。

如圖8所示，該種加固思路實(shí)際利用了新增內(nèi)支撐的抵抗軸向變形能力達(dá)到抵抗整體水平荷載的目的。該工程借鑒這個(gè)思路，同時(shí)用于抵抗水平、豎向荷載，提出了帶型鋼邊框的鋼內(nèi)撐加固方案。

但此種加固方案需要整體出現(xiàn)向下的變形后才會(huì)發(fā)揮實(shí)際作用，對(duì)原有混凝土梁柱的正常使用狀態(tài)造成一定的影響。

圖4 抽柱轉(zhuǎn)換橫剖面

圖5 方案一

圖6 方案二

圖7 方案三

圖8 鋼內(nèi)框支撐變形形態(tài)

圖9 方案四

2.5 方案五：鋼筋混凝土人字撐轉(zhuǎn)換桁架

原結(jié)構(gòu)主材為鋼筋混凝土，從加固材料與原結(jié)構(gòu)有效結(jié)合的角度，加固材料選擇鋼筋混凝土主材最為合理。方案五在方案一的基礎(chǔ)上提出了設(shè)置鋼筋混凝土人字撐的加固方案（圖10）。

圖10 方案五

此種加固方案需要將新增斜撐中縱筋有效地進(jìn)入原柱內(nèi)，一定程度上增加了柱頭的剔打量（圖10）。

2.6 方案對(duì)比

此部位抽柱轉(zhuǎn)換，豎向荷載起控制作用。表1從結(jié)構(gòu)安全可靠性、施工便利性、經(jīng)濟(jì)性三個(gè)角度對(duì)比了五種加固改造方案(見表1）。

從結(jié)構(gòu)安全可靠性上，可以做到節(jié)點(diǎn)剛接的方案一、方案五最優(yōu)。

從施工便利性上，方案一相比方案五減少了不轉(zhuǎn)換柱的剔打梁，減小了對(duì)原結(jié)構(gòu)的破壞，方案一更優(yōu)。

從經(jīng)濟(jì)性上，方案五的結(jié)構(gòu)材料造價(jià)優(yōu)于方案一，但是考慮綜合施工費(fèi)用，兩者相差不大。

綜合各方面因素，最終選擇了方案一作為實(shí)施方案。

圖11 人字撐轉(zhuǎn)換桁架剖面

表1 方案對(duì)比

3 人字撐轉(zhuǎn)換桁架的加固設(shè)計(jì)與施工步驟

3.1 人字撐轉(zhuǎn)換桁架加固改造設(shè)計(jì)

加固改造設(shè)計(jì)應(yīng)考慮加固與拆除的施工順序、協(xié)調(diào)好工廠預(yù)制與現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)的關(guān)系、施工方案選擇等各方面因素。

型鋼人字撐的改造施工圖如圖11所示。施光南大劇院側(cè)臺(tái)抽柱轉(zhuǎn)換，需要將4根框架柱攔腰截?cái)嗍讲鸪Ｐ略鰳?gòu)件為兩個(gè)受壓為主的型鋼斜撐和一個(gè)鋼筋混凝土拉梁，拆除部位為0.000-11.000標(biāo)高段的中柱，局部剔除后做剛性連接修復(fù)的三個(gè)斜撐與柱子的節(jié)點(diǎn)區(qū)。

圖12 人字撐與柱節(jié)點(diǎn)改造

圖13 型鋼節(jié)點(diǎn)整體預(yù)制

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位是，如圖12所示的人字撐與柱的剛性連接改造節(jié)點(diǎn)。為縮短工期，節(jié)點(diǎn)區(qū)型鋼采用工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)吊裝再行組裝的方式。節(jié)點(diǎn)區(qū)的有效性取決于柱內(nèi)型鋼部分與原柱連接的有效性?；诖耍鐖D13所示，該工程加大了原柱的截面尺寸，利用外包部分的箍筋、箍筋、抗剪型鋼、二次整澆混凝土等確保柱內(nèi)型鋼的剛接可靠性。

此外，新增鋼筋混凝土拉桿與被轉(zhuǎn)換柱上柱段底部的連接也較為重要。下弦拉桿實(shí)施前，應(yīng)在確保上部結(jié)構(gòu)主體穩(wěn)定的前提下，剔除被轉(zhuǎn)換柱的兩側(cè)混凝土。該工程采用設(shè)置下弦桿水平加腋、縱筋繞過柱保留區(qū)混凝土的方式盡可能減少了被轉(zhuǎn)換柱的剔打量。

3.2 施工步驟

（1）剔打斜撐與柱子接頭位置節(jié)點(diǎn)區(qū)域；同時(shí)可進(jìn)行節(jié)點(diǎn)鋼骨的工廠加工預(yù)制。

（2）處理好剔打交界面以后，鋼骨吊裝就位。

（3）綁扎柱子新增縱筋、箍筋和斜撐縱筋、箍筋；綁扎節(jié)點(diǎn)區(qū)域下弦桿縱筋、箍筋。

（4）焊接鋼骨與柱中新增水平筋。

（5）澆筑斜撐及下弦桿近柱端節(jié)點(diǎn)區(qū)域。

（6）剔打被轉(zhuǎn)換柱11.200標(biāo)高柱根，綁扎完善下弦桿縱筋、箍筋。

（7）澆筑下弦桿混凝土。

（8）截?cái)嘀兄?/p>

（9）處理截?cái)嗖课坏慕缑?，確保保護(hù)層厚度。

3.3 施工難點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼骨內(nèi)混凝土的澆筑存在施工困難。該工程結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際留設(shè)了澆筑孔和排氣孔，孔徑不大于100mm，內(nèi)澆環(huán)氧砂漿強(qiáng)度不低于C45混凝土強(qiáng)度等級(jí)代替了常規(guī)混凝土。

4 總結(jié)

加固改造工程，有別于新建工程，應(yīng)兼顧結(jié)構(gòu)安全可靠性、施工便利性，充分考慮施工可行性和施工過程中的主體結(jié)構(gòu)安全，與施工方密切配合，確定合理可靠的施工方案、步驟。

該工程基于既有的重慶施光南大劇院結(jié)構(gòu)主體，抽取了4顆承擔(dān)很大上部荷載的框架柱。通過多方案的多角度比選，確定了適合該工程的加固改造方案。最后基于選定的加固改造方案給出了合理而詳盡的施工步驟。該工程從設(shè)計(jì)、施工到投入使用已近兩年，實(shí)際建筑使用效果良好。該工程設(shè)計(jì)、施工中取得的經(jīng)驗(yàn)可供其他類似工程參考。

[1]GB 50367-2013混凝土加固改造設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]唐代遠(yuǎn)，陸新征，馬玉虎，等.鋼內(nèi)撐滯回模型及防倒塌加固效果分析[J].工程抗震與加固改造，2011.

[3]郁銀泉，曾德民，等.《建筑抗震設(shè)計(jì).鑒定加固》培訓(xùn)教材[M].中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，日本國際協(xié)力機(jī)構(gòu)(JICA)，2012.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Reinforcement Scheme of Column Withdrawing Transformation of a Theater in Chongqing

The body of a theatre structure in Chongqing has been completed,but the construction party proposes higher requirements for its utilization functions,so four columns are to be withdrawn for side stage functions.The four columns are supporting the large-span beam,so the reconstruction design is quite difficult.This paper presents five reinforcement schemes and,through careful comparisons,a suitable one is selected,with detailed construction steps given.

column transformation;diagonal brace;structural reinforcement;construction technology

TU753.3

A

1671-9107（2016）12-0032-05

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.12.032

2016-09-26

翟影（1981-），男，山東濟(jì)寧人，研究生，高級(jí)工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)和研究工作。