屋頂花園改造項(xiàng)目中結(jié)構(gòu)加固方案比選工作方法研究

周輝

摘 要 本文結(jié)合某醫(yī)院屋頂花園改造結(jié)構(gòu)加固方案比選的工作過程，在建設(shè)單位限制改造費(fèi)用的前提下，嘗試找到一種確定結(jié)構(gòu)加固方案的工作方法。既有建筑改造項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分方案階段和施工圖階段。本文主要關(guān)注在方案階段，綜合考慮各種條件，如建筑、景觀、現(xiàn)場(chǎng)條件、現(xiàn)有配筋、造價(jià)控制目標(biāo)來確定結(jié)構(gòu)加固方案，包含荷載選取，加固范圍和加固方法等。

關(guān)鍵詞 屋頂改造；結(jié)構(gòu)加固；方案比選；成本控制

1 項(xiàng)目概況

通過調(diào)取本項(xiàng)目建筑圖結(jié)構(gòu)圖紙，和兩次現(xiàn)場(chǎng)踏勘，查明本項(xiàng)目概況。本項(xiàng)目為某三甲醫(yī)院屋頂花園改造，地點(diǎn)為湖南省長(zhǎng)沙市，原建筑為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，主樓15層，建筑高度58.17米，裙樓6層，高度20.37米。改造的位置為裙房屋頂，原為普通上人屋面，分別位于主樓的左右兩側(cè)的兩個(gè)區(qū)域，屋頂改造面積共1384m2。屋頂建筑面層自重為3.8kN/m2（不含結(jié)構(gòu)自重），設(shè)計(jì)活荷載2.0kN/m2。本工程原設(shè)計(jì)出圖時(shí)間為2006年3月，工程竣工時(shí)間為2010年。裙房屋頂下為層高2.7m的設(shè)備夾層，設(shè)備夾層內(nèi)主要為手術(shù)室凈化空調(diào)設(shè)備。裙房屋頂梁板的下部不允許加固施工，設(shè)置梁板支撐系統(tǒng)也會(huì)受到限制。建設(shè)單位要求結(jié)構(gòu)改造費(fèi)用限制為80萬元。

2 結(jié)構(gòu)根據(jù)項(xiàng)目基本情況提出兩個(gè)基本方案

方案一為對(duì)原屋面結(jié)構(gòu)梁板進(jìn)行核算，對(duì)不能滿足要求的位置加固處理，具體如下：①拆除原屋面上表面建筑面層等至結(jié)構(gòu)梁板；②原結(jié)構(gòu)板上表面做疊合層，原結(jié)構(gòu)梁經(jīng)核算不足處加固；③重新設(shè)置建筑面層；④屋頂花園種植和鋪裝。

方案二為原屋面保持不變，新增結(jié)構(gòu)梁板作為新的屋面層；①原屋面上表面僅結(jié)構(gòu)柱頂范圍拆除建筑面層至結(jié)構(gòu)柱頂；②以原砼柱作為支座，新增鋼梁和鋼筋桁架疊合板；③重新設(shè)置建筑面層；④屋頂花園種植和鋪裝。

3 結(jié)構(gòu)初步的計(jì)算分析

結(jié)構(gòu)根據(jù)景觀平面布置，初步確定荷載大小和位置，并提供給鑒定單位對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性鑒定。鑒定單位初步確定按以上兩種方案增加荷載后原結(jié)構(gòu)柱都能滿足要求，所以，本文的討論主要圍繞屋頂梁板加固方案的比選。

按照以上兩個(gè)基本方案分別進(jìn)行了計(jì)算分析，按照方案一對(duì)原結(jié)構(gòu)配筋核算，對(duì)不滿足要求的梁板初步確定加固方式。板配筋不足處采用上表面增加疊合層，對(duì)僅梁頂配筋不足處采用梁頂粘鋼加固，對(duì)梁底配筋不足的采用在梁頂增大截面的方法。按此方案初步確定了具體加固工程量，計(jì)算得出結(jié)構(gòu)加固費(fèi)用為127萬。按照方案二進(jìn)行了鋼梁和鋼筋桁架疊合板的初步計(jì)算，得出方案二的結(jié)構(gòu)改造費(fèi)用為153萬。方案一的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)較低；缺點(diǎn)是梁加固施工需要在底面設(shè)置支撐進(jìn)行卸載，施工非常困難；因梁板僅考慮加固上表面，提高承載力有限，所以需要限制荷載，采用輕質(zhì)材料，減少種植范圍。方案二的優(yōu)點(diǎn)是施工期間對(duì)現(xiàn)使用影響小， 新增樓面不需限制荷載完全滿足屋頂花園景觀種植需要；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)改造造價(jià)較方案一更高，且兩個(gè)方案均不能滿足結(jié)構(gòu)改造費(fèi)用的控制目標(biāo)。

結(jié)構(gòu)分析了兩種基本方案的優(yōu)缺點(diǎn)和初步核算結(jié)果，提供給景觀專業(yè)深化構(gòu)造做法和平面布置。

4 深入分析屋面荷載大小和結(jié)構(gòu)加固費(fèi)用的關(guān)聯(lián)

為分析屋面荷載大小與結(jié)構(gòu)加固費(fèi)用的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選取屋頂代表部位，對(duì)不同景觀荷載作用下梁板配筋核算，并分別確定結(jié)構(gòu)加固工程量，得出不同荷載條件時(shí)的結(jié)構(gòu)加固費(fèi)用。把分析結(jié)果提供給景觀專業(yè)，深化景觀平面布置和構(gòu)造做法。

在選取代表位置時(shí)，因?yàn)榍懊娴暮怂惆l(fā)現(xiàn)左側(cè)梁板配筋明顯富余，右側(cè)梁板配筋富余不多，所以在左右兩側(cè)分別選取代表部位。根據(jù)景觀提供的6種構(gòu)造做法分別確定恒載：①青磚鋪裝5.6kN/m2；②草坪鋪面4.4kN/m2；③灌木花池7.9kN/m2；④石材鋪裝4.9kN/m2；⑤木平臺(tái)鋪裝4.4kN/m2；⑥塑膠鋪裝3.4kN/m2。不考慮其他構(gòu)筑物荷載，代表部位的相鄰跨均布置相同荷載，活載均取2.0kN/m2。

對(duì)屋面板經(jīng)多次分析核算，②、④、⑤、⑥不需要加固板；①、③均需在板上表面粘鋼處理。確定板加固工程量，由造價(jià)專業(yè)計(jì)算結(jié)構(gòu)加固費(fèi)用，詳表1。

對(duì)屋面梁經(jīng)多次分析核算，對(duì)配筋不足的梁采用梁頂加大截面法進(jìn)行加固，并提供工程量給造價(jià)專業(yè)計(jì)算結(jié)構(gòu)加固費(fèi)用，詳表1。

表1 不同屋面荷載作用下結(jié)構(gòu)加固費(fèi)用匯總表（活載均取2.0kN/m2）

序號(hào) 構(gòu)造做法 屋面荷載（KN/m2） 加固費(fèi)用（萬元） 單方加固費(fèi)用（元/m2） 平均值（元/m2）

左側(cè)屋面 右側(cè)屋面 左側(cè)屋面 右側(cè)屋面

1 青磚鋪裝 5.6 7.29 8.95 770 1234 1002

2 草坪鋪面 4.4 0.66 3.07 70 423 247

3 灌木花池 7.9 9.15 12.32 966 1262 1114

4 石材鋪裝 4.9 0.66 3.88 70 535 303

5 木平臺(tái)鋪裝 4.4 0.66 3.07 70 423 247

6 塑膠鋪裝 3.4 0 0 0 0 0

5 按景觀深化調(diào)整的平面布置，結(jié)合方案一和方案二提出結(jié)構(gòu)改造方案三

5.1 景觀深化調(diào)整平面布置和構(gòu)造做法

結(jié)構(gòu)重新核算。按原屋面建筑面層不拆除核算，原屋面建筑面層自重3.8kN/m2，除塑膠鋪裝外的5種景觀構(gòu)造重4.4～7.9kN/m2，新增景觀構(gòu)造后，出現(xiàn)大面積梁板配筋不足，而加固施工均需拆除原屋面面層至結(jié)構(gòu)表面。所以，為減輕改造后總荷載，原屋面建筑面層必須拆除。

5.2 按原屋面建筑面層拆除

再按景觀構(gòu)造施工，重新進(jìn)行核算。右側(cè)框梁KL17（截面350×700）在改造后荷載作用下計(jì)算配筋5330，實(shí)際配筋2940，是原來的1.8倍，僅加固梁上表面需要增加梁高700mm左右，并且加固施工需要在梁底設(shè)置支撐卸荷。結(jié)構(gòu)擬在上表面新增鋼梁和桁架鋼筋疊合板，經(jīng)試算梁高600mm，可不拆除原屋面面層，不在原結(jié)構(gòu)上加固施工。根據(jù)景觀平面和原結(jié)構(gòu)梁柱的布置確定新做梁板范圍，約455m2。除新做梁板外屋面改造范圍面積共929m2，對(duì)該范圍屋面重新核算。

5.3 根據(jù)核算結(jié)果

確定結(jié)構(gòu)改造方案三：①原屋面面層拆除面積929m2，保留455m2，保留范圍新增鋼梁和桁架鋼筋疊合板；②原屋面梁加固1處，擬采用梁頂增大截面法加固；③原屋面板加固7處，擬采用板上表面粘鋼4處，板上增加疊合層3處；共計(jì)281m2。造價(jià)專業(yè)計(jì)算得出方案三結(jié)構(gòu)改造費(fèi)用共計(jì)81.79萬，基本滿足費(fèi)用控制目標(biāo)。

6 根據(jù)結(jié)構(gòu)核算結(jié)果提出優(yōu)化建議

（1）因?yàn)榫坝^布置的構(gòu)筑物如木亭子的木柱位置在板中，建議景觀稍作調(diào)整，把木亭子的木柱位置調(diào)整至梁上或板邊，可以減少板加固的范圍，細(xì)部的調(diào)整可以取得很好經(jīng)濟(jì)效果。

（2）因板面增加疊合層的做法，增加了結(jié)構(gòu)自重1kN/m2，

梁板荷載增加，是加固效率較低的一種方法。對(duì)板底配筋不足處的位置建議景觀稍作調(diào)整，減少部分灌木花池（恒載7.9kN/m2）改做草坪鋪裝（恒載4.4 kN/m2），通過限制荷載，板底配筋均可通過核算。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在加固改造項(xiàng)目中，建設(shè)單位限制改造費(fèi)用的前提下，確定結(jié)構(gòu)加固方案往往要考慮較多的因素，與以往新建項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程有很大的區(qū)別。通過本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)改造方案的形成過程，筆者總結(jié)的主要工作流程和方法：

①首先要查閱圖紙并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，深入全面調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)的限制條件；②根據(jù)項(xiàng)目基本情況提出至少兩個(gè)結(jié)構(gòu)改造基本方案，并得到概算的造價(jià)與費(fèi)用控制目標(biāo)間的差距；③根據(jù)項(xiàng)目情況深入分析影響結(jié)構(gòu)改造費(fèi)用的關(guān)鍵因素，并建立關(guān)鍵因素與結(jié)構(gòu)改造費(fèi)用的對(duì)應(yīng)關(guān)系，按照此關(guān)系形成給建筑和景觀專業(yè)對(duì)于關(guān)鍵因素的控制建議；④根據(jù)建筑和景觀專業(yè)提供的方案進(jìn)行分析核算和反饋，不斷修正關(guān)鍵因素的參數(shù)，直至達(dá)到費(fèi)用控制目標(biāo)。