某爛尾高層建筑續(xù)建改造工程設(shè)計分析

（甘肅省建筑科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州730050）

0 引言

近年來，由于種種主客觀原因，在全國很多地區(qū)出現(xiàn)了大大小小的爛尾工程，有的是因為開發(fā)商資金鏈斷裂，無力承擔(dān)工程建設(shè)成本，有的是由于違法違規(guī)導(dǎo)致工程停工。很多爛尾樓主體結(jié)構(gòu)已完工或完工了一部分。爛尾工程不僅嚴(yán)重?fù)p害財產(chǎn)安全，也造成極大的資源浪費和城市形象的破壞。如何盤活并有效利用爛尾工程，使其重新發(fā)揮使用價值甚至產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，成為社會廣泛關(guān)注的熱點問題。

在政策、資金允許的條件下，本文通過蘭州市某現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)高層商住樓爛尾工程實例，探討爛尾工程續(xù)建改造中的技術(shù)思路。

1 爛尾工程現(xiàn)狀

本爛尾工程位于蘭州市某地，建設(shè)場地呈長葉狀三角形，南北最長處約72.10米，東西最長處約76.96米，規(guī)劃總用地約3500多平方米。

該項目為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，原設(shè)計層數(shù)為地下二層、地上三十二層，地下二層為設(shè)備用房及車庫（戰(zhàn)時為人防），地下一層為設(shè)備用房和商業(yè)，地上一～五層為商業(yè)，六至三十二層為住宅。平面布置呈“不規(guī)則三角形”，主體結(jié)構(gòu)施工至地上一層后停工至今，如圖1所示。

圖1 工程現(xiàn)狀

該項目原設(shè)計施工圖未進(jìn)行施工圖審查，存在較大問題，原設(shè)計也未考慮地上三十二層的一類高層公共建筑建成后對周圍環(huán)境、周邊住戶日照的影響。本次續(xù)建改造設(shè)計不僅要滿足國家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范的規(guī)定[1]，同時最大限度地利用已經(jīng)施工完成的基礎(chǔ)和主體部分。

2 檢測鑒定結(jié)論

由于已建成部分主體停工多年，通過現(xiàn)場查看發(fā)現(xiàn)，地下室積水較嚴(yán)重，部分外露鋼筋銹蝕。為保證項目續(xù)建改造的可行性，建設(shè)單位委托第三方檢測機(jī)構(gòu)對現(xiàn)有主體部分進(jìn)行了工程質(zhì)量檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，主要問題如下：

1）已完工部分主體結(jié)構(gòu)同原設(shè)計施工圖有局部變更。

2）項目筏板基礎(chǔ)、剪力墻、框架柱現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值不滿足設(shè)計混凝土強(qiáng)度要求。

3）項目個別混凝土構(gòu)件外觀存在缺陷。

4）項目二層外露型鋼及鋼筋表面存在銹跡，未發(fā)現(xiàn)氧化皮開裂及脫落，屬輕微銹蝕程度。

3 續(xù)建改造建筑設(shè)計方案

本項目總建筑面積約為18000平方米，地下建筑面積約為4000平方米，地上建筑面積約為14000平方米，包括商業(yè)和住宅。

本設(shè)計方案為多層公共建筑與二類高層住宅組成的組合建筑，主體地下二層，地上十六層。建筑物地下二層層高4.8m（局部3.65m），地下一層層高4.2m（局部5.35m），一層層高4.2m，二層層高3.2m，三至十六層層高2.75米，建筑主體高度46.05米（室外地坪至結(jié)構(gòu)屋面），室內(nèi)外高差0.15米。

外墻、屋面外貼巖棉保溫板，外窗均采用斷橋隔熱鋁合金中空玻璃窗。建筑設(shè)計方案滿足總平面及單體消防設(shè)計要求。

4 續(xù)建改造結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

4.1 工程概況

續(xù)建改造主體結(jié)構(gòu)形式同原主體保持一致，仍采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其中地下兩層、地上一層、基礎(chǔ)均在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，二層及以上按改造后設(shè)計方案續(xù)建。

4.2 設(shè)計依據(jù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限均為50年，基本風(fēng)壓（50年一遇）為0.30kN/m2，地面粗糙度為B類，風(fēng)壓系數(shù)1.0，基本雪壓（50年一遇）為0.15kN/m2，場地標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度1.03m，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計地震分組為第三組（根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》選?。??；A(chǔ)計算復(fù)核依據(jù)建設(shè)單位提供的有效巖土工程勘察報告。結(jié)構(gòu)設(shè)計符合現(xiàn)行國家、地方及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 設(shè)計等級

建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級（重要性系數(shù)γ0=1.0），地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。建筑抗震設(shè)防類別：丙類（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類），框架抗震等級為二級，剪力墻抗震等級為一級[2]。

4.4 設(shè)計荷載

各主要房間、走道、樓梯間的樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及人防設(shè)計均采用現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定及實際需要荷載。

本工程特征周期為0.45s，建筑結(jié)構(gòu)的阻尼比為5%，水平地震影響系數(shù)最大值0.16。

4.5 結(jié)構(gòu)布置

主樓平面為近三角形不規(guī)則平面，地下二層結(jié)構(gòu)平面布置見圖2，地下一層結(jié)構(gòu)平面布置見圖3，地上一層至二層結(jié)構(gòu)平面布置見圖4，三至十六層結(jié)構(gòu)平面布置見圖5，整樓三維結(jié)構(gòu)模型見圖6。

圖2 負(fù)2層結(jié)構(gòu)平面布置

圖3 負(fù)1層結(jié)構(gòu)平面布置

圖4 1-2層結(jié)構(gòu)平面布置

圖5 3-16層結(jié)構(gòu)平面布置

圖6 整樓三維結(jié)構(gòu)模型

框架柱除總體采用鋼筋混凝土柱外，部分采用型鋼混凝土柱，其中鋼筋混凝土柱最小截面尺寸500×500mm，最大900×1400mm，型鋼混凝土柱最小截面尺寸600×600mm，最大800×800mm。鋼筋混凝土剪力墻厚度最小為200mm，最大為900mm。鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁截面尺寸最小為200×300mm次梁，最大為1000×2500mm懸挑剪力墻下轉(zhuǎn)換梁?；A(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級為C40，基礎(chǔ)至地上六層混凝土構(gòu)件強(qiáng)度等級C40，七至八層混凝土構(gòu)件強(qiáng)度等級C35，九層及以上混凝土構(gòu)件強(qiáng)度等級為C30。

4.6 基礎(chǔ)工程

本工程原設(shè)計及已完工基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，持力層為卵石層，承載力特征值為500kPa，根據(jù)巖土工程勘察報告，并考慮原設(shè)計為地上三十二層，續(xù)建改造后方案為地上十六層，建筑自重減輕，按改造后結(jié)構(gòu)設(shè)計方案對原基礎(chǔ)設(shè)計進(jìn)行復(fù)核計算后，原基礎(chǔ)滿足改造后上部結(jié)構(gòu)承載需要。

4.7 結(jié)構(gòu)分析及計算結(jié)果

1）計算軟件：采用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件2010 SATWE V5.1.2版。

2）計算條件：混凝土計算容重26kN/m3；鋼材計算容重78kN/m3；嵌固端在基礎(chǔ)頂面；樓層剪力差方法計算規(guī)定水平力；全樓采用剛性樓板假定；計算振型個數(shù)由程序自動確定；考慮雙向地震力；考慮偶然偏心。

3）結(jié)構(gòu)周期及振型計算結(jié)果：第一扭轉(zhuǎn)周期與平動周期之比為0.834。見圖7。

圖7 振型周期簡圖

4）地震作用下結(jié)構(gòu)剪重比：X方向樓層最小剪重比為3.68%，Y方向樓層最小剪重比為3.83%，均滿足《抗規(guī)》[2]關(guān)于8度(0.2g)設(shè)防地區(qū)，水平地震影響系數(shù)最大值為0.16，X、Y向樓層剪重比不應(yīng)小于3.20%的規(guī)定。見圖8。

圖8 地震各工況剪重比簡圖

5）地震作用下的最大層間位移角：X向地震工況的全樓最大層間位移角1/867（11層）；Y向地震工況的全樓最大層間位移角1/967（13層）。見圖9。

圖9 最大層間位移角簡圖

6）地震作用規(guī)定水平力下的樓層最大位移：X方向最大位移與層平均位移的比值1.07(第10層)，最大層間位移與平均層間位移的比值1.09(第7層)；Y方向最大位移與層平均位移的比值1.13(第18層)，最大層間位移與平均層間位移的比值1.22(第18層)。見圖10、圖11。

圖10 位移比簡圖

圖11 層間位移比簡圖

7）柱最大軸壓比0.84，滿足規(guī)范規(guī)定的0.85限值。

4.8 其他構(gòu)造措施及注意事項

1）在已完工混凝土構(gòu)件基礎(chǔ)上續(xù)建時，應(yīng)采用后植筋技術(shù)，原混凝土構(gòu)件同新增混凝土構(gòu)件接觸面應(yīng)鑿毛并涂刷界面劑，植筋應(yīng)滿足規(guī)范要求并進(jìn)行拉拔試驗。

2）由于結(jié)構(gòu)長度超過45m，所以主體結(jié)構(gòu)從基礎(chǔ)開始設(shè)置800mm寬溫度后澆帶[3]。

3）樓板平面有較大削弱樓、電梯間處，采取加強(qiáng)樓板以及連接部位墻體的構(gòu)造措施，對結(jié)構(gòu)平面的外伸、凹槽處設(shè)置連接梁或連接板。

4）所有剪力墻底部加強(qiáng)部位及其上一層墻肢端部按JGJ3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.14條設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，其他部位設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。剪力墻與平面外方向的樓面梁連接時，在墻與梁相交處設(shè)扶壁柱，不能設(shè)置扶壁柱時，在墻與梁相交處設(shè)置暗柱。

5）地下二層頂板板厚為250mm,地下一層頂板板厚為180mm，且每層每個方向的配筋率不小于0.25%。地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的2倍，地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積，除滿足計算要求外，不應(yīng)少于地上一層對應(yīng)柱每側(cè)縱筋面積的1.1倍。懸挑陽臺板根部厚度不小于跨度的1/10，亦不小于120mm。

6）沉降觀測。在建筑物四周及荷載較大部位以及荷載變化較大部位的地面以上3.0米標(biāo)高處設(shè)沉降觀測點，每施工3層觀測一次，竣工后第一年每隔3個月觀測一次，以后每6個月觀測一次，直到沉降變形穩(wěn)定為止。施工過程如有暫時停工，停工時及重新開工時應(yīng)各觀測一次，停工期間，每3個月觀測一次，在觀測過程中，如有基礎(chǔ)附近地面荷載突然增減，基礎(chǔ)四周大量積水或長時間連續(xù)降雨等情況，應(yīng)及時增加觀測次數(shù)。

5 總結(jié)

本爛尾工程續(xù)建改造的主要難點在于，原設(shè)計不滿足日照要求及規(guī)劃手續(xù)，對建筑方案進(jìn)行調(diào)整的同時，要充分利用已完工的地下及地上主體結(jié)構(gòu)部分，設(shè)計約束條件較多，既有完工主體部分的現(xiàn)場核查和檢測鑒定是續(xù)建結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要前置工作。本工程的有利地方在于已完工部分除局部需進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)改動外，總體上尤其是基礎(chǔ)滿足續(xù)建方案要求，為工程的續(xù)建改造設(shè)計提供了較好的條件。而施工階段的關(guān)鍵節(jié)點在于新舊混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合處，務(wù)必采取妥善的施工工藝，保證主體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。