建筑空間隔層的改造設(shè)計及施工要點分析

李金玲

建筑空間隔層的改造設(shè)計及施工要點分析

李金玲

玉林師范學(xué)院, 廣西 玉林 537000

隨著建筑技術(shù)與材料的發(fā)展進(jìn)步，國內(nèi)眾多的舊建筑需要改造，以滿足日益增長的建筑質(zhì)量要求。本文以廣西某劇院改造為區(qū)域規(guī)劃展示館為例，對原大空間舞臺進(jìn)行隔層改造，重點探究設(shè)計、施工的技術(shù)措施，包括建筑內(nèi)部的施工方法、增加層在設(shè)計方案中的結(jié)構(gòu)安全、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工工藝，并確保結(jié)構(gòu)承載力和整體抗震性能。

舊建筑改造; 設(shè)計; 施工

近代建筑行業(yè)的發(fā)展可分成三個階段，第一、大量的新建筑出現(xiàn)，此階段新建體量很大，但設(shè)計施工等的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)較低；第二、不僅有大規(guī)模的建筑新建，同時也有舊建筑的維修改造；第三個階段主要是指對老舊建筑的翻新和加固。

隨著城市化進(jìn)程的不斷加大，老城區(qū)的“舊房改造”工程逐漸增加，帶來了很多有關(guān)結(jié)構(gòu)加固改造問題。根據(jù)建筑的改造目的，可將其分成在原有基礎(chǔ)上增加使用面積的擴(kuò)建改造、改變其使用功能的改建、加層擴(kuò)建改造等[1-3]。現(xiàn)以廣西某影劇院為例[4,5]，對其改造工程的設(shè)計及施工要點分析。

1 加層改造技術(shù)

一般將建筑改造工程分為住宅與公共建筑改造兩類。常用的改造方法有：1）增加結(jié)構(gòu)層。當(dāng)建筑的地基基礎(chǔ)承載力有富余時，直接增加結(jié)構(gòu)層能夠有效的增加建筑的使用面積和空間。此時建筑物地基被長期壓實，其承載力有很大的安全儲備。比如粘性土，建造時間5~15年后，經(jīng)現(xiàn)場勘測，其承載能力能夠增大5%~20%；2）對天然基礎(chǔ)的處理方法是加寬其基底的寬度。對樁基應(yīng)該明白樁土共同工作的特性，或添加靜壓錨桿樁（其樁徑一般φ150~φ300左右）。若上部結(jié)構(gòu)是磚混結(jié)構(gòu)時，在加層計算中，如果墻體的承載力不足，應(yīng)該在局部墻體拐角部位做添加異形框架柱的處理，并在柱下采用墻下交叉獨立基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，異形柱與墻體應(yīng)該做成馬牙形，增加其整體性。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)時，在計算中，如果原有框架結(jié)構(gòu)承載力不足，可做外包加大柱載面處理，用鋼板加固梁柱框架節(jié)點。若承臺的下臥層是一般粘性土，依據(jù)樁土沉降的協(xié)調(diào)性計算與實際經(jīng)驗，可認(rèn)為粘性土承載力的60%，相當(dāng)于樁20%~30%左右土的分擔(dān)作用。若承臺底是雜填土，一般加寬承臺寬度與高度，承臺底用靜壓錨桿處理（此類樁徑一般在φ150~φ300，單樁承載力200 kN左右）[6,7]。

2 工程概述

廣西某影劇場，設(shè)計于二十世紀(jì)九十年代，框架結(jié)構(gòu)體系，層間樓板為裝配式預(yù)制板，頂面為大跨度的鋼屋架，如圖1所示。此劇院的四周主要采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式選擇獨立基礎(chǔ)，采用連系梁連接。劇院的基礎(chǔ)平面布置圖如圖2所示。建筑基礎(chǔ)的設(shè)計承載力是80 kN/m2，因建成多年，地基土長時間壓縮，沉降基本穩(wěn)定，觀察墻體沒有發(fā)現(xiàn)不均勻沉降形成的裂縫。

圖 1 原建筑立面圖

圖 2 建筑內(nèi)部基礎(chǔ)布置圖

圖 3 建筑內(nèi)部改造后平面圖

現(xiàn)擬對大空間舞臺隔層改造，原有基礎(chǔ)上新增樓面，并在兩側(cè)加建展館，作為展覽廳與講解室。將建筑改造成成為區(qū)域規(guī)劃展示館，隔層改造后的平面布置如圖3。

3 設(shè)計方案

3.1 新、舊結(jié)構(gòu)分離方案

如果繼續(xù)用舊墻體做新加層的豎向承載支撐，新增樓面產(chǎn)生的荷載直接作用在舊墻體，并傳至原有基礎(chǔ)，會在舊建筑的地基上引起基底附加應(yīng)力，導(dǎo)致局部出現(xiàn)新的沉降，因此需要對舊結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的加固改造，花費(fèi)很長時間且成本很高?？偫ㄒ陨弦蛩睾?，采取新、舊建筑結(jié)構(gòu)彼此分離的設(shè)計方案。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)框架

新增的樓層受實際用途的限值，需在邊緣建造結(jié)構(gòu)柱，且為施工方便需與舊墻保持200 mm距離，在樓面和舊墻之間增加沉降縫，此封需要柔性材料加以填充。焊接方鋼管作為框架柱。

新增建筑選用鋼構(gòu)件優(yōu)點：1）鋼框架的質(zhì)量大約是850 kg/m2，與同樣的混凝土框架相比（質(zhì)量約1200 kg/m2）質(zhì)量輕并且有很好的延展性；2）鋼結(jié)構(gòu)剛度大，可降低基礎(chǔ)平面的尺寸并且降低地基的沉降；3）并且以為基礎(chǔ)平面尺寸的縮小，進(jìn)一步縮小懸挑轉(zhuǎn)換梁的懸挑長度和截面高度[8-10]。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)地梁層轉(zhuǎn)換梁

結(jié)構(gòu)柱位于承重墻的條形基礎(chǔ)上，因不能直接建基礎(chǔ)，需要在標(biāo)高-0.100 m處安裝鋼管轉(zhuǎn)換梁托柱，把舞臺下面沒有直接影響建筑安全的原來基礎(chǔ)除去，地梁層的平面布置情況如圖4。考慮到提高懸挑梁的整體穩(wěn)定性，將梁貫通的樣式運(yùn)用到地梁層的鋼梁柱節(jié)點中，避免由焊接質(zhì)量不高帶來的懸挑梁根部節(jié)點承載力不足問題。地層梁的焊縫主要為坡口焊縫，以提高節(jié)點的整體塑性[11,12]。

圖 4 地梁層平面圖

圖 5 GKZ1錨進(jìn)基礎(chǔ)示意圖

4 施工專項方案

施工時要求GKZ1錨進(jìn)地基150 mm，并且為滿足局部承壓和抗沖切計算，柱底板尺寸應(yīng)為600 mm×600 mm；GKZ1側(cè)壁上配置栓釘，并澆筑混凝土，以抵抗因懸挑轉(zhuǎn)換梁而產(chǎn)生的彎矩（圖5）。

4.1 地梁層施工方案

初始施工方案：工廠加工預(yù)制鋼部件，在施工現(xiàn)場將鋼構(gòu)件焊接成整體，并用支架架設(shè)，將地梁層調(diào)整到設(shè)計標(biāo)高。若采用此方案，其結(jié)構(gòu)有著整體性好、焊縫的質(zhì)量容易控制的優(yōu)勢。其缺點是鋼梁外圈和墻體筋間空隙太小，沒有充分的位置提供支架搭設(shè)；并且因地梁層本身重量過大，沒有合適的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行施工。對施工方案進(jìn)行調(diào)整：先澆筑混凝土基礎(chǔ)與連系梁，并于基礎(chǔ)中預(yù)埋好GKZ1，在其頂部端面加設(shè)端板截面（圖6）。把地梁層鋼梁焊接為一個整體后把其與連系梁頂面預(yù)埋的板焊接成一個整體。此方案的優(yōu)點為：1）能同時進(jìn)行混凝土澆筑能與鋼箱型梁的制作，極大地加快了施工的進(jìn)度，縮短了工期；2）在對基礎(chǔ)連系梁進(jìn)行澆筑的時候，沒有頂面鋼梁影響，便于施工。缺點主要表現(xiàn)在：1）基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)整體性能較差；2）鋼梁的焊接作業(yè)點位置特殊，沒有主要的操作空間，增加了施工的難度。

4.2 轉(zhuǎn)換梁安全性保證方法

矩形梁人孔板的主要尺寸如圖7所示。當(dāng)人孔板整體結(jié)構(gòu)施工完成后，可以在上翼緣進(jìn)行施工。

圖 6 鋼梁和基礎(chǔ)連系梁圖

圖 7 矩形梁人孔板設(shè)置示意圖

原設(shè)計中沒有進(jìn)行旋轉(zhuǎn)基礎(chǔ)中錨進(jìn)的4根GKZ1角柱，GKZ1與GKL2斜交，造成了接觸面出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。GKZ2的定位示意圖如下圖8所示。

5 建模分析

5.1 結(jié)構(gòu)計算模型

因為城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張，現(xiàn)有建筑的保有數(shù)量日益增大，大量的建筑需要改變其原有的使用功能，其結(jié)構(gòu)也面臨著不同目的我的改造[13]。圖9為新加建與原建筑結(jié)構(gòu)的三維計算模型示意圖。

橫向分別新加建了一棟建筑和舊建筑結(jié)構(gòu)從基礎(chǔ)到上部結(jié)構(gòu)均采用剛接。新建中間連接體和左右原建筑結(jié)構(gòu)從基礎(chǔ)部分剛接，上部結(jié)構(gòu)部分需加設(shè)伸縮縫。

圖 8 GKZ2 定位示意圖

5.2 結(jié)構(gòu)動力計算分析

增加結(jié)構(gòu)層會對結(jié)構(gòu)的整體性能產(chǎn)生影響，估本文針對結(jié)構(gòu)的動力性能進(jìn)行計算分析。

雖然增加結(jié)構(gòu)層會使得荷載變大，但沒有超過原結(jié)構(gòu)承載力。在對樓板計算時應(yīng)用了剛性樓板假定。因此可認(rèn)為軟件計算的結(jié)果可作為實際建筑的參考，所以下文研究基于廣廈軟件計算配筋和加固結(jié)果進(jìn)行[14,15]。

5.3 結(jié)構(gòu)振型及周期

建筑以廣廈軟件進(jìn)行計算，提取建筑振型和自振周期結(jié)果，其前3階振型，如圖10所示。

圖 10 結(jié)構(gòu)前3振型

從圖10可以看出：結(jié)構(gòu)的主要振型分為x軸、y軸平動與建筑的扭動。建筑第一自振周期是1.038 s。結(jié)構(gòu)的動力特性列入下表1。

表 1 結(jié)構(gòu)動力特性

6 結(jié)論

因為城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張，現(xiàn)有建筑的保有數(shù)量日益增大，大量的建筑需要進(jìn)行不同使用功能或不同目的的改造。綜合成本的合理性與工期長短的影響，對舊建筑主體結(jié)構(gòu)的加固與功能性改造成為了我們的最優(yōu)選擇。上文中就預(yù)防新、老地基發(fā)生碰撞問題，提出來懸挑矩形轉(zhuǎn)換鋼梁的辦法，充分的發(fā)揮了鋼構(gòu)件高強(qiáng)輕質(zhì)的優(yōu)點。根據(jù)舊建筑室內(nèi)施工條件不足的限值，改建過程中必須將設(shè)計、施工和工藝緊密聯(lián)系起來，制定有效的施工順序，降低作業(yè)過程中產(chǎn)生的附加荷載的影響。根據(jù)對本建筑結(jié)構(gòu)改造工程的解析，希望能夠為今后大空間隔層改造提供寶貴經(jīng)驗。

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Reconstruction Design and Key Technological Analysis of the Spacial Interlayer in the Building

LI Jin-ling

537000,

With the development of building technology and materials, more and more old buildings in China need to be transformed to meet the increasing demands of life.In this paper for the regional planning exhibition hall theatre in Guangxi as an example, the original large space stage interlayer renovation, the key to explore the technical measures of design, construction, including the inside of the building construction method, increasing the layer in the design of structure safety, the processing technology of the steel structures, and ensure the structure bearing capacity and seismic performance as a whole.

Old architectural reconstruction; design; construction

TU746.3

A

1000-2324(2021)02-0334-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2021.02.032

2019-12-14

2020-02-26

2020民族地區(qū)文化建設(shè)與社會治理研究中心課題:北部灣城市群城市空間生態(tài)文化研究(2020YJJD0015);廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目(2020KY14030;2020KY14029);

李金玲(1981-),女,碩士,講師,主要研究方向:藝術(shù)設(shè)計，建筑環(huán)境設(shè)計，空間營造等. E-mail:jingling4001@163.com