某大跨度混凝土结构加层改造设计探讨

2012-07-24张玉明

四川建筑 2012年3期

张玉明，杨木，刘晶

(徐州市建筑设计研究院，江苏徐州221003)

1 工程概况

某病房楼工程，框架－剪力墙结构，主体22层，框架和剪力墙抗震等级均为一级。标准层为病房，22层为办公和会议室。会议室由于需要大空间，中间抽柱，形成大跨度。由于工程规模较大，建设周期长，建设过程中医院规模扩大，病房紧张，决定在22层上增加一层作为办公，原22层作为病房使用。此时22层屋面结构板已经完工。原结构部分平面布置图见图1。

图1 原结构部分平面布置

2 加固方案分析

由于加层内部均采用轻质隔墙，墙体荷载较轻，四周墙体采用轻质砌块和原1.5m混凝土女儿墙荷载相当。且由于屋面防水保温做法等，原设计屋面荷载较大，现屋面用途改为办公，楼面荷载减少。通过采用三维空间计算软件SATWE重新输入荷载进行内力计算，除个别梁外，原屋面梁配筋基本能满足办公的使用要求。施工中由于施工队已对原截面为800mm×800mm柱在屋面预留500mm×500mm的混凝土柱头，方便凿去柱头表层的混凝土。由于加层梁属于新建结构，本次加层改造的难点在于和原结构相连的柱子的加固。由于主体结构框架柱抗震等级为一级，柱节点钢筋非常密集，新加柱钢筋植筋有很大难度。设计中应尽量考虑预留的截面为500mm×500mm的混凝土柱头分批焊接柱头钢筋作为新加柱的纵向钢筋，尽量减少植筋，减少对原结构造成不必要的损伤。根据以上所述的思路，除6～8轴大跨梁两侧的柱子承载力不足需加固外，其余均可按照截面500mm×500mm的柱子进行新加层设计。对于大跨度梁两侧的柱子，初步方案采用增大截面法进行加固设计，柱钢筋采用植筋的方式，后经过施工队反应植筋过多，很难施工。分析其原因主要是原结构屋顶的柱节点的钢筋太密集造成的，在屋顶的柱节点处，原结构柱的钢筋锚入梁中，而柱四周的梁筋也在此交叉。而上层大跨度梁支座柱的配筋由于大跨度梁的原因，柱配筋很大，需植筋的根数很多。为此需要重新对6～8轴给出新的设计方案。经过对多种方案进行比较之后，给出以下两种加固方案:(1)对B轴和6～8轴交点处在原屋面梁上植梁上柱，加层屋面梁大跨成为小跨，改为密柱后，柱子配筋减少;(2)对新增屋面梁改为鱼腹式梁，6～8轴柱子适当增加截面。

采用方案1，屋面梁由大跨梁变为了小跨梁，柱子配筋很小，不过由于中间柱子荷载直接传给原屋面大跨度梁，造成大跨度梁配筋超筋。由于屋面梁配筋截面和配筋均较大，很难加固。采用方案2，由于建筑造型，可以对新增屋面大梁两边挑出，平衡大梁的跨中弯距，同时鱼腹式大梁由于支座截面较小，传给柱子的弯距相对较小，柱子配筋结果能比采用常规截面梁对应的柱子配筋减少很多。通过多轮试算，采用鱼腹式混凝土梁，柱子截面增加为600mm×600mm，植四根角筋，同时利用原预留的500mm×500mm柱头的钢筋，能最优化的对此大跨度进行加层改造。