王金泽，付素娟，2，李尚飞，崔少华

（1.河北省建筑科学研究院有限公司，河北 石家庄 050227；2.河北省绿色建筑产业技术研究院，河北 石家庄 050000；3.河北建研建筑设计有限公司，河北 石家庄 050022）

0 引言

为了满足新的建筑使用要求，大量既有建筑需要抽柱扩跨改造实现空间的拓展，来延长其使用寿命，减少建筑垃圾的污染，节约资源［1］。对于 20 世纪初建造的许多商场由于规划比较陈旧，使用功能落后，空间不足，需要对其进行抽柱扩跨。由于抽柱扩跨改造只需要将扩跨部位的柱进行拆除，所以建筑在改造期间可以正常使用，而且具有施工简单、造价低，在拆除和加固过程中通常不会对周围环境产生污染等优点［2］。

论文通过廊坊某商场抽柱扩跨的实例，通过理论分析与模拟的方法对比新增吊梁法与桁架转换法两种抽柱加固方式，比较加固效果，得出其设计建议与适用情况，为以后的工程提供借鉴。

1 工程概况

本工程位于河北省廊坊市，商场为地下一层，地上二层，结构体系为框架结构，基础类型为筏板基础。本工程基本风压为 0.45 kN/m2，设防烈度为 8 度 0.2g，设计地震分组为第二组，场地类别为三类。一层层高为3.9 m，二层层高为 3.3 m。由于使用功能的要求，需要拆除首层 2-6×2-H 轴线处的柱子，该商场首层局部平面布置图如图1 所示。

图1 首层平面布置图（单位：mm）

2 设计思路

在进行抽柱改造之前，首先要根据实际工程情况考虑抽柱后怎样构建传力体系，这是抽柱扩跨设计的核心。

1）确定拟抽柱子的位置，收集原结构的设计资料，包括结构图、建筑图以及检测报告。

2）分析拟抽柱的原荷载如何分配，如何有效地传递横向和纵向水平荷载。

3）结合分析情况，制定了新增吊梁法与桁架转换法两种抽柱方案。

新增吊梁法的加固思路为先在屋面上新增吊梁，然后用钢吊杆吊装拟抽柱位置处的框架梁，从而将拟抽柱承担的荷载传递到新增吊梁，再由吊梁传递到周边接长柱子上，最后传到基础［3］。该方法传力方式明确，不影响结构室内空间。

桁架转换法是在抽柱层的上一层或上几层，利用楼层梁和新增设的腹杆形成组合桁架来承担拟抽柱的荷载［4］。

4）对抽柱加固前后进行模拟计算，对比原结构，结合加固计算结果以及使用空间、施工难易情况，绘制加固施工图。

3 抽柱前后对比分析

结构在拆除柱子后，结构整体性受到削弱，柱子作为竖向承重构件，在柱子去除后，框架梁失去竖向支撑，跨度从 4.5 m 变成了 9 m，会产生内力重分布，出现原梁配筋不足与挠度超限的情况。下面根据该楼的具体信息用 YJK 建立模型，对抽柱前后模拟，从而得出内力变化规律。

使用有限元软件 YJK 建立好结构模型，对抽柱前后进行对比，标记抽柱跨的梁与梁端，如图2 所示。梁端弯矩由负弯矩变为了正弯矩，弯矩发生了变号，在未变号梁端弯矩增大，弯矩最大增大率为 99 %，可见抽柱对内力分布带来了很大变化，导致原梁的底部受拉钢筋不足，梁端支座配筋不足，结构处于不安全状态，需要在抽柱前对其进行加固。表2 为抽柱前后梁挠度变化情况，表3 为抽柱点位移变化情况。

表1 为抽柱前后内力变化情况。对比表1 数据可知，结构在拆除柱子后，结构整体性受到削弱，抽柱处

表2 抽柱前后梁挠度变化情况 mm

表3 抽柱点位移变化情况 mm

图2 抽柱跨梁标记图（单位：mm）

对比表2、表3 数据可知，抽柱点失去竖向支撑后，原本柱承受的荷载，现在由一层梁承担，导致抽柱后梁的挠度大幅度增加，抽柱点的竖向位移急剧增大。

4 加固有限元分析

4.1 模型的建立

建立两种加固方法的模型，如图3、4 所示。正常拆除的顺序是先拆除梁板，然后再拆除柱，然而既有建筑的抽柱改造是在不拆除梁板的情况下，直接拆除柱。结构在抽除柱后，结构整体受到了削弱，柱作为竖向承重构件，拆除后整体的刚度将受到影响，此外，该柱上的框架梁内力也将出现重分布。所以应先加固完成后再进行抽柱。

图3 新增吊梁法模型示意图

图4 桁架转换法模型示意图

在模型建立完毕后，在楼层属性中修改构件施工顺序，因为软件默认的的施工应该是先抽柱，后加固。如果采用默认分析方法进行计算分析，得出的计算结果肯定和实际结果不符合。阶段施工就是通过模拟在施工顺序中结构的质量、刚度等不断变化的过程。为了模拟准确，将施工顺序修改为先进行加固措施，后抽去柱子。

4.2 结果对比分析

由表4 可知，两种加固方法加固后梁端弯矩都得到了有效控制，但在抽柱点还是弯矩变号的情况，此时应该核对梁和周边柱配筋是否满足，当不满足时，此时可以配合常规加固方法，如增大截面加固法，粘贴钢板加固法来进行加固。

表4 抽柱加固后内力变化情况

表5 为加固后梁挠度变化情况，表6 为抽柱点位移变化情况如表5、6 所示，梁的挠度得到了很好的控制，由于桁架的刚度大，对于抽柱后的梁挠度与抽柱点竖向位移控制较为理想。桁架转换法加固效果优于新增吊梁法，新增吊梁法加固效果主要取决于转换梁的刚度，刚度越大，抽柱点竖向位移越小，加固效果越好。X向，Y向位移与原结构相比基本无变化。

表5 加固后梁挠度变化情况 mm

表6 抽柱点位移变化情况 mm

表7 为整体参数对比。如表7 所示，对于结构的整体性而言，加固后的自振周期与原结构基本一致，最大层间位移角符合规范要求，两种加固方法对抽柱改造前后结构的整体性基本没有受到影响。

表7 整体参数对比

5 施工要点

新增吊梁法:转换梁设置于屋面，可采用型钢梁或者混凝土梁，钢吊杆穿透原楼板吊住拟抽柱上的框架梁，钢吊杆上方锚固在转换梁上，为防止混凝土梁局部压碎，钢吊杆与混凝土梁连接点外包角钢。在确认转换梁达到设计强度，锚固完成后，进行断柱（见图5）。

图5 混凝土转换梁示意图

桁架转换法:关键施工部位是斜撑与柱的刚性连接节点。先将钢斜撑与柱连接区域剔凿。节点型钢可采取工厂预制、现场吊装的方式，达到缩短工期的目的。绑扎完成柱新增钢筋，节点型钢吊装到位，焊接型钢与柱子的新增钢筋，采用灌浆料浇筑节点区域，达到强度后，进行断柱。

6 方案选择建议

经过软件模拟，对比出两种加固方法的加固效果，结合施工得出两种加固方法的优缺点与适用情况，如表8 所示。

表8 两种抽柱方案对比

7 结语

1）抽柱项目应遵循先加固后抽柱的原则，并在施工前尽可能地卸载，防止二次受力的不利影响。在保证转换构件与加固构件达到设计强度安全可靠后才可进行抽柱。

2）通过新增吊梁法与桁架转换法的模拟对比，经过比较加固后各项参数，桁架转换法加固效果优于新增吊梁法。加固效果主要取决于桁架与转换梁的刚度，刚度越大，加固效果越好。

3）论文介绍了两种方法的施工顺序、要点，得出两种方案的优缺点以及适用情况，为以后实际工程提供参考。