（重慶市設計院，重慶400015）

重慶某劇院抽柱轉換加固方案

翟影

（重慶市設計院，重慶400015）

重慶某劇院結構主體實施完畢后因建設方對使用功能提出了更高的要求，增加了舞臺兩側的側臺功能，需要抽取4顆柱子。該4顆柱子支承著大跨度的屋面大梁，改造設計難度很大。該文針對性地提出了五種加固改造方案，通過多角度比選，確定了適合該工程的加固改造方案，最后基于選定的加固改造方案給出了合理而詳盡的施工步驟。

抽柱轉換；斜撐；結構加固；施工技術

隨著建設方對建筑功能的需求改變，建筑結構中經常出現(xiàn)主體實施完畢后的抽柱加固改造。重慶某劇院結構主體實施完畢后因建設方對使用功能提出了更高的要求，增加了舞臺兩側的側臺功能，需要抽取4顆柱子。該4顆柱子上支承著大跨度的屋面大梁，改造設計難度很大?；诖?，筆者查閱了大量加固改造的設計實例和規(guī)范標準，針對性地提出了五種加固改造方案，從結構安全可靠性、施工便利性、經濟性等角度進行了對比分析，最終確定了最合適的加固改造方案，希望對同類項目有所借鑒。

圖1 原舞臺建筑圖

1 工程概況

重慶某劇院建筑結構體系為框架剪力墻結構，舞臺區(qū)域原設計為3跨4排框架柱。主體結構封頂后，因建設方對舞臺使用功能提出了更高的要求，增加了舞臺區(qū)左右兩側的側臺區(qū)域，需要抽掉舞臺與側臺之間的左右各兩顆柱子。如圖1、圖2所示。

如圖3所示，該4顆柱子上部大屋面處，支承著三條3.7m+ 31.4m+3.7m跨的單向布置的大跨度預應力梁。屋面為種植屋面，恒載達到20kN/m2，活載考慮屋頂上人和舞臺區(qū)葡萄架吊掛荷載共計約5kN/m2。轉換區(qū)域荷載大、跨度大，改造難度很大。

根據(jù)劇場內裝設計方案，需要約10m凈空。根據(jù)圖4所示的劇場舞臺區(qū)域橫剖面，需要截斷0.000標高以上10m高柱段。攔腰截斷負荷面積很大的柱子，拆除的施工順序、施工過程中的支撐方案、節(jié)點區(qū)修復的施工質量顯得尤為重要。

圖2 改造后舞臺建筑圖

圖3 抽柱轉換區(qū)域屋面梁系

2 五種抽柱轉換方案

基于該工程特點，筆者提出了以下五種改造方案，并從經濟性、施工便利性、可靠性等各角度進行了對比分析。

2.1 方案一：剛接型鋼人字撐轉換桁架

增設型鋼人字撐，上部與被轉換柱頂部剛接，下部與轉換桁架下弦桿、相鄰不轉換柱剛接。該種轉換直接將豎向力由被轉換柱的柱頂傳到不轉換柱，傳力簡潔可靠（圖5）。

新增人字撐為受壓構件，截面為箱型截面，平面內外的穩(wěn)定性俱佳，結構安全可靠性高。節(jié)點處型鋼節(jié)點需工廠預制而后現(xiàn)場安裝，施工較為復雜。新增下弦桿為小偏心受拉桿，因桁架兩側均有剪力墻或梁板，實際拉應力僅為0.91MPa小于C40混凝土的抗拉強度設計值。

2.2 方案二：鉸接型鋼人字撐轉換桁架

與方案一類似，將型鋼支撐上部與被轉換柱柱頂連接改為鉸接，下部與轉換桁架下弦桿、相鄰不轉換柱連接改為鉸接。下弦桿做法不變?？紤]到豎向荷載作用下節(jié)點均受壓為主，故簡化節(jié)點加固處理方式為螺桿+節(jié)點板。加固量大大減少，施工非常便利（圖6）。

由上述描述可知，本方案的可靠性是基于節(jié)點受壓的，該種節(jié)點處理受拉能力不佳。如果考慮到豎向荷載實際達不到預期，加之水平荷載的施加，極有可能在某種水平荷載為控制荷載的組合工況下出現(xiàn)壓桿變拉桿的情形。此時，結構安全可靠性不高。

2.3 方案三：鉸接型鋼雙X撐轉換桁架

基于方案二可靠性不佳的缺點，筆者提出了雙X撐轉換桁架的方案，即在方案二的基礎上增加倒人字撐。正人字撐桿件出現(xiàn)受拉可能的時候，增加的倒人字撐用于承受壓力來克服該種處理方式受拉效果不佳的缺點。但該方案仍是節(jié)點鉸接，整體安全度不如剛接高（圖7）。

2.4 方案四：帶邊框型鋼雙X撐轉換桁架

采用帶邊框鋼支撐對既有建筑結構進行抗震加固，方法簡便可靠，對原結構影響小，在加固施工時建筑物仍可正常使用，比較適合混凝土結構的抗震加固，在日本得到了廣泛應用[3]。

如圖8所示，該種加固思路實際利用了新增內支撐的抵抗軸向變形能力達到抵抗整體水平荷載的目的。該工程借鑒這個思路，同時用于抵抗水平、豎向荷載，提出了帶型鋼邊框的鋼內撐加固方案。

但此種加固方案需要整體出現(xiàn)向下的變形后才會發(fā)揮實際作用，對原有混凝土梁柱的正常使用狀態(tài)造成一定的影響。

圖4 抽柱轉換橫剖面

圖5 方案一

圖6 方案二

圖7 方案三

圖8 鋼內框支撐變形形態(tài)

圖9 方案四

2.5 方案五：鋼筋混凝土人字撐轉換桁架

原結構主材為鋼筋混凝土，從加固材料與原結構有效結合的角度，加固材料選擇鋼筋混凝土主材最為合理。方案五在方案一的基礎上提出了設置鋼筋混凝土人字撐的加固方案（圖10）。

圖10 方案五

此種加固方案需要將新增斜撐中縱筋有效地進入原柱內，一定程度上增加了柱頭的剔打量（圖10）。

2.6 方案對比

此部位抽柱轉換，豎向荷載起控制作用。表1從結構安全可靠性、施工便利性、經濟性三個角度對比了五種加固改造方案(見表1）。

從結構安全可靠性上，可以做到節(jié)點剛接的方案一、方案五最優(yōu)。

從施工便利性上，方案一相比方案五減少了不轉換柱的剔打梁，減小了對原結構的破壞，方案一更優(yōu)。

從經濟性上，方案五的結構材料造價優(yōu)于方案一，但是考慮綜合施工費用，兩者相差不大。

綜合各方面因素，最終選擇了方案一作為實施方案。

圖11 人字撐轉換桁架剖面

表1 方案對比

3 人字撐轉換桁架的加固設計與施工步驟

3.1 人字撐轉換桁架加固改造設計

加固改造設計應考慮加固與拆除的施工順序、協(xié)調好工廠預制與現(xiàn)場濕作業(yè)的關系、施工方案選擇等各方面因素。

型鋼人字撐的改造施工圖如圖11所示。施光南大劇院側臺抽柱轉換，需要將4根框架柱攔腰截斷式拆除。新增構件為兩個受壓為主的型鋼斜撐和一個鋼筋混凝土拉梁，拆除部位為0.000-11.000標高段的中柱，局部剔除后做剛性連接修復的三個斜撐與柱子的節(jié)點區(qū)。

圖12 人字撐與柱節(jié)點改造

圖13 型鋼節(jié)點整體預制

結構設計的關鍵部位是，如圖12所示的人字撐與柱的剛性連接改造節(jié)點。為縮短工期，節(jié)點區(qū)型鋼采用工廠預制，現(xiàn)場吊裝再行組裝的方式。節(jié)點區(qū)的有效性取決于柱內型鋼部分與原柱連接的有效性?；诖耍鐖D13所示，該工程加大了原柱的截面尺寸，利用外包部分的箍筋、箍筋、抗剪型鋼、二次整澆混凝土等確保柱內型鋼的剛接可靠性。

此外，新增鋼筋混凝土拉桿與被轉換柱上柱段底部的連接也較為重要。下弦拉桿實施前，應在確保上部結構主體穩(wěn)定的前提下，剔除被轉換柱的兩側混凝土。該工程采用設置下弦桿水平加腋、縱筋繞過柱保留區(qū)混凝土的方式盡可能減少了被轉換柱的剔打量。

3.2 施工步驟

（1）剔打斜撐與柱子接頭位置節(jié)點區(qū)域；同時可進行節(jié)點鋼骨的工廠加工預制。

（2）處理好剔打交界面以后，鋼骨吊裝就位。

（3）綁扎柱子新增縱筋、箍筋和斜撐縱筋、箍筋；綁扎節(jié)點區(qū)域下弦桿縱筋、箍筋。

（4）焊接鋼骨與柱中新增水平筋。

（5）澆筑斜撐及下弦桿近柱端節(jié)點區(qū)域。

（6）剔打被轉換柱11.200標高柱根，綁扎完善下弦桿縱筋、箍筋。

（7）澆筑下弦桿混凝土。

（8）截斷中柱。

（9）處理截斷部位的界面，確保保護層厚度。

3.3 施工難點

節(jié)點區(qū)域鋼骨內混凝土的澆筑存在施工困難。該工程結合現(xiàn)場實際留設了澆筑孔和排氣孔，孔徑不大于100mm，內澆環(huán)氧砂漿強度不低于C45混凝土強度等級代替了常規(guī)混凝土。

4 總結

加固改造工程，有別于新建工程，應兼顧結構安全可靠性、施工便利性，充分考慮施工可行性和施工過程中的主體結構安全，與施工方密切配合，確定合理可靠的施工方案、步驟。

該工程基于既有的重慶施光南大劇院結構主體，抽取了4顆承擔很大上部荷載的框架柱。通過多方案的多角度比選，確定了適合該工程的加固改造方案。最后基于選定的加固改造方案給出了合理而詳盡的施工步驟。該工程從設計、施工到投入使用已近兩年，實際建筑使用效果良好。該工程設計、施工中取得的經驗可供其他類似工程參考。

[1]GB 50367-2013混凝土加固改造設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]唐代遠，陸新征，馬玉虎，等.鋼內撐滯回模型及防倒塌加固效果分析[J].工程抗震與加固改造，2011.

[3]郁銀泉，曾德民，等.《建筑抗震設計.鑒定加固》培訓教材[M].中國建筑標準設計研究院，日本國際協(xié)力機構(JICA)，2012.

責任編輯：孫蘇，李紅

Reinforcement Scheme of Column Withdrawing Transformation of a Theater in Chongqing

The body of a theatre structure in Chongqing has been completed,but the construction party proposes higher requirements for its utilization functions,so four columns are to be withdrawn for side stage functions.The four columns are supporting the large-span beam,so the reconstruction design is quite difficult.This paper presents five reinforcement schemes and,through careful comparisons,a suitable one is selected,with detailed construction steps given.

column transformation;diagonal brace;structural reinforcement;construction technology

TU753.3

A

1671-9107（2016）12-0032-05

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.12.032

2016-09-26

翟影（1981-），男，山東濟寧人，研究生，高級工程師，主要從事建筑結構工程設計和研究工作。