吳社

1.工程概況

北京月壇松鶴樓為典型的北京四合院建筑，有坡屋面、二層框架結(jié)構(gòu)帶地下室，為早期建筑。受業(yè)主委托對(duì)其內(nèi)外裝進(jìn)行全部改造，按裝飾效果方案的要求對(duì)其東、西兩個(gè)露天庭院內(nèi)新增除主采光頂外，還在其周圍做高低不同的采光頂。同時(shí)，在采光頂結(jié)構(gòu)上附屬增加其他結(jié)構(gòu)和采光頂融為一體，其附屬結(jié)構(gòu)有新增樓層、樓層走廊、擴(kuò)建樓梯及樓梯間、玻璃幕墻等裝飾、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所有新建部分的頂面均為玻璃采光頂，由玻璃幕墻和采光頂形成閉合空間，尤其是東庭院中間升起的主采光頂和周圍的帶采光頂?shù)母綄俳Y(jié)構(gòu)和玻璃幕墻等融為一起，建筑裝飾效果美觀大氣，但其結(jié)構(gòu)構(gòu)造也是相當(dāng)復(fù)雜。不能過(guò)多地將新增加的結(jié)構(gòu)荷載加在老建筑上，因此，將采光頂?shù)闹鹘Y(jié)構(gòu)的地梁、柱、頂梁等和附屬工程設(shè)計(jì)在一起，使得建筑平面尺度大、建筑造型新奇、建筑構(gòu)造復(fù)雜，收邊收口和轉(zhuǎn)角多。東庭院新建部分依次為，在中間部位設(shè)四根立柱，呈四邊形分部在角上，就像方亭的四個(gè)立柱，柱子升到頂面后周邊設(shè)二層鋼圈梁，中間設(shè)交叉鋼梁，在交叉點(diǎn)設(shè)東西向“V”字梁，在“V”字梁上口設(shè)扁擔(dān)主梁，然后垂直此梁在南北方向布置檁條，形成一個(gè)人字形屋面，在其上安放玻璃，構(gòu)成一個(gè)12.2mX12.4m的雙坡主采光頂。在東庭院南側(cè)增加一層連廊和凹進(jìn)去的回廊，在頂部與二層樓面平齊，做玻璃采光頂，但連廊的外邊柱穿過(guò)樓層與主采光頂連梁相接，并在這兩個(gè)錯(cuò)層的采光頂之間的立柱外側(cè)做玻璃幕墻。在東庭院的東側(cè)做樓梯及樓梯間，樓梯間與南連廊內(nèi)部連通，樓梯間頂面高度至二層屋面檐口底，頂面為玻璃采光頂，內(nèi)部設(shè)計(jì)寬敞的樓梯及休息平臺(tái)，其外側(cè)做玻璃幕墻到頂，與中庭主采光頂側(cè)面相連。在東庭院的北側(cè)做二層連廊及凹進(jìn)的回廊，與內(nèi)部樓梯間連通，頂面高度至二層屋面檐口底，頂面為玻璃采光頂，連廊外側(cè)為玻璃幕墻，通至中庭主采光頂邊部收口[1]。西庭院新建部分除中間沒(méi)有主采光頂，東側(cè)沒(méi)有樓梯及樓梯間外，其余基本和東庭院相同。

2.設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)

本工程涉及的專業(yè)知識(shí)具有一定的廣泛性和綜合性，有裝飾、玻璃采光頂、玻璃幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和后錨固方面的知識(shí)，知識(shí)體系龐雜，設(shè)計(jì)時(shí)要各個(gè)方面兼顧周全，知之甚深才能很好地進(jìn)行設(shè)計(jì)，否則極有可能造成質(zhì)量和安全隱患，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)不可估量的損失，設(shè)計(jì)責(zé)任重大。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)分列如下。

豎向構(gòu)件的生根問(wèn)題是主要難點(diǎn)之一，本工程是加擴(kuò)建工程，空間尺寸大，而周圍原結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)驗(yàn)算其富余量較小，難以承受較大的二次結(jié)構(gòu)荷載，并且根據(jù)造型要求，勢(shì)必要再新做一些豎向受力構(gòu)件，從而進(jìn)行傳遞荷載，解決好這些問(wèn)題，才能確定結(jié)構(gòu)體系。因此，需對(duì)中庭地面及地上結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、驗(yàn)算，經(jīng)過(guò)計(jì)算，地面埋土1m下的地下室頂面板，有一定的承載力，但梁柱的分部不規(guī)律，新增豎向受力構(gòu)件的分布多在板面位置，應(yīng)增設(shè)梁跨過(guò)板面，然后讓新增豎向受力構(gòu)件作用在地下室頂面的新設(shè)梁上。其余小的豎向受力構(gòu)件可以連接在地下室頂板或原結(jié)構(gòu)的梁柱上。

3.設(shè)計(jì)思路

（1）配合裝飾的效果設(shè)計(jì)，完成新增采光頂、新增幕墻、新增樓層、擴(kuò)建樓梯及樓梯間、鋼結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)選型的設(shè)計(jì)工作，達(dá)到設(shè)計(jì)效果要求的同時(shí)，使結(jié)構(gòu)受力合理，結(jié)構(gòu)安全可靠。

（2）對(duì)原建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙和裝飾的效果設(shè)計(jì)圖紙認(rèn)真研究，理解設(shè)計(jì)意圖，把握其設(shè)計(jì)思想，并對(duì)其中存在的問(wèn)題提出針對(duì)性的方案。本工程為改造工程，尤其要對(duì)原結(jié)構(gòu)的板、梁、柱應(yīng)重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，明確其受力方式、配筋情況，并進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)和原建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通，以確定其設(shè)計(jì)安全富余量，以便確定新增結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置形式[2]。

（3）東庭院一層連廊、二層連廊和采光頂，以南側(cè)、北側(cè)連廊邊鋼柱和庭院中間四個(gè)鋼柱作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的豎向受力構(gòu)件，分別在樓層和南側(cè)、北側(cè)連廊邊剛柱間布置鋼梁、在四個(gè)鋼柱頂布置鋼梁，組成空間鋼結(jié)構(gòu)框架體系，承受所有的荷載。

（4）西庭院一層連廊，連廊的外側(cè)為玻璃幕墻，由于幕墻受溫度變化的影響比較明顯，同時(shí)也由于玻璃自身與鋼結(jié)構(gòu)材料相比在強(qiáng)度、剛度等方面差異較大，幕墻設(shè)計(jì)為吊掛在主采光頂鋼梁上的受力體系。

連廊頂新增彩釉玻璃頂雖然較輕，懸挑結(jié)構(gòu)也能滿足要求，但結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，采用梁柱剛架的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單、傳力路經(jīng)明確，符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的宗旨。

在原地下室頂面砼梁上布置鋼柱，在-0.100標(biāo)高處，在柱間水平連接鋼梁，作為上部結(jié)構(gòu)，上部鋼柱高度至一層樓面，柱與一層樓面梁用鋼梁連接，形成“?！毙弯摷?，在鋼架之間用橫梁連接。

（5）西庭院二層連廊，連廊的外側(cè)為玻璃幕墻，同樣采取吊掛在主采光頂鋼梁上的受力體系。

新增二層樓面的外挑最大尺寸達(dá)到3800mm，如果采用懸挑的結(jié)構(gòu)形式，就改變了原設(shè)計(jì)的鋼筋砼梁的受力形式，新增樓面的荷載也不能達(dá)到新的功能所要求的大小。而如果在樓層外側(cè)設(shè)鋼結(jié)構(gòu)柱，采用梁柱剛架的結(jié)構(gòu)形式，則完全能滿足要求。

二層新增屋面雖然較輕，懸挑結(jié)構(gòu)也能滿足要求，但結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，采用梁柱剛架的結(jié)構(gòu)形式。鋼結(jié)構(gòu)剛架的形式為“F”型，在鋼架之間用橫梁連接。

（6）樓梯及樓梯間，由于使用功能的改變，原來(lái)寬3.2m的雙跑樓梯現(xiàn)在改為8m寬，不僅原三面圍護(hù)結(jié)構(gòu)拆除，原來(lái)支撐樓梯和樓梯間屋面的唯一一個(gè)柱子也拆除，因此，樓梯及樓梯間需全部重新設(shè)計(jì)。

在樓梯間的最外側(cè)兩個(gè)角上設(shè)鋼柱，鋼柱直接做在在樓梯間的最外側(cè)兩個(gè)角的地面上，然后，分別將各自的鋼梁布置在休息平臺(tái)、一層樓面、二層樓面標(biāo)高位置，各梁的標(biāo)高相同，并和鋼柱、樓層原砼梁相連，頂層梁間架設(shè)采光頂次龍骨，形成空間鋼結(jié)構(gòu)桁架[3]。

新樓梯設(shè)計(jì)為梁式樓梯，第一梯段斜梁的兩端分別擱置在一層樓面和新增休息平臺(tái)鋼梁上，第二梯段斜梁的兩端分別連接在二層樓面的原砼梁和新增休息平臺(tái)鋼梁上，踏步板采用5mm厚鋼板，在踏板面鋪35mm厚C15混凝土，內(nèi)配φ6mm的鋼筋，以防止混凝土開裂，也便于鋪砂漿貼面磚。

休息平臺(tái)寬度為2525mm，其長(zhǎng)度為8000mm，休息平臺(tái)一側(cè)連在樓梯間主鋼結(jié)構(gòu)梁上，另一側(cè)下設(shè)小鋼柱。休息平臺(tái)頂面同踏板。

4.采光頂及維護(hù)幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 采光頂屋面

屋面玻璃為L(zhǎng)ow-E中空鋼化夾膠彩釉玻璃，鋼龍骨，鋁合金副框，隱框結(jié)構(gòu)。

4.2 玻璃幕墻

玻璃幕墻用Low-E中空鋼化玻璃；幕墻鋁包鋼，鋁合金外蓋板；明框結(jié)構(gòu)。

5.采光頂鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1 東庭院主鋼結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)布置：在原地下室頂面砼梁上布置鋼柱，在-0.100標(biāo)高處，在柱間水平連接鋼梁，作為上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，上部以南側(cè)、北側(cè)連廊邊鋼柱和庭院中間四個(gè)剛柱作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的豎向受力構(gòu)件，分別在樓層和南側(cè)、北側(cè)連廊邊剛柱間布置鋼梁、在四個(gè)鋼柱頂布置鋼梁，組成空間鋼結(jié)構(gòu)框架體系，承受所有的荷載[4]。采光頂荷載：樓面恒載2KN/m2；吊頂恒載0.5KN/m2；樓面活載2.5KN/m2。采光頂玻璃自重0.61KN/m2；幕墻玻璃自重0.31KN/m2；采光頂玻璃表面雪荷載按高低跨考慮，不均勻分布系數(shù)為2，設(shè)計(jì)值為0.9KN/m2；采光頂玻璃表面坡度較平考慮為負(fù)風(fēng)壓，對(duì)結(jié)構(gòu)有利，荷載組合時(shí)不予考慮。

圖1 東庭院主鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

5.2 西庭院二層連廊主鋼結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)布置：在原地下室頂面-0.100標(biāo)高處砼梁上布置鋼柱，在柱間水平連接幕墻鋼橫梁，作為采光頂結(jié)構(gòu)的主體，上部鋼柱高度至二層樓面頂，柱分別與二層樓面梁、屋面梁用鋼梁連接，形成“F”型鋼架，在鋼架之間用幕墻橫梁連接。梁、柱結(jié)構(gòu)受力分析的最不利荷載組合同上，風(fēng)荷載本工程取正負(fù)風(fēng)壓，兩種工況[5]。

6.結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目的雙坡、單坡玻璃采光頂以及側(cè)面的玻璃幕墻，樓梯間和樓梯、連廊等都連為一體，主要豎向荷載傳到地下室頂面新做的HN700x300x13x24mm的大梁上，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，解決了新建筑和老建筑、新建筑之間的結(jié)構(gòu)整體協(xié)調(diào)性問(wèn)題。