賈媛媛 朱玉佼 李雪 薛榮剛

1.北方工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 石家莊050021

2.河北建研工程技術(shù)有限公司 石家莊050021

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市在不斷更新，一些既有建筑在建筑面積和功能上已不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。而拆除舊建筑、建造新建筑的工程量大、周期長、造價高，因此既有建筑改擴(kuò)建是一個很好的選擇，其有周期短和經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的優(yōu)勢。

改擴(kuò)建工程中最關(guān)鍵的是結(jié)構(gòu)方案的選擇。結(jié)構(gòu)方案合理與否直接關(guān)系到既有建筑改擴(kuò)建工程的成敗，不合理的結(jié)構(gòu)方案會造成改造成果不理想，影響正常使用，嚴(yán)重的還會影響結(jié)構(gòu)的安全［1］。本文以某學(xué)員宿舍樓為例，對砌體結(jié)構(gòu)改擴(kuò)建的結(jié)構(gòu)方案選擇進(jìn)行了探討，對貼建工程如何與原結(jié)構(gòu)脫開及上部結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性等技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了分析研究。

1 工程概況

某學(xué)員宿舍為地上五層砌體結(jié)構(gòu)，屋（樓）面板主要采用預(yù)制板，墻下條形磚基礎(chǔ)，約建于1980年，建筑東西總長約為65m，南北總寬約為13.2m，總建筑面積約為4457m2。為改善學(xué)員陽臺條件，改擴(kuò)建設(shè)計(jì)在原建筑物南、北側(cè)新增開間同原結(jié)構(gòu)、進(jìn)深為2.15m，作為學(xué)員宿舍的衛(wèi)生間。擴(kuò)建改造后總建筑面積為5398.3m2，擴(kuò)建部分與原建筑平面關(guān)系見圖1。

圖1 擴(kuò)建部分與原建筑平面關(guān)系Fig.1 Plan relation between expansion part and original building

根據(jù)該建筑物的檢測鑒定報告，該建筑物部分墻體存在裂縫，裂縫寬度介于0.22mm～0.56mm之間；原磚砌條形基礎(chǔ)截面尺寸偏差不滿足規(guī)范［2］要求；原混凝土梁多數(shù)不滿足規(guī)范［2］關(guān)于強(qiáng)度最低值的要求，其截面尺寸偏差不滿足規(guī)范［2］要求；個別墻體受壓承載力不滿足規(guī)范［2］要求。

2 方案比選

若擴(kuò)建部分采用框架結(jié)構(gòu)，砌體結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)為一個整體結(jié)構(gòu)體系混合、傳力不明確［3］。

若擴(kuò)建部分采用砌體結(jié)構(gòu)與原砌體相連，結(jié)構(gòu)形式不變，需將原結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體抗震加固、抗震構(gòu)造措施加固及損傷部位修復(fù)［4］，原有磚砌條形基礎(chǔ)因荷載增大，原承載力不足，尚需對基礎(chǔ)進(jìn)行加固。原建筑基礎(chǔ)已沉降穩(wěn)定，新舊基礎(chǔ)相連會出現(xiàn)不均勻沉降，進(jìn)而引起墻體開裂等不利影響，且新增部分基礎(chǔ)持力層落在2層土黃土狀粉質(zhì)黏土，該層土具有Ⅰ級（輕微）非自重濕陷性，承載力較低，工程性質(zhì)欠穩(wěn)定。

建設(shè)單位要求擴(kuò)建改造設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方案合理、經(jīng)濟(jì)，且改擴(kuò)建施工時須保證原學(xué)員宿舍正常使用。

綜合以上分析，最終確定采用擴(kuò)建部分與原建筑物各成體系的貼建鋼結(jié)構(gòu)方案。該方案不改變原砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸和受力狀態(tài)，原砌體結(jié)構(gòu)外墻厚度370mm，與貼建外墻預(yù)留變形縫寬度為100mm［4］。為減輕上部結(jié)構(gòu)重量，采用鋼框架結(jié)構(gòu)，外墻采用輕質(zhì)外掛墻板。為增加貼建結(jié)構(gòu)整體性，每隔一跨布置柱間支撐。

3 貼建改造設(shè)計(jì)的難點(diǎn)

3.1 貼建基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的問題主要在于貼建部分基礎(chǔ)與原磚砌條形基礎(chǔ)相互脫離、互不干擾，二者分別受力。該項(xiàng)目通過設(shè)置主樁主要承受柱下軸向壓力，主副樁共同抵抗柱底彎矩，各樁基承臺之間用300mm×600mm現(xiàn)澆混凝土連梁連為整體，承臺底標(biāo)高與原條基底標(biāo)高相同，避免施工時對原條基的擾動。樁基礎(chǔ)與原房屋外墻條形基礎(chǔ)的相對位置關(guān)系見圖2?；A(chǔ)形式采用樁基礎(chǔ)，樁基可穿越濕陷土層，持力層落在承載力較高的土層上，豎向變形較小。由于新增樁距離原建筑物較近，大型成孔機(jī)械無法施工，且為了避免施工對原磚砌條形基礎(chǔ)的擾動，主樁成孔方案采用人工成孔，距離原建筑墻邊稍遠(yuǎn)的副樁可選用機(jī)械成孔［5］。

3.2 貼建鋼結(jié)構(gòu)的抗傾覆設(shè)計(jì)

貼建建筑的高度為17.98m，進(jìn)深較小為2.05m，高寬比為8.77，大于7度地區(qū)高寬比限值6.5。用盈建科建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊A2.0.3建立的僅有貼建部分的鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，該模型計(jì)算結(jié)果在Y向風(fēng)荷載、Y向地震作用工況下零應(yīng)力區(qū)分別為91.73%、100%，不滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［4］4.2.4條高寬比大于4的建筑，基礎(chǔ)底面不宜出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)的要求。

圖2 樁基與原磚砌條基相對位置關(guān)系Fig.2 Relative position of pile foundation and original brick strip foundation

為防止貼建部分發(fā)生傾覆，每層均在鋼框架節(jié)點(diǎn)處與原砌體結(jié)構(gòu)間設(shè)置連接件進(jìn)行拉結(jié)。為確保貼建鋼結(jié)構(gòu)與原砌體結(jié)構(gòu)在豎向自由變形、互不影響，即貼建部分豎向變形不影響原條基的沉降穩(wěn)定，將連接件豎向螺栓孔設(shè)置為長圓孔；在水平方向協(xié)同工作，連接件上設(shè)置長圓孔允許有一部分水平位移，超出設(shè)置的水平位移限值后，新老建筑在水平方向共同作用，見圖3。

圖3 抗傾覆連接節(jié)點(diǎn)Fig.3 The connection node of anti overturning

4 貼建鋼結(jié)構(gòu)抗傾覆整體驗(yàn)算

貼建鋼結(jié)構(gòu)與原砌體結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，不傳遞豎向力及彎矩，只傳遞Y向風(fēng)荷載作用下或地震作用下的水平力，采用盈建科建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊A2.0.3建立貼建鋼結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算模型，設(shè)置短梁連接新舊建筑，梁端設(shè)置為鉸接，驗(yàn)算在Y向風(fēng)荷載及Y向地震工況作用下原砌體結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算結(jié)果。

圖4為整體模型底層抗震計(jì)算結(jié)果。砌體結(jié)構(gòu)部分抗震計(jì)算結(jié)果均大于1，滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求［4］，保證該貼建鋼結(jié)構(gòu)方案不對原砌體結(jié)構(gòu)的安全產(chǎn)生影響，并且達(dá)到了避免貼建鋼結(jié)構(gòu)傾覆的目的。貼建部分鋼結(jié)構(gòu)單獨(dú)建立模型進(jìn)行常規(guī)分析和設(shè)計(jì)。

圖4 整體模型底層抗震計(jì)算結(jié)果Fig.4 Seismic calculation results of the bottom layer of the whole model

5 結(jié)語

1.貼建鋼結(jié)構(gòu)的寬度小，基礎(chǔ)采用主樁與副樁結(jié)合的方式，該種形式樁基礎(chǔ)受力穩(wěn)定，且能與原基礎(chǔ)脫離，不影響原條基。

2.貼建鋼結(jié)構(gòu)高寬比較大，采取抗傾覆措施。新舊建筑設(shè)置只傳遞水平荷載的連接節(jié)點(diǎn)，在豎向自由變形，在水平向協(xié)同工作。

3.貼建鋼結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)脫離、各成體系，不影響原結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，施工過程不影響原建筑的使用，滿足使用需求。