既有建筑保留底部架空结构设计研究_阎波.pdf

92城市建筑 Urbanism and Architecture/2023.02200 人的大型会议室。依据业主使用需求，对本建筑进行改造。2 结构安全鉴定结果依据混凝土结构加固设计规范（GB 503672013），混凝土结构加固前，应根据建筑物的种类，分别按现行国家标准 工业建筑可靠性鉴定标准（GB 501442019）或民用建筑可靠性鉴定标准（GB 502922015）进行结构检测或鉴定。检测单位鉴定结论及处理建议如下：就现有资料分析，根据房屋完损等级评定标准（城住字1984第 678号），综合评定该房屋属于基本完好房。3 结构方案比选3.1 结构方案考虑到大型会议室使用需要，二层要求采用大空间结构，横向尺寸不小于 19 m，二层层高不小于 5.7 m。结构设计根据现场实际情况进行了两种方案比选，两种方案如下。方案一：因原建筑二层层高仅为 4.5 m，且中部存在两排框架柱，需对二层楼面以上进行拆除，同时在下部纵向增设三排框架柱，其中 F 轴和 1/C 轴框架柱延伸至屋顶。图 2 为方案一改造后二层楼面结构布置图，阴影部分为扩建范围。方案二：对原结构二层楼面以上结构进行拆除，采用钢结构在原结构上部进行架空布置，新旧建筑完全脱开，横向共布置三排框架柱，外侧二排框架柱延伸至屋顶。图3 为方案二改造后二层楼面结构布置图，阴影部分为扩建范围；图 4 为方案二改造后结构剖面图。3.2 方案优劣对比方案一：将原办公用房改造为会议室，结构荷载发生改变，且涉及建筑主体和承重结构的变化，必须按新的结构设计规范对主体结构和基础加固进行复核；原建筑一层已与高档餐饮公司签订长期租赁合同，内部装修豪华，原摘要保留既有建筑底部架空结构，常用于既有建筑不能拆除或不便于进行加固的情况。本工程因需在既有建筑中改造出一间大会议室，选取保留既有建筑底部架空装配式钢结构形式，通过对结构进行基础设计、结构整体设计、大跨度梁变形设计、楼面舒适度设计、施工可行性和装配式设计，表明此方案较传统的结构加固方案在可行性、经济性、降低施工难度、缩短工期上具有较大的优势，具有更强的操作性，为同类工程设计提供参考。关键词架空；装配式；舒适度；变形设计；锚杆桩中图分类号TU746.3文献标识码ADOI10.19892/ki.csjz.2023.02.26Abstract Retaining the overhead structure at the bottom of the existing building is often used when the existing building cannot be demolished or is not convenient for reinforcement.Due to the need to reconstruct a large conference room in the existing building,the overhead fabricated steel structure at the bottom of the existing building is selected and retained.Through the structural foundation design,overall structural design,large-span beam deformation design,floor comfort design,construction feasibility and assembly design,it shows that this scheme has greater advantages in feasibility,economy,reducing construction difficulty and shortening construction period than the traditional structural reinforcement scheme,and has stronger operability,which provides a reference for similar engineering design.Key words overhead;prefabricated;comfort;deformation design;anchor pile1 工程概况某项目为位于办公楼主楼和展厅之间的连廊，采用结构缝断开，为二层框架结构，已使用约 30 年，平面尺寸为 32.57 m13.00 m，为单榀框架结构，横向柱网尺寸为6 m，两侧分别悬挑4.0 m和3.0 m，结构总高度为8.7 m，其中一层层高为 4.2 m，二层层高为 4.5 m。图 1 为原结构平面布置图。业主在其他建筑最大会议室仅可容纳 100 人左右，无法满足职工会议、集中学习的需要，需改建一间满足至少作者简介：阎波（1981-），男，高级工程师、一级注册结构工程师。研究方向：土建结构设计。作者单位：中信建筑设计研究总院有限公司既有建筑保留底部架空结构设计研究Study on the Design of an Existing Building Retaining the Bottom Overhead Structure阎 波 曹 源 李智明Yan Bo,Cao Yuan,Li Zhiming93 2023.02/Architectural Design and Theory 建筑设计理论图 1 原结构平面布置图（图片来源：作者自绘）图 2 方案一改造后二层楼面结构布置图（图片来源：作者自绘）图 3 方案二改造后二层楼面结构布置图（图片来源：作者自绘）图 4 方案二改造后结构剖面图（图片来源：作者自绘）结构加固会损坏既有装修；同时还需对原租赁单位进行经济补偿。方案二：将原结构二层整体拆除后，在原结构外围新建钢结构架空于原结构之上，从而使新旧建筑脱离，既满足会议室的荷载要求，又不加重原结构负荷。同时钢结构架空又可保障一层租户的正常营业，仅使外立面受到破坏，后期需按原状进行恢复。经综合比较，采用方案二无论在实施可行性、经济性、施工难度，还是在工期上均优于方案一，经业主方同意，本项目设计方案选用方案二。4 结构设计4.1 结构设计基本参数本工程结构加固后的使用年限与原主体结构保持一致，设计基准期为50年，建筑抗震设防类别为标准设防类，抗震设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度为 0.05 g，设计地震分组为第一组，场地类别为类，设计特征周期为0.45 s，基本风压为 0.35 kN/m2，地面粗糙度为 C 类，风荷载体系 1.4，并考虑多栋建筑相互干扰系数 1.1。4.2 地质勘察资料依据勘察单位提供的地勘报告，本次勘察钻探揭露深度范围内，场地岩土层自上而下主要由 3 个单元层组成。从成因上看，第（1）单元层为人工填土及淤泥层（Qml）；第（2）单元层为第四系全新统冲积（Q4al）一般黏性土层；第（3）单元层为第四系全新统冲积（Q4al）砂层，局部夹粉土。本工程为地上2层框架结构，跨距大，柱荷载相对集中，基础埋置深度较浅。结合场地浅部地层特性及空间分布情况，若采用人工地基，需对拟建场地（1-1）层杂填土和（1-2）层淤泥进行开挖换填。考虑到场地较为狭小且需开挖深度大，会大于既有建筑物基础埋置深度，对周边既有建筑物产生较大影响，因此不建议采用人工地基。本场地各地层的桩基设计参数见表 1。4.3 结构体系及结构布置结构形式为钢框架结构，楼板采用钢筋桁架楼承板。外围框架柱为方钢管混凝土框架柱，截面尺寸为600 mm600 mm18 mm18 mm，内灌入C30混凝土，内部框架柱（仅布置在一层）为方钢管，截面尺寸为500 mm 500 mm16 mm16 mm，钢材型号均采用 Q355B。二层楼面，主要钢框架梁截面尺寸为600 mm300 mm 14 mm22 mm，400 mm250 mm10 mm14 mm，主要次梁截面尺寸为 600 mm300 mm14 mm22 mm，300 mm150 mm6.5 mm9 mm；屋面层，主要钢框 架梁截面尺寸为 900 mm300 mm16 mm22 mm，主要次梁截面尺寸为900 mmx300 mm14 mm25 mm，300 mm150 mm6.5 mm9 mm。图 5 分别为二层和屋面结构布置图，图 6 为结构计算模型图。32 57013 000300060004000617066006600660066001/71/71/F1/F1/C1/C88EEDD9910101111121219 33061706600660066006600633032 5704000600030001/71/71/F1/F1/C1/C88EEFFDD9910101111121232 57019 330617021702000 20002200220022002200220022002200220022002300230019013000600040003630800200066006600660066001/71/71/F1/C88DDCCEEFFHH99101011111212HFEDC19 33037304700600049007004800570010.7505.0504.200-0.60085015094城市建筑 Urbanism and Architecture/2023.02表 1 桩基设计参数 单位：kPa岩土名称锚杆静压桩钻孔灌注桩qsiaqsiaqpaqpa（1-2）淤泥6 5（2-1）黏土2326（2-2）黏土2729（2-3）粉质黏土2023（3-1）粉砂夹粉土2321（3-2）粉砂281 700（15 m）23420（15 m）（3-2a）粉土2526（3-3）粉砂372 000（15 m）32480（15 m）4.4 基础设计原结构采用梁式筏板基础，基础底板场地表面以下为24 m 的杂填土层，杂填土下为黏土层，地基允许承载力为 110 kPa，施工时需将基础底板标高以下杂填土及软弱黏土层清理，回填中、粗级配砂垫层。本工程为地上2层框架结构，跨距大，柱荷载相对集中，基础埋置深度较浅，若采用天然地基，需对面层的杂填土和淤泥层进行换填，因换填深度较深，会扰动原结构基础，故选用桩基础。同时本项目位于市区中心，预应力静压管桩无法进场，且钻孔灌注桩进场费用较高，经综合比较，拟选用锚杆静压桩。锚杆静压桩是锚杆和静压桩结合形成的桩基施工工艺，它是在基础上埋设锚杆固定压桩架，以既有建筑自重荷载作为压桩反力，用千斤顶将桩段从基础中预留或开凿的压桩孔内逐段压入土中，再将桩与基础连接在一起，从而达到提高基础承载力和控制沉降的目的。锚杆静压桩施工可在狭小的空间进行压桩作业，传荷过程和受力性能明确，能得到每根桩的实际承载力，施工质量可靠。依据既有建筑地基基础加固技术规范（JGJ 1232018），设计最终压桩力与单桩竖向承载力特征值比值不小于 2，本工程待主体结构施工完毕后，以建筑的自重荷载作为压桩反力进行锚杆桩施工。图 7 为基础平面布置图，图中阴影部分为原筏板基础。4.5 结构整体设计结果本工程整体计算结果详见表 2 和表 3。4.6 大跨度梁变形设计本工程功能为会议室，为满足会议室大空间需求，需在二楼采用大跨度结构。本工程横向跨度为 19.33 m，因一楼没有大空间使用需求，为避免结构采用单跨结构和减小跨度减少梁高，可在一楼增设一排框架柱，二层楼面框架梁和次梁最大跨度为 15.7 m，屋顶主梁和次梁最大跨度为 19.33 m。因新增二楼楼面架空在原结构二楼楼面上部，需复核框架梁和次梁变形后，不因与原结构二楼发生接触而对原结构的安全产生影响。通过盈建科建筑结构设计软件系统（北京盈建科软件股份有限公司）计算，二层楼面 15.7 m 跨度钢结构次梁最大挠度为 69 mm，钢框架主梁最大挠度为 21 mm。参 照 钢 结 构 设 计 标 准（GB 5