建筑物改造结构设计应考虑的问题

郭　卿

摘要:我国既有建筑数量多、能耗高且围护结构的保温隔热性差。如何根据既有建筑物的特点来研究节能改造的优化方案对我国的节能工作、环境保护具有重大的意义。本文对此进行了探讨。

关键词:建筑物 设计 能耗

一、前言

既有建筑结构的存在,在很大程度上限制了建筑改造的内容,否则费工、费时、费材料,失去了对既有建筑物改造的意义,回到拆建的老路上去了。结构改造设计方案的确定对业主的决策是十分重要的,在结构改造设计的方案扩初阶段,应该整体分析既有建筑结构在抗震、强度、耐久性等方面的鉴定报告,通过对既有建筑物竣工图的阅读、现场勘察、分析工程改造的内容,来确定工程改造的可行性以及对改造提出限制性要求等问题。

二、建筑物改造结构设计应考虑的问题

1. 有建筑结构是否要进行抗震加固及抗震加固方案。熟悉既有建筑物竣工图纸、现场勘察、分析对既有建筑物的鉴定报告,按照《建筑抗震鉴定标准》及《建筑抗震加固技术规程》等现行规范、规程要求进行抗震计算分析,并满足其要求的构造措施。特别对于有屋顶增层、层间增夹层以及进行结构构件托换的改造工程必须根据新增结构与既有建筑结构的连接方式(刚接、铰接等)确定合适的计算模型进行抗震计算分析。

2. 根据给水排水、暖气通风、强电弱电等专业改造的内容来确定结构加固改造方案。既有建筑物的改造很大一部分投资是对设备的改造,设备的改造包括原有设备系统更新换代及增加大量的新的设备系统。

3. 根据建筑使用功能改变、建筑使用功能增加的内容来确定结构加固改造方案。建筑使用功能改变包括既有建筑楼地面使用功能的改变及既有建筑楼地面改作楼、电梯间;建筑使用功能的增加主要包括屋顶增层、层间增夹层以及新增落地结构。楼地面使用功能的改变及屋顶增层,要考虑装饰荷载及活荷载的改变,尽量考虑拆除原建筑饰面,新装饰面层采用轻质材料,换用轻质墙体材料等来抵消功能改变而增加的设计荷载,否则要确定结构构件的加固方案。既有建筑楼地面改作楼、电梯间、层间增夹层以及屋顶增层必须考虑对既有建筑结构在抗震性能方面的影响。既有建筑楼地面改作楼、电梯间、层间增夹层及屋顶增层的传力构件利用既有建筑结构的构件传力时,要考虑既有建筑结构是否要加固及加固方案,要验算地基基础的承载力及沉降的均匀性,地基计算可考虑地基上层压缩固结后承载力的提高。新增落地结构要考虑对既有建筑在不匀均沉降方面的影响以及对既有建筑在抗震性能方面的影响。若新增落地结构与既有建筑结构的基础距离较近,一般采用人工挖孔灌注桩基础较好,桩底端置于对既有建筑地基影响范围以下的持力层或置于坚硬基岩上,桩护壁采用现浇钢筋硅护壁,必要时加强护壁刚度及护壁施工工艺要求,以减小施工过程中对既有建筑地基基础的影响;若增落地结构与既有建筑结构的基础距离较远,可采用独立基础、条基等基础形式,但此时若基础持力层埋置较深,开挖基坑放坡时要考虑对既有建筑结构柱的稳定性,基坑放坡土的侧压力对柱的影响,柱周边土揭除时柱的长细比等因素。根据增落地结构面积大小,选取与既有建筑结构分缝或相连接的方案,要连就要连牢,要分缝就要彻底分开。增落地结构与既有建筑无论是连接还是分开,均应考虑基础持力层应力的相互影响,验算二者的沉降差异,以便采取相应的结构设计及施工方案。

4. 施工方案的确定。建筑物改造工程的施工内容包括既有建筑楼地面、屋面面层的拆除,墙体内外饰面的拆除,非结构构件、结构构件的拆除及加固,增加结构及构件,水、暖气通风、强电弱电等设备的安装等。既有建筑物的存在,使得工程施工方案不同于一般新建工程,确定施工方案时应全面考虑对既有建筑物的影响。一般情况下,先拆除既有建筑物的楼地面、屋面面层以及墙体内外饰面来卸荷,再对既有建筑结构进行加固,增加结构构件,然后再拆除非结构构件及结构构件。由于非结构构件及结构构件的拆除通常是局部的,非结构构件通常是结构的外荷载,而结构构件的内力是相互影响的,所以非结构构件及结构构件的拆除顺序不当会引起既有建筑结构构件内力的重分布,影响结构构件的承载力,甚至使结构计算模型与实际不符,严重者导致结构构件承载力局部失效,各个击破,危及整个既有建筑结构的安全。因此设计文件中应注明非结构构件及结构构件的拆除时间及顺序,要求使用的工具及方法。先选取受力较小及对既有建筑结构受力影响较小的构件进行试拆除,取得施工经验并达到设计预定的要求后,方可进行正式拆除。应进行施一「期间对既有建筑结构及新增结构在竖向及水平方向位移、内力检测,以验明结构计算模型的可靠性,并确保结构安全及施工安全。各专业设备的安装必须在对既有建筑结构加固后或加固过程中进行,各工利,相互配合,设备安装不应影响结构加固及结构构件的增加,各设备孔洞尽量利用原孔洞,不能利用时应在设计阶段各专业相互配合,提前考虑,不得随意开洞。

5. 新技术、新材料的应用。随着科学技术的进步,国内外技术的交流,以及改造工程市场的需求,用于改造工程的新技术、新材料不断出现并应少月二J二工程实践,如结构粘结材料、结构加固高强轻质材料、体外预应力的应用,抗震耗能机构,轻质围护材料的应用,新的施工工艺的应用等。改造工程方案及扩初设计一阶段就要注意收集这方面的资料及工程应用情况,选取合适的新技术新材料,以使得改造工程经济、省时的实施。

三、结语

改造工程与新建工程相比,结构设计难度大,工程施工复杂,特别是设计上要考虑的问题较多。要考虑既有建筑结构现状,尽量不损伤既有建筑结构;要考虑新增结构与既有建筑结构的连接方案,考虑新增结构的传力路线以及整个结构的计算模型;要考虑施工方案,方便施工,以及施工过程中保证既有建筑结构的安全、施工安全。

参考文献:

[1]张敬书,现行抗震加固方法及发展趋势,工程抗震与加固改造,2005.

[2]徐春霞,建筑节能和环保应用技术,北京:中国电力出版社,2006.