论钢结构在已有建筑物改扩建中的应用

王学明(新疆有色冶金设计研究院有限公司乌鲁木齐830000)

论钢结构在已有建筑物改扩建中的应用

王学明
(新疆有色冶金设计研究院有限公司乌鲁木齐830000)

笔者多年从事建筑结构设计工作，对于钢结构在已有建筑物改扩建的应用中，根据建筑不同功能要求，使用不同的结构形式，在结构改扩建设计中提出不同的结构方案以及处理方法，借此与广大同行互相交流，互相学习。达到设计经验共享的目的，为我国社会经济建设的发展及人们生活水平不断提高贡献微薄之力。

建筑使用功能抗震设防烈度钢梁钢框架节点连接设计

1 建筑物改扩建的因素及可行性

随着我国社会经济的发展，人们生活水平的不断提高，人们对现有建筑物的使用功能及建筑物的外貌美观形象提出了越来越高的要求。但是我国现阶段还是处于发展之中，财政经济水平还有限，不可能把所有的旧建筑推倒重建。对一些旧建筑只能投入较少的资金采取改扩建措施，来提高旧建筑的使用效率。当然在已有建筑物的改扩建过程中，要根据已有建筑物所在的地理环境，建筑物设防烈度的高低，建筑物改扩建后新的功能要求等。所采取的改扩建结构形式以及新老结构连接方法应有所区别。

2 已建办公楼内增扩小型会议室

目前，我国中小企事业单位已建有大量的多层中小型砖混砌体结构的办公建筑。这些单位随着社会经济发展，单位对外业务量大量增加，工作中会议量也随着大量增加，办公楼内已有的会议室明显不够使用，迫切需要增加会议室数量。下面对此类改扩建的情况做如下阐述：

⑴在已有建筑内增加会议室的位置进行合理的选址，从抗震设计要求来说，砖混砌体结构最上一层受地震作用力最小，一般情况下最上一层抗震墙的受力强度较下层小很多，在最上一层增设大空间会议室是合理的层选。在最上层中去掉1～2道横墙对整体结构的抗震性能影响不大，且大空间会议室尽量选在这一层靠近平面中间的位置。

⑵在大空间位置确定后，就要进行拆墙后托屋面板钢梁的设计，以及施工方案的设计。托板钢梁的设计选型一般采用国标HW系列宽翼缘工字钢。钢梁计算简图为普通简支梁，按照“钢结构设计规范”的要求；钢梁的容许挠度值控制在L∕400之内（L为简支梁跨度）。钢梁的强度、稳定性计算应按照“钢结构设计规范”内第四章节（受弯构件）进行计算。通常情况下钢梁的跨度都不大于9 m。采用国标宽翼缘实腹工字钢HW系列型钢均能满足设计要求。钢梁设计完后进一步确定钢梁端部与原结构的连接设计。钢梁端部处墙内有钢筋混凝土构造柱时则在构造柱上设置牛腿，作为钢梁支座。若钢梁端部没有钢筋混凝土构造柱则在墙内增设钢筋混凝土梁垫，并且在梁垫上设置钢牛腿作为钢梁支座。钢牛腿设计主要是抗剪栓钉数量的确定。抗剪栓钉数量则由钢梁端部剪力大小来计算确定。钢梁连接设计完成后下一步就是施工方案的设计。根据不同的施工单位则有不同的施工方案。但施工单位大都考虑施工过程中简单方便为主要目的而编制的施工方案。但笔者一般都在设计蓝图中注明施工操作顺序，要求施工单位按注明的要求去施工操作。设计说明中通常按照下列顺序要求施工：

⑴在待拆墙两侧0.5 m左右处设置临时支撑屋面板的结构构架系统。此构架系统既能保证拆墙后屋面板不下沉又不影响钢梁的安装。

⑵临时支撑构架搭建完毕后即可拆除不需要的原有砖墙。拆墙施工时建议使用电锯切割墙体，严禁使用大锤砸墙以免影响与之相连墙体砖缝砂浆与砖墙粘结的破坏而降低墙体的抗震强度。

⑶墙体拆除后清理底板灰尘及底板找平。

⑷施工钢牛腿。

⑸托板钢梁就位后钢梁与钢牛腿垫板焊接，涂刷防火漆及防锈漆。

⑹拆除临时支撑结构。结构改造完毕。

通过上述结构的改扩建设计，施工，以及后续的建筑装饰施工，一个新的会议室呈现在工作人员的使用环境中。

3 已有大空间结构的加层改造（扩建）

随着我国城市建设的规模的扩大以及对城市环境要求的提高，城市中原有的生产企业迁往新建工业园区，企业留在市区的一些工业厂房建筑留之不用弃之可惜而成为“鸡肋”建筑。但此类工业建筑通过建筑师与结构师的合作进行改造设计，改变建筑的使用功能，使其成为办公、商业、娱乐、餐饮等服务性建筑，可使废弃的建筑产生新的使用价值，为国家和企业减少可观的建设资金。

企业搬迁遗留在市区内的工业建筑一般都是砖混砌体或者钢筋混凝土单层工业厂房。厂房层高大多是6 m以上。这类工业厂房在进行改造设计时，根据厂房改造后新建筑功能的要求及厂房所在地抗震设防烈度的高低，厂房内部改造加层设计采用不同的结构方案。

⑴当抗震设防烈度较高时；7度及以上时，则厂房加层部分结构采取独立于厂房的结构体系。加层结构体系与厂房结构构件之间应留有足够宽的抗震缝。抗震缝的宽度按“建筑抗震设计规范”有关章节要求确定。加层结构体系在地震作用下对厂房没有任何施力影响，保证原有厂房结构的抗震性和安全性。厂房内的加层结构体系可根据厂房的净高以及建筑功能的要求采用单层或多层钢框架结构。当钢框架的层数确定后，该加层结构系统按国家现行设计规范的要求进行独立的系统性设计。

⑵当抗震设防烈度为6度及以下时，厂房内部加层的结构体系可不进行地震作用计算。加层结构采用单层或多层钢框架结构时仅对板、梁、柱结构构件在垂直荷载作用下的强度、变形、稳定性的计算。由于仅考虑竖向荷载的作用，加层结构的边跨梁可与厂房柱采用简支连接的方案。采用此方案时应考虑厂房柱及柱基在增加了额外的垂直荷载后强度校核工作，经校核后如果强度不够则要进行柱和地基基础的加固设计。一般当地基承载力较高时可不用对基础进行加固，仅对柱进行相应的加固设计处理。当地基承载力较低时，除对柱加固外，还应对地基基础进行加固设计处理，以保证地基的强度及稳定性。另外由于厂房柱在加层处增加了梁柱连接节点，此节点范围柱是否需要加固可根据柱子的截面形式考虑，如柱截面是矩形可不用加固，如果柱截面是工字型，则节点范围及以下部分应加固成矩形截面，以保证厂房柱有足够的强度。在加层结构的平面柱距布局中，尽量让边跨柱距小一点，这样边跨梁传至厂房柱上的垂直荷载可少一些，以便尽量减少对厂房柱及基础的影响，提高经济效益。

通过对遗弃的工业单层厂房内部加层改扩建后，改变了厂房的使用功能，使其为现代社会经济发展呈现出新的使用价值，为人们增加了新的使用环境与场所，是一举多得的好事。

4 结束语

钢结构在新建建筑改扩建中运用广泛，除上阐述的两个应用范围之外，其他范围如：建筑立面艺术改造、建筑屋顶艺术改造、建筑入口处雨篷造型、建筑室内外新增电梯、楼宇之间天桥等，均可使用钢结构来满足建筑不断的功能需求。在实际使用中应注意新增钢结构使用的条件及技术上的可行性，严格按照国家现行设计规范、规程进行详细的方案研究及严谨的钢结构设计，只有这样才能让钢结构在建筑的改扩建工程中发挥出它的优势，如果在建筑改扩建中不顾其结构方案是否合理，技术要求是否可行就乱拆滥搭钢结构，其后果是既不能实现建筑改扩建的目的，还会为原建筑带来安全隐患。

[1]建筑抗震设计规范.GB50011-2010.

[2]钢结构设计规范.GB50017-2003.

[3]混凝土结构加固设计规范.GB50367-2006.

[4]混凝土结构设计规范.GB50010-2010.

[5]砌体结构设计规范.GB50003-2011.

[6]建筑地基基础设计规范.GB50007-2011.

收稿:2014-12-12

DOI∶10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.01.033