高层办公楼拔柱改造设计个案分析

陈岳明 王荣海 马达君

(浙江中和建筑设计有限公司，浙江 绍兴312000)

高层办公楼拔柱改造设计个案分析

陈岳明 王荣海 马达君

(浙江中和建筑设计有限公司，浙江 绍兴312000)

建筑物由于自身功能需要以及结构变更或者重新装修等原因，改造过程中往往需要将局部柱子拔掉，特别是在较大施工作业面且现场制约的情况下进行改造时，就必须选择合理的设计方案和施工方案，以使拔柱之后的整体结构稳固.某地一高层办公楼顶楼会议室22米超大跨度拔除立柱加固框梁的方法，是通过设置十字反梁，采用锚筋将原混凝土梁与新增框梁连为一体，并在节点受力位置进行重点加固处理.施工结束后变形及挠度观测表明加固设计方案符合预期要求.

框架结构；加固；锚筋；挠度

近年来，由于建筑功能需要或者生产工艺更新，往往要求改变原建筑的平面布局，增大使用空间，对房屋结构的加固改造或局部拆除重建成为一种趋势.通过拔柱来实现局部大空间的要求在工程中屡见不鲜，而且根据工程特点，出现了很多的拔柱方式.这种能够在原有建筑的基础之上进行改造的方法，能够在保证整个建筑自身结构稳定性的同时，对建筑的内部指定部位进行加固或者改造，整个工程所需投入的资金相对于拆除重建来说，要小得多，且见效快，在具有良好经济利益的同时，还有着较好的社会效益.

1 工程概况

浙江绍兴盛洋工业园一栋9层厂房与11层办公楼是组合一体的框架结构，东侧办公区为扇形平面，甲方要求在东侧十层平面内设置一中型会议室，因内有受力柱存在，影响会议室座位布置，影响使用功能.经结构计算[1-6]，在屋面设置反梁(屋面局部结构布置如图1)，拔掉中柱，形成进深22 m、东西居中弧线展开长度14.057 m的大空间，从而满足会议室的使用功能.

图1 屋面改造平面图

2 方案选择

GB 50367-2006[6]《混凝土结构加固设计规范》规定的加固方法主要有：外包型钢法、置换混凝土法、体外预应力法、屋面增设支点法、粘贴钢板或纤维复合材料法、增大截面法等.

考虑到建筑使用功能要求、加固后的结构可靠性、施工方便、维护简单等因素，决定采用增大截面法，在屋面加设反梁，通过锚筋植入反梁与原梁柱结构协同受力，在相关节点上进行了特殊处理.这里面临的主要问题是：(1)为使原结构梁不因反梁的挠度变形而发生内力重分布，控制原梁的内力变化，防止原结构梁开裂；(2)组合梁和原柱间的连接要保证将原柱所受荷载可靠地转移到反梁上；(3)拟拔柱所承受的荷载通过托梁转移到相邻柱子上，相邻柱子及地基基础是否满足承载力要求.这些问题若得不到妥善解决，会导致改造后的结构因变形过大而开裂，或改造后结构产生不均匀沉降甚至危及结构安全.

2.1分析过程

经SATWE建模计算分析得出以下两点：(1)将此柱拔除后，周边梁板配筋并未明显改变，桩基及周边柱现有配筋仍满足承载力计算要求；(2)抽柱不能采用预应力结构，因抽柱段为弧形连续梁，且两侧均有梁且已施工完毕，无处施加预应力，故不能采用后张法预应力结构.

考虑到弧向梁展开长度为14.057 m，直线长度为13.930 m，尚在常规结构允许跨度范围内，且改造部位已在屋顶层结构找坡最高处，不影响立面效果及屋顶排水.根据原结构布置情况，同时考虑到将拟拔柱原受荷载均匀传递到周围尽量多的柱子上，所以采取在拟拔柱正交向分别设置反梁的做法来实现.拔柱后原有主次梁受力方向做了变换，19轴径向主梁变成次梁，D轴线弧向梁做成主梁.

2.2方案细则

在原D轴线弧形次梁上方最浇筑一弧形上翻梁作为新主梁，在19轴经向原主梁上方亦浇一上翻梁作次梁，从而新形成整浇十字结构，这样就改变了原结构的传力途径，改造区域的所有屋面荷载全部由新浇筑的上翻梁承担，上翻梁与原有梁采用植筋法连接，改造区域的梁板荷载均作为下挂荷载符加在上翻梁上，19轴原径向主梁作受力转换后成为二级次梁，原有底部配筋及支座筋均保留；经过计算复核此植筋加高后的新浇二级次梁原有梁底配筋亦满足最小配筋率要求，这样避免了原径向主梁梁底的开裂情况出现.原弧形次梁纯作为下挂荷载考虑，考虑到板底美观性及减小作业面，下挂次梁未作凿除处理.为了进一步加强了改造区域的整体可靠性，在原径向主梁周边设置Φ12“U”箍筋，上部锚入新浇梁内450 mm.

为了保证植筋在原有梁内的锚固性能，要求施工单位在施工前根据设计承载力要求先做组抗拔试验，施工时新浇上翻主次梁相交节点处作了30 mm的预起拱.为了保证新老混凝土界面处整体性及耐久性，除对原梁顶凿毛处理外，再在新浇上翻梁底部300 mm处浇筑45度细石混凝土保护层作泛水.

3 施工要点及实施过程

3.1施工要点

(1)有加固经验且有资质专业单位施工；(2)施工前须做植筋抗拔试验；(3)采用进口结构胶；(4)新浇梁须做施工预起拱；(5)挠度精确测量；(6)监理旁站.

3.2实施过程

考虑到此工程属于改造项目，施工要求较高，所有材料均严把质量关，钢筋进场前均按规定做了力学复试；又因梁断面尺寸及自重较大，设计要求梁内主筋均采用机械连接，不得绑扎搭接或焊接，连接质量等级达到一级，即接头抗拉强度不小于被连接钢筋实际抗拉强度或1.1倍钢筋抗拉强度标准值[7-8]，复试结果均达到要求.新浇混凝土按设计采用C35低水化热商品混凝土，并做试块验证.大规模植筋前，先做一组试验，达到设计抗拔力后，方可实施.所有资料充分齐全，所有隐蔽工程均需设计，施工、监理、甲方验收合格后再进入下一道工序.在新浇梁混凝土龄期达28天达到C30强度设计要求后，实施割柱，在原径向主梁底100 mm处切割二刀，缝净宽30 mm，塞入钢锯条，24 h后缝宽12 mm，五天后缝宽11 mm,十五天后缝宽仍保持在10 mm，说明挠度几乎没有增加.施工完毕至今已达十九个月，屋面所有建筑面层均已到位，实测挠度仍在25 mm以内，下挂弧向次梁底部亦未见开裂现象，说明新浇上翻梁已达设计预期目的进入受力状态,改造成功.附四张现场施工图，如图1-图4.

图2 现场钢筋制作

图3 切割机安装

图4 切割时状况

图5 切割后现状

4 植筋相关计算

4.1植筋基本锚固深度ls

ls=0.2αsptdfy/fbd[6]

=0.2×1.0×16×300/2.7=355mm

(II级钢16)

(III级钢16)

4.3植筋锚固深度设计值

ld≥ψNψaels[6]

=1.15×1.1×1.0×1.1×355

=495mm，实际取500mm.

4.4喜利得植筋现场测试

Φ16钢筋当母体混凝土等级C30时，植深220 mm时，结合力特征值Rk=67.4 Kn.考虑现场作业区域结构设计混凝土强度等级C25及现场施工作业可能不到位的不利因素，实际取用抗拔力特征值为:

Rk=0.85×1.27/1.43×67.4=50.9 kN.

故理论计算所需植筋数量加固区域受荷面积为148 m2，经折算后屋面部分恒载活载每平方荷载标准值为7.62 kN.

加固部分屋面总当重量特征值

Nk=7.62×150=1143 kN.

n=1143/50.9=22.5根.

实际配置125根.

故安全系数η=125/22.5=5.5.

结论：安全.

5 结束语

本改造工程于2011年7月施工完毕，在拔柱后，托换结构和相关框架构件工作正常，改造达到了设计的预期效果.改造前针对具体问题具体分析并经过科学周密的分析计算，改变了原有主次梁结构布置，达到内力重分布之目的.通过植筋技术使“偷柱换梁”得以实现，实现了大空间的完整性，会议室使用功能得以保证.

特别鸣谢：本文得到了浙江省建筑设计研究院杨学林总工的悉心指导，在此深表谢意.

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[6]中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构加固设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[7]张家启.李国胜.惠云玲.建筑结构检测鉴定与加固设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[8]中华人民共和国建设部.混凝土结构后锚固技术规范[S].北京：中国建筑出版社，2005.

ReconstructionofRemovingColumnsinaHigh-RiseOfficeBuilding

Chen Yueming Wang Ronghai Ma Dajun

(Zhejiang Zhonghe Architectural Design Co.Ltd., Shaoxing, Zhejiang 312000)

Out of the need of its function and because of the structure changes or remodeling, etc., it is necessary to remove part of the column in the process of rebuilding a building.Especially in the case of large construction operation and site restriction, it is necessary to select a reasonable design method and construction method, which will reinforce the overall architecture after the column is removed.This paper introduces a method to strengthen the supporting beam after the removal of a 22-meter span column on the top floor of a conference room in a high-rise office building: through the installation of a cross reverse beam, an anchor bar is used to connect the original concrete beam with the new supporting beam, hence a reinforcement in the node position.The deformation and deflection observation after the construction show that the reinforcement design scheme lives up to the expectations.

frame structure; reinforcement; anchor bar; deflection

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2017.08.007

TU746.3

A

1008-293X(2017)08-0035-04

2017-05-04

陈岳明(1965- )，男，浙江上虞人，浙江中和建筑设计有限公司一级注册结构工程师，研究方向:建筑结构设计.

(责任编辑王海雷)