建筑空间隔层的改造设计及施工要点分析

李金玲

建筑空间隔层的改造设计及施工要点分析

李金玲

玉林师范学院, 广西 玉林 537000

随着建筑技术与材料的发展进步，国内众多的旧建筑需要改造，以满足日益增长的建筑质量要求。本文以广西某剧院改造为区域规划展示馆为例，对原大空间舞台进行隔层改造，重点探究设计、施工的技术措施，包括建筑内部的施工方法、增加层在设计方案中的结构安全、钢结构构件的加工工艺，并确保结构承载力和整体抗震性能。

旧建筑改造; 设计; 施工

近代建筑行业的发展可分成三个阶段，第一、大量的新建筑出现，此阶段新建体量很大，但设计施工等的规范标准较低；第二、不仅有大规模的建筑新建，同时也有旧建筑的维修改造；第三个阶段主要是指对老旧建筑的翻新和加固。

随着城市化进程的不断加大，老城区的“旧房改造”工程逐渐增加，带来了很多有关结构加固改造问题。根据建筑的改造目的，可将其分成在原有基础上增加使用面积的扩建改造、改变其使用功能的改建、加层扩建改造等[1-3]。现以广西某影剧院为例[4,5]，对其改造工程的设计及施工要点分析。

1 加层改造技术

一般将建筑改造工程分为住宅与公共建筑改造两类。常用的改造方法有：1）增加结构层。当建筑的地基基础承载力有富余时，直接增加结构层能够有效的增加建筑的使用面积和空间。此时建筑物地基被长期压实，其承载力有很大的安全储备。比如粘性土，建造时间5~15年后，经现场勘测，其承载能力能够增大5%~20%；2）对天然基础的处理方法是加宽其基底的宽度。对桩基应该明白桩土共同工作的特性，或添加静压锚杆桩（其桩径一般φ150~φ300左右）。若上部结构是砖混结构时，在加层计算中，如果墙体的承载力不足，应该在局部墙体拐角部位做添加异形框架柱的处理，并在柱下采用墙下交叉独立基础或桩基础，异形柱与墙体应该做成马牙形，增加其整体性。当上部结构是框架结构时，在计算中，如果原有框架结构承载力不足，可做外包加大柱载面处理，用钢板加固梁柱框架节点。若承台的下卧层是一般粘性土，依据桩土沉降的协调性计算与实际经验，可认为粘性土承载力的60%，相当于桩20%~30%左右土的分担作用。若承台底是杂填土，一般加宽承台宽度与高度，承台底用静压锚杆处理（此类桩径一般在φ150~φ300，单桩承载力200 kN左右）[6,7]。

2 工程概述

广西某影剧场，设计于二十世纪九十年代，框架结构体系，层间楼板为装配式预制板，顶面为大跨度的钢屋架，如图1所示。此剧院的四周主要采用的是钢筋混凝土结构，基础形式选择独立基础，采用连系梁连接。剧院的基础平面布置图如图2所示。建筑基础的设计承载力是80 kN/m2，因建成多年，地基土长时间压缩，沉降基本稳定，观察墙体没有发现不均匀沉降形成的裂缝。

图 1 原建筑立面图

图 2 建筑内部基础布置图

图 3 建筑内部改造后平面图

现拟对大空间舞台隔层改造，原有基础上新增楼面，并在两侧加建展馆，作为展览厅与讲解室。将建筑改造成成为区域规划展示馆，隔层改造后的平面布置如图3。

3 设计方案

3.1 新、旧结构分离方案

如果继续用旧墙体做新加层的竖向承载支撑，新增楼面产生的荷载直接作用在旧墙体，并传至原有基础，会在旧建筑的地基上引起基底附加应力，导致局部出现新的沉降，因此需要对旧结构进行相应的加固改造，花费很长时间且成本很高。总括以上因素后，采取新、旧建筑结构彼此分离的设计方案。

3.2 钢结构框架

新增的楼层受实际用途的限值，需在边缘建造结构柱，且为施工方便需与旧墙保持200 mm距离，在楼面和旧墙之间增加沉降缝，此封需要柔性材料加以填充。焊接方钢管作为框架柱。

新增建筑选用钢构件优点：1）钢框架的质量大约是850 kg/m2，与同样的混凝土框架相比（质量约1200 kg/m2）质量轻并且有很好的延展性；2）钢结构刚度大，可降低基础平面的尺寸并且降低地基的沉降；3）并且以为基础平面尺寸的缩小，进一步缩小悬挑转换梁的悬挑长度和截面高度[8-10]。

3.3 钢结构地梁层转换梁

结构柱位于承重墙的条形基础上，因不能直接建基础，需要在标高-0.100 m处安装钢管转换梁托柱，把舞台下面没有直接影响建筑安全的原来基础除去，地梁层的平面布置情况如图4。考虑到提高悬挑梁的整体稳定性，将梁贯通的样式运用到地梁层的钢梁柱节点中，避免由焊接质量不高带来的悬挑梁根部节点承载力不足问题。地层梁的焊缝主要为坡口焊缝，以提高节点的整体塑性[11,12]。

图 4 地梁层平面图

图 5 GKZ1锚进基础示意图

4 施工专项方案

施工时要求GKZ1锚进地基150 mm，并且为满足局部承压和抗冲切计算，柱底板尺寸应为600 mm×600 mm；GKZ1侧壁上配置栓钉，并浇筑混凝土，以抵抗因悬挑转换梁而产生的弯矩（图5）。

4.1 地梁层施工方案

初始施工方案：工厂加工预制钢部件，在施工现场将钢构件焊接成整体，并用支架架设，将地梁层调整到设计标高。若采用此方案，其结构有着整体性好、焊缝的质量容易控制的优势。其缺点是钢梁外圈和墙体筋间空隙太小，没有充分的位置提供支架搭设；并且因地梁层本身重量过大，没有合适的机械设备进行施工。对施工方案进行调整：先浇筑混凝土基础与连系梁，并于基础中预埋好GKZ1，在其顶部端面加设端板截面（图6）。把地梁层钢梁焊接为一个整体后把其与连系梁顶面预埋的板焊接成一个整体。此方案的优点为：1）能同时进行混凝土浇筑能与钢箱型梁的制作，极大地加快了施工的进度，缩短了工期；2）在对基础连系梁进行浇筑的时候，没有顶面钢梁影响，便于施工。缺点主要表现在：1）基础和上部结构整体性能较差；2）钢梁的焊接作业点位置特殊，没有主要的操作空间，增加了施工的难度。

4.2 转换梁安全性保证方法

矩形梁人孔板的主要尺寸如图7所示。当人孔板整体结构施工完成后，可以在上翼缘进行施工。

图 6 钢梁和基础连系梁图

图 7 矩形梁人孔板设置示意图

原设计中没有进行旋转基础中锚进的4根GKZ1角柱，GKZ1与GKL2斜交，造成了接触面出现应力集中现象。GKZ2的定位示意图如下图8所示。

5 建模分析

5.1 结构计算模型

因为城市规模的不断扩张，现有建筑的保有数量日益增大，大量的建筑需要改变其原有的使用功能，其结构也面临着不同目的我的改造[13]。图9为新加建与原建筑结构的三维计算模型示意图。

横向分别新加建了一栋建筑和旧建筑结构从基础到上部结构均采用刚接。新建中间连接体和左右原建筑结构从基础部分刚接，上部结构部分需加设伸缩缝。

图 8 GKZ2 定位示意图

5.2 结构动力计算分析

增加结构层会对结构的整体性能产生影响，估本文针对结构的动力性能进行计算分析。

虽然增加结构层会使得荷载变大，但没有超过原结构承载力。在对楼板计算时应用了刚性楼板假定。因此可认为软件计算的结果可作为实际建筑的参考，所以下文研究基于广厦软件计算配筋和加固结果进行[14,15]。

5.3 结构振型及周期

建筑以广厦软件进行计算，提取建筑振型和自振周期结果，其前3阶振型，如图10所示。

图 10 结构前3振型

从图10可以看出：结构的主要振型分为x轴、y轴平动与建筑的扭动。建筑第一自振周期是1.038 s。结构的动力特性列入下表1。

表 1 结构动力特性

6 结论

因为城市规模的不断扩张，现有建筑的保有数量日益增大，大量的建筑需要进行不同使用功能或不同目的的改造。综合成本的合理性与工期长短的影响，对旧建筑主体结构的加固与功能性改造成为了我们的最优选择。上文中就预防新、老地基发生碰撞问题，提出来悬挑矩形转换钢梁的办法，充分的发挥了钢构件高强轻质的优点。根据旧建筑室内施工条件不足的限值，改建过程中必须将设计、施工和工艺紧密联系起来，制定有效的施工顺序，降低作业过程中产生的附加荷载的影响。根据对本建筑结构改造工程的解析，希望能够为今后大空间隔层改造提供宝贵经验。

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Reconstruction Design and Key Technological Analysis of the Spacial Interlayer in the Building

LI Jin-ling

537000,

With the development of building technology and materials, more and more old buildings in China need to be transformed to meet the increasing demands of life.In this paper for the regional planning exhibition hall theatre in Guangxi as an example, the original large space stage interlayer renovation, the key to explore the technical measures of design, construction, including the inside of the building construction method, increasing the layer in the design of structure safety, the processing technology of the steel structures, and ensure the structure bearing capacity and seismic performance as a whole.

Old architectural reconstruction; design; construction

TU746.3

A

1000-2324(2021)02-0334-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2021.02.032

2019-12-14

2020-02-26

2020民族地区文化建设与社会治理研究中心课题:北部湾城市群城市空间生态文化研究(2020YJJD0015);广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2020KY14030;2020KY14029);

李金玲(1981-),女,硕士,讲师,主要研究方向:艺术设计，建筑环境设计，空间营造等. E-mail:jingling4001@163.com