增層改建工程結構設計

顧旖萍

1 工程概況

某市一兩層商業建筑，建于1995年，結構體系為框架結構，標準軸網尺寸為7.2 m×7.2 m，建筑總長約86 m，寬約22 m，西側緊鄰一幢高層建筑，其間采用抗震縫斷開?，F因業主需求，對其改造增層為4層，原下部兩層功能不變，新建兩層部分主要功能為商業、餐飲、會議;同時新增屋頂考慮設置花臺、苗圃等綠化設施，且為了增加綠化景觀，屋頂需采用坡屋面，高低起伏每跨不等，單跨內最大高差為1.0 m。本工程結構抗震設防類別為丙類，場地抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為 0.10g，場地類別為Ⅲ類，設計地震分組為第一組，特征周期取0.45 s。場地內各土層自上而下的分布情況和各土層巖土參數見表1。

表1 場地內各土層工程地質參數

2 上部結構設計

綜合考慮結構可靠度、經濟性、可行性等各方面的因素，將新增結構的設計使用年限定為50年，相應的荷載作用也按照50年設計基準期的荷載值來取用，同時需加強對老結構的定期檢測[1]。

由于本結構長寬比較大，呈條形，平面局部不規則，且屋頂坡屋面起伏較大，由于頂層綠化的分區布置，重力荷載差異較大，因此在進行整體計算時，發現結構在常規布置下扭轉效應明顯，周期比和位移比均超限。通過計算，在無需對老結構進行大改的同時，各項指標均能控制在合理范圍內。但是本結構屬于少量剪力墻的框架結構，對框架結構應分步計算，即按純框架結構(去除剪力墻)、框架—剪力墻結構計算，采用包絡設計的原則，框架的抗震等級按框架結構確定[2]。結構整體計算參數見表2。

表2 結構整體計算結果參數對比

新增兩層結構需將原框柱接高，設計中采用植筋的方式將增層框柱的鋼筋從上部植入，具體構造見圖1，剪力墻與框柱、框梁的連接構造見圖2，圖3。

3 基礎設計

原結構基礎形式為鋼筋混凝土柱下獨基，埋深1.5 m，中柱基礎尺寸為2.8 m×2.8 m。本工程整體增加兩層，柱底荷載標準值增加一倍以上，約為7.2×7.2×35=1 820 kN，基礎加固托換可采取擴大基礎底面積、樹根樁、錨桿靜壓樁等方式。但是對于本工程若采用增加基礎面積的方式，中柱基礎尺寸需加大為4.0 m×4.0 m(考慮建筑使用 15年，地基承載力增大約10%)，已大于柱跨的1/2。因此即便是將整個獨基加大為筏板，也需在局部設置承壓樁。若采用樹根樁，不但需要在底層設置泥漿池，對環境造成較大的破壞，并且相同土層鉆孔灌注樁的極限端阻力小于預制樁，因此在同等條件下，錨桿靜壓樁的單樁承載力較樹根樁要高，樁數要少。綜合比較，本工程基礎托換采用錨桿靜壓樁?；A加固托換方式比選見表3。

表3 基礎加固托換方式比選

擬加設方樁邊長為250 mm，樁長為10 m，持力層為④粗砂。根據現場土層巖土參數，可得單樁承載力特征值Ra=300 kN，壓樁力取為390 kN。具體施工時按照樁長和壓樁力雙控的原則，其中以控制壓樁力為主，控制樁長為輔[3]。

考慮樁承擔原結構20%的荷載，并完全承擔新增兩層所產生的荷載，通過計算，中柱下需設置8根樁。由于樁反力的作用勢必增大柱基的截面彎矩，因此采用在基礎頂面設置肋梁加固，肋梁鋼筋植入基礎或框柱，并在交接界面設置抗剪鍵，并采用C35細石補償收縮混凝土澆筑。樁位布置見圖4，基礎肋梁構造見圖5。

4 結語

1)在既有建筑增層改造的設計過程中，應根據原結構的檢測鑒定結果，合理確定新增結構的設計使用年限和荷載作用，并采取合理措施，以使新老結構的安全可靠度處于同一水準之上。2)對于平面體型較不規則的框架結構，可在短邊邊榀局部設置厚度較薄的剪力墻，可有效的控制結構的扭轉效應。同時在增層改造的建筑中，可大大減少對原結構的加固量，在一定程度上提升工程的經濟性。但結構體系仍然屬于框架結構，框架的抗震等級按框架結構確定，并按純框架結構(去除剪力墻)、框架—剪力墻結構分別計算，取包絡值進行框架結構設計。3)基礎加固托換的方案選取，應因地制宜，結合當地習慣、工程特點、經濟性等因數合理判別。由于本工程增層荷載較大，加大基礎面積方案加固量太大，同時同等條件下預制樁較鉆孔樁承載力高，且對環境的保護更為有利，因此最終采用錨桿靜壓樁方案。4)本工程從開工到竣工使用，建筑沉降觀測顯示，柱基最大沉降量不足 30 mm，相鄰柱基的沉降差更是小于10 mm，并已趨于穩定，說明本基礎加固方案安全合理。

[1] 范 波，張 勝，魏 宇，等.2010年上海世博村E地塊改擴建工程結構設計[J].建筑結構，2007，39(12):13-65.

[2] 朱炳寅.對配置少量剪力墻的框架結構的理解與設計建議[M].北京:《建筑結構》技術通訊，2007.

[3] GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S].

[4] 何惟雄.框架結構強柱弱梁分析及設計改進建議[J].山西建筑，2009，35(9):93-94.