芻議在既有建筑改造中鋼格構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

李成名

【摘要】本文圍繞鋼格構(gòu)框架結(jié)構(gòu)在既有建筑改造中的應(yīng)用展開(kāi)討論，結(jié)合某地區(qū)既有改造項(xiàng)目，通過(guò)應(yīng)用鋼格構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用時(shí)制定完善的改造方案，并在方案內(nèi)詳細(xì)標(biāo)注結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以便提高既有建筑改造質(zhì)量，為應(yīng)用鋼格構(gòu)框架結(jié)構(gòu)改造既有建筑提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】既有建筑;鋼格構(gòu)框架;建筑改造;應(yīng)用

鋼格構(gòu)框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛，主要應(yīng)用在既有改造建筑中，利用鋼格構(gòu)框架，可以提升既有建筑的支撐能力，改造過(guò)程較為簡(jiǎn)單，改造成本較低，并且可以提升既有建筑的抗震能力。因此，本文將重點(diǎn)針對(duì)鋼格構(gòu)架結(jié)構(gòu)在既有建筑改造中的應(yīng)用展開(kāi)分析。

1、工程概況

以某地區(qū)文化小鎮(zhèn)藝術(shù)中心項(xiàng)目為例，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行既有項(xiàng)目改造。該項(xiàng)目為2層建筑，2層使用混凝土框架作為結(jié)構(gòu)，1層為磚混結(jié)構(gòu)。對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行改造，保證原有的層數(shù)不發(fā)生改變，建筑總面積為2600平方米。該項(xiàng)目所處地區(qū)情況如下：首先，抗震設(shè)防烈度為6度;其次，基本地震加速度為0.05g;第三，既有項(xiàng)目抗震設(shè)防為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防;第四，地區(qū)基本風(fēng)壓為每平方米0.45kN;第五，地面粗糙度為B類;第六，基本雪壓為每平方米0.40kN。

2、改造方案

由于該建筑建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重的老化情況，已經(jīng)無(wú)法滿足日常的工作需要。對(duì)既有建筑進(jìn)行改造時(shí)，需要制定改造方案，在改造方案內(nèi)要求建筑的原有風(fēng)貌不發(fā)生改變，只需拆除結(jié)構(gòu)中樓板、填充墻等構(gòu)件，盡量保留框架柱和梁。拆除結(jié)構(gòu)中的樓板和填充墻，主要是樓板和填充墻只能承受自重，無(wú)法承載結(jié)構(gòu)的荷載，為提升結(jié)構(gòu)的荷載能力，在結(jié)構(gòu)中設(shè)置全新的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中包含框架柱、梁等構(gòu)件，從而形成鋼格構(gòu)框架結(jié)構(gòu)。

對(duì)該既有建筑進(jìn)行改造時(shí)，由于施工環(huán)境受到較多的限制，并且在改造時(shí)間較短，為提升改造質(zhì)量，在內(nèi)部架設(shè)雙鋼格構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)內(nèi)組建成壓型鋼板和混凝土面層，一方面減少模板的使用，支模和拆模等工序減少，可以提升施工速度，另一方面在原有的混凝土柱結(jié)構(gòu)相鄰位置，通過(guò)設(shè)置鋼柱，可以提高建筑內(nèi)部空間的利用率。

在既有建筑內(nèi)進(jìn)行框架改造，需要在有限的空間內(nèi)完成設(shè)備管線的穿梁施工的同時(shí)，還應(yīng)保證建筑的凈高滿足使用需求，在架設(shè)鋼柱和鋼梁過(guò)程中，采用格構(gòu)柱和格構(gòu)梁，既能使設(shè)備管線穿梁施工在足夠的空間內(nèi)進(jìn)行，還能提升框架結(jié)構(gòu)整體的承載能力。

在該項(xiàng)目中使用的格構(gòu)柱和格構(gòu)梁，形狀均為矩形，并且使用的肢件，均由四個(gè)不等邊角鋼制作。連接肢間的構(gòu)件，是由橫向綴條和斜向綴條組成，以此共同組建成框架結(jié)構(gòu)。在使用格構(gòu)柱作為結(jié)構(gòu)的支撐柱體時(shí)，一般選用規(guī)格為740×250毫米的格構(gòu)柱，肢件規(guī)格為140×90×10毫米，綴條規(guī)格為90×90×10毫米，肢件和綴條均由角鋼組成。格構(gòu)梁的規(guī)格為740×730毫米，肢件規(guī)格為125×125×12毫米，綴條規(guī)格為140×90×10毫米，肢件和綴條均由角鋼組成。

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1整體模型計(jì)算

在既有建筑內(nèi)使用格構(gòu)柱和格構(gòu)梁，格構(gòu)柱和格構(gòu)梁是由多個(gè)桿件組成，為獲得桿件準(zhǔn)確的承載能力，采用有限元軟件SAP2000進(jìn)行計(jì)算，在該軟件內(nèi)構(gòu)建結(jié)構(gòu)的模擬圖形，在圖形內(nèi)計(jì)算模型的受力情況。計(jì)算的主要參數(shù)如下，包括T1、T2、Tt、X向有效質(zhì)量系數(shù)、Y向有效質(zhì)量系數(shù)、X向最大層間位移角、Y向最大層間位移角、X向底部總剪力、Y向底部總剪力以及建筑總重量，上述參數(shù)的計(jì)算結(jié)構(gòu)如下，T1=1.18s、T2=1.02s、Tt=1.02s、X向有效質(zhì)量系數(shù)為94.39%、Y向有效質(zhì)量系數(shù)為99.10%、X向最大層間位移角為1/538、Y向最大層間位移角為1/258、X向底部總剪力為553.42kN、Y向底部總剪力為423.06kN以及建筑總重量為15906.74kN。

通過(guò)整體模型計(jì)算，上述結(jié)構(gòu)參數(shù)符合建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。此外在整體模型計(jì)算過(guò)程中，建立PKPM模塊，對(duì)格構(gòu)柱、格構(gòu)梁等桿件的強(qiáng)度、變形等產(chǎn)生的模量進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與上述結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，兩組數(shù)據(jù)未出現(xiàn)較大的差異。

3.2格構(gòu)梁綴條的布置形式

使建筑內(nèi)部的凈高保持原有的狀態(tài)，采用格構(gòu)梁綴條的布置形式，有利于設(shè)備管線順利穿過(guò)結(jié)構(gòu)中的空格，設(shè)備管線包括水管管線、電纜管線等。但是應(yīng)為暖通管線設(shè)置更大的空間，在管線穿過(guò)的區(qū)域，應(yīng)調(diào)整豎向和斜向綴條的布置方式，使管線可以穿過(guò)綴條。通過(guò)調(diào)整綴條的布置方式，采用格構(gòu)梁桿件布置方法，要求在桿件的布置區(qū)域內(nèi)，需要減少斜向綴條的使用數(shù)量，使格構(gòu)梁內(nèi)產(chǎn)生較小的剪力。如果使用到寬度較大的管線，可以擴(kuò)大豎向綴條間距。通過(guò)上述布置形式，一方面擴(kuò)大管線穿過(guò)的空間，另一方面提升豎向綴條的受力能力。此外減少豎向綴條的受力，可以將X形綴條放置在空腹節(jié)段的頂面和底面，最終形成三維受力體系。

3.3格構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)

在整個(gè)格構(gòu)框架中，格構(gòu)梁和格構(gòu)柱的連接位置，是承載軸力、彎矩以及剪力的連接點(diǎn)。軸力、彎矩以及剪力均來(lái)自結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)會(huì)將上述應(yīng)力作用在格構(gòu)梁和格構(gòu)柱上，所以提升連接點(diǎn)的承載應(yīng)力能力，可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

根據(jù)既有建筑產(chǎn)生的應(yīng)力情況，采用2種方案加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的承載能力：方案一，將鋼板設(shè)置在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的六個(gè)面上，使節(jié)點(diǎn)形成實(shí)腹結(jié)構(gòu)，在實(shí)腹結(jié)構(gòu)的支撐下，可以提升結(jié)構(gòu)的承載能力;方案二，將X形綴條安裝在節(jié)點(diǎn)的六個(gè)面上，可以進(jìn)一步提升節(jié)點(diǎn)的承載能力，并且使結(jié)構(gòu)剛度整體水平不斷增強(qiáng)。通過(guò)對(duì)比施工速度、成本以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，最終選用方案二加強(qiáng)格構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的承載能力。

3.4樓板對(duì)格構(gòu)梁剛度的影響

樓板對(duì)格構(gòu)梁剛度的影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，采用混凝土樓板和鋼梁組合形式，會(huì)影響到鋼梁的剛度，并且鋼梁與混凝土樓板無(wú)法進(jìn)行一次性澆筑，一旦受到應(yīng)力的作用，會(huì)使鋼梁與樓板發(fā)生相對(duì)位移，從而影響到混凝土樓板的質(zhì)量;其次，使用栓釘連接鋼梁和樓板，利用栓釘?shù)募羟袆偠龋梢苑乐箻前搴弯摿撼霈F(xiàn)變形情況，避免樓板和鋼梁出現(xiàn)不穩(wěn)定等質(zhì)量問(wèn)題。

在鋼格構(gòu)梁使用過(guò)程中，充分考慮鋼格構(gòu)剛度，采用包絡(luò)設(shè)計(jì)方法，準(zhǔn)確計(jì)算出鋼格構(gòu)梁構(gòu)件的承載能力，掌握鋼格構(gòu)梁的實(shí)際承載能力，可以減少結(jié)構(gòu)應(yīng)力對(duì)混凝土樓板的影響。在計(jì)算時(shí)，還應(yīng)掌握混凝土樓板對(duì)鋼格構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力情況，將應(yīng)力控制在合理的范圍內(nèi)，防止鋼格構(gòu)梁和柱的剛度出現(xiàn)問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，在既有建筑改造過(guò)程中，采用鋼格構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，可以保證既有結(jié)構(gòu)的樣式不發(fā)生改變，并且滿足既有建筑的使用需求。此外應(yīng)合理布置格構(gòu)梁空間，使用的綴條可以為管線的布置提供更加充裕的空間。在格構(gòu)梁和格構(gòu)柱的連接位置，將X形綴條設(shè)置在連接位置，可以提升連接點(diǎn)的承載能力，使格構(gòu)梁和格構(gòu)柱連接更加穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉青，趙靜，趙科科，等.上海市老舊小區(qū)綜合改造體制機(jī)制和實(shí)施策略研究[J].城市住宅，2020，27（3）：74-77.

[2]王偉莉，孟濱，何艷林，等.BIM技術(shù)在民宿建筑改造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].城市住宅，2020，27（3）：97-99.

[3]李新宇，郭燦.城市老舊小區(qū)環(huán)境改造升級(jí)研究與實(shí)踐——以安徽省宿州市南環(huán)小區(qū)為例[J].城市住宅，2020，27（3）：78-80.