鋼結(jié)構(gòu)在既有建筑室內(nèi)增層改造中的應(yīng)用

邱明華 中鐵建安工程設(shè)計(jì)院有限公司建筑設(shè)計(jì)師，工程師

建筑的室內(nèi)增層改造工作需要實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用。只有對(duì)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用效果和相關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行分析，并制定符合實(shí)際情況的改進(jìn)策略，才能確保建筑室內(nèi)增層改造工作順利開展。因此，很多建筑行業(yè)的工作人員開始關(guān)注鋼結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用。

1 既有建筑室內(nèi)增層改造的主要類型

一些增層結(jié)構(gòu)的建設(shè)具備很高的獨(dú)立性，建筑的原結(jié)構(gòu)與增層結(jié)構(gòu)按照相互脫離的方式存在，其受力狀況并不會(huì)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。此種結(jié)構(gòu)在應(yīng)用的過程中，可以使原有建筑獲得更高水平的保護(hù)，并為建筑結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新及改造技術(shù)的應(yīng)用提供更加理想的基礎(chǔ)條件。由于舊建筑的改造需求較為迫切，如果建筑的原有材料不具備足夠的強(qiáng)度，則很有可能遭到淘汰。如果建筑的舊有結(jié)構(gòu)承載力不足，其增層的獨(dú)立性優(yōu)勢(shì)會(huì)體現(xiàn)出來。在增層結(jié)構(gòu)獨(dú)立的情況下，建筑的抗震性能會(huì)被削減，因此，對(duì)建筑抗震要求較高的建筑不宜采用此種改造方式。

部分增層改造工程依托原有的建筑結(jié)構(gòu)，建筑原有的豎向承重部件在此過程中承擔(dān)了大量的載荷，此種結(jié)構(gòu)類型可以使建筑原有的空間得到更大程度的維護(hù)，建筑原有的承重體系會(huì)在這一過程中發(fā)生變化，建筑結(jié)構(gòu)的承載力可以得到明確，相應(yīng)的造價(jià)控制方案將得到進(jìn)一步細(xì)化。在建筑對(duì)于增層改造后的空間容積要求較高的情況下，可以通過調(diào)整柱網(wǎng)跨度實(shí)現(xiàn)建筑承載力的改良，為增層改造提供幫助。一些增層改造技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于建筑的原結(jié)構(gòu)具有較高的依賴性，建筑的原有結(jié)構(gòu)會(huì)在增層改造的過程中承擔(dān)更多的荷載，建筑的原有結(jié)構(gòu)空間會(huì)得到完整保留。

2 鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用在既有建筑室內(nèi)增層改造中存在的問題

2.1 現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)的設(shè)置水平較差

現(xiàn)場(chǎng)載荷實(shí)驗(yàn)的合理設(shè)置是保證鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需求得到明確的基礎(chǔ)。但是，一些現(xiàn)場(chǎng)載荷實(shí)驗(yàn)的設(shè)置缺乏對(duì)新增鋼加層情況的關(guān)注，在處理樓面板載荷實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)工作的過程中，缺乏對(duì)持續(xù)荷載的關(guān)注，導(dǎo)致加固點(diǎn)異常現(xiàn)象的處置需求難以得到滿足，也使得鋼加層的結(jié)構(gòu)性能無法得到有效的判斷。在制訂現(xiàn)場(chǎng)荷載實(shí)驗(yàn)方案的過程中，缺乏對(duì)樓面荷載情況的有效分析，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值不具有合理性，難以為承載力極限狀態(tài)的價(jià)值認(rèn)定提供精準(zhǔn)支持，也使得室內(nèi)增層改造方案的設(shè)計(jì)難以在固定的標(biāo)準(zhǔn)下實(shí)現(xiàn)合理應(yīng)用。一些現(xiàn)場(chǎng)荷載實(shí)驗(yàn)由于沒有及時(shí)創(chuàng)新加載方法，導(dǎo)致無法合理設(shè)置不同層級(jí)的加載值。

2.2 超聲波探測(cè)焊縫技術(shù)不夠成熟

超聲波探測(cè)焊縫技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)的銜接過程中發(fā)揮著重要的作用。但是，一些建筑增層改造技術(shù)在應(yīng)用前期，缺乏對(duì)全熔透焊縫情況的有效總結(jié)，未能結(jié)合橫向應(yīng)力的特點(diǎn)制訂加勁方案，導(dǎo)致不同方向的錨板設(shè)置方案無法得到調(diào)整優(yōu)化。一些超聲波探測(cè)焊縫技術(shù)的應(yīng)用缺乏對(duì)放大鏡裝置應(yīng)用情況的關(guān)注，在探測(cè)方案設(shè)置過程中，缺乏對(duì)焊縫質(zhì)量情況的準(zhǔn)確估測(cè)，導(dǎo)致焊縫的外觀質(zhì)量無法得到更加有效的維護(hù)，也使得焊接技術(shù)的裂紋和咬邊等問題難以得到控制。一些超聲波探測(cè)焊縫技術(shù)的應(yīng)用缺乏對(duì)焊渣清除程度的重視，導(dǎo)致超聲波探傷技術(shù)的應(yīng)用難以為鋼結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量應(yīng)用提供技術(shù)支持。

2.3 增層改造設(shè)計(jì)方案缺乏科學(xué)性

部分增層改造技術(shù)方案在設(shè)計(jì)過程中，雖然對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用具有一定的了解，但缺乏對(duì)平面布置圖構(gòu)成情況的充分考察，沒有結(jié)合結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的布置特點(diǎn)設(shè)置框架柱的尺寸，導(dǎo)致增層改造空間難以在鋼梁的有效錨固下提升建筑的穩(wěn)定性，也使好的鋼結(jié)構(gòu)無法與混凝土柱體實(shí)現(xiàn)有效的連接。在設(shè)置底層梁柱凈高度的過程中，部分增層改造方案的設(shè)計(jì)對(duì)于梁柱頂部的標(biāo)高情況缺乏精準(zhǔn)的考察，導(dǎo)致鋼梁結(jié)構(gòu)與柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)的結(jié)合無法具備較高的精準(zhǔn)性，也使得增層改造的設(shè)計(jì)方案難以得到優(yōu)化。在應(yīng)用增層改造技術(shù)的過程中，由于對(duì)于混凝土梁柱的節(jié)點(diǎn)情況缺乏必要的價(jià)值考察，導(dǎo)致高壓灌注結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用價(jià)值無法得到充分開發(fā)，也使得錨板和混凝土之間的阻力難以得到更加有效的控制。

2.4 增層結(jié)構(gòu)形式缺乏有效創(chuàng)新

結(jié)構(gòu)形式是影響建筑增層改造質(zhì)量的重要因素。但是，一些增層結(jié)構(gòu)形式在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的特征調(diào)查總結(jié)存在不足，未能實(shí)現(xiàn)對(duì)原有建筑結(jié)構(gòu)價(jià)值的精準(zhǔn)估測(cè)，在進(jìn)行建筑載荷分析過程中，對(duì)于現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新價(jià)值缺乏必要的了解，無法在滿足建筑內(nèi)部空間需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)增層結(jié)構(gòu)形式的有效優(yōu)化。在一些建筑的結(jié)構(gòu)增層過程中，由于缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的分析，導(dǎo)致增層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作難以實(shí)現(xiàn)成本的有效控制。

2.5 設(shè)置的夾層結(jié)構(gòu)方案缺乏合理性

在應(yīng)用增層改造技術(shù)的過程中，雖然設(shè)置了混凝土結(jié)構(gòu)，但是對(duì)于主體結(jié)構(gòu)的部件應(yīng)用情況缺乏足夠的重視，導(dǎo)致鋼筋混凝土內(nèi)部的梁柱節(jié)點(diǎn)未能實(shí)現(xiàn)合理設(shè)置，難以在梁柱拼接形式的設(shè)計(jì)方面取得理想的成效，也使得縱筋和箍筋的布置無法具備足夠的合理性。在制訂夾層結(jié)構(gòu)方案時(shí)，由于對(duì)于梁柱節(jié)點(diǎn)的鉸接強(qiáng)度缺乏詳細(xì)考察，導(dǎo)致主體的損傷無法得到有效控制，無法為制訂夾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案提供必要保障。在制訂階層結(jié)構(gòu)方案時(shí)，由于對(duì)于主梁的跨度情況缺乏必要關(guān)注，沒有對(duì)主梁的承載力需求實(shí)現(xiàn)有效研究，導(dǎo)致裂縫和撓度控制方案無法與增層改造技術(shù)的應(yīng)用需求保持一致，無法為優(yōu)化夾層結(jié)構(gòu)方案提供必要的支持。部分夾層結(jié)構(gòu)方案對(duì)于地震狀態(tài)下的振動(dòng)幅度缺乏足夠的預(yù)測(cè)分析，沒有結(jié)合基礎(chǔ)反力的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)方案的評(píng)估，尤其對(duì)于夾層標(biāo)高的設(shè)置合理性考察分析不夠具體，難以在模板支架設(shè)置方面取得理想的成效。一些夾層結(jié)構(gòu)方案缺乏對(duì)混凝土澆筑技術(shù)應(yīng)用需求的深入分析，沒有結(jié)合施工周期情況對(duì)施工費(fèi)用的支出水平進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，導(dǎo)致大梁澆筑技術(shù)的應(yīng)用無法為混凝土的有效使用提供幫助，不利于夾層結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步改良。

3 鋼結(jié)構(gòu)在既有建筑室內(nèi)增層改造中的優(yōu)化應(yīng)用策略

中鐵建安工程設(shè)計(jì)院有限公司的科技研發(fā)綜合樓項(xiàng)目位于陜西省西安市未央?yún)^(qū)廣安路3619 號(hào)，該綜合樓的建筑面積為5670 m2，地上8 層為框架結(jié)構(gòu)，層高為10 m。為充分利用此空間，項(xiàng)目在前期規(guī)劃中考慮將此空間增加夾層，夾層下部為員工食堂，夾層上部為綜合報(bào)告廳，如圖1所示。

圖1 剖面圖

3.1 提高現(xiàn)場(chǎng)載荷實(shí)驗(yàn)的設(shè)置水平

在設(shè)計(jì)建筑室內(nèi)增層改造方案的過程中，中鐵建安工程設(shè)計(jì)院有限公司結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)載荷實(shí)驗(yàn)進(jìn)行靈活設(shè)置，根據(jù)建筑樓面板的特征制訂持續(xù)荷載技術(shù)方案，使各加固點(diǎn)的異常問題可以得到精準(zhǔn)判斷，并保證在鋼結(jié)構(gòu)的加固效果得到維護(hù)的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)載荷方案的靈活設(shè)定。在設(shè)計(jì)過程中加強(qiáng)對(duì)新增鋼加層載荷試驗(yàn)細(xì)節(jié)的關(guān)注，尤其對(duì)載荷標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行深入考察，能夠使極限狀態(tài)下的室內(nèi)增層改造方案可以得到進(jìn)一步優(yōu)化[1]。項(xiàng)目改造前的情況如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目改造前的現(xiàn)場(chǎng)情況

3.2 提升超聲波探測(cè)焊縫技術(shù)應(yīng)用成熟度

在設(shè)計(jì)增層改造技術(shù)方案的過程中，中鐵建安工程設(shè)計(jì)院有限公司將鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的應(yīng)用擺在突出地位，對(duì)全熔透焊縫的構(gòu)成特點(diǎn)進(jìn)行考察分析，并從多個(gè)方面出發(fā)探索錨板的加勁技術(shù)改良方案，能夠使焊縫的外觀識(shí)別效果更加理想，為超聲波探測(cè)焊縫技術(shù)的精準(zhǔn)使用提供幫助。提升超聲波探測(cè)焊縫技術(shù)的應(yīng)用成熟度有兩個(gè)途徑：第一，對(duì)超聲波探測(cè)的相關(guān)設(shè)備應(yīng)用細(xì)節(jié)進(jìn)行總結(jié)，根據(jù)焊縫的裂紋和咬邊現(xiàn)象，對(duì)未熔合缺陷進(jìn)行成因分析，并對(duì)相應(yīng)的焊渣進(jìn)行清除，使超聲波探測(cè)技術(shù)的精準(zhǔn)性優(yōu)勢(shì)得到凸顯[2]；第二，提高對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)等級(jí)評(píng)定情況的重視，根據(jù)建筑增層改造的總體需求制訂焊縫質(zhì)量控制方案，使鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的驗(yàn)收流程更具有規(guī)范性。項(xiàng)目改造中的現(xiàn)場(chǎng)情況如圖3 所示。

圖3 項(xiàng)目改造中的現(xiàn)場(chǎng)情況

3.3 提高增層改造設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性

在增層改造方案的設(shè)計(jì)過程中，中鐵建安工程設(shè)計(jì)院有限公司結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用情況制定平面布置圖，使鋼結(jié)構(gòu)可以與建筑原有的柱網(wǎng)實(shí)現(xiàn)有效銜接，并保證框架柱的尺寸控制的合理區(qū)間[3]。為提高增層改造設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，應(yīng)做好以下工作：第一，在使用鋼梁的過程中，結(jié)合建筑的錨固需求處理鋼梁的具體應(yīng)用措施，尤其要對(duì)梁柱下方的凈高度進(jìn)行合理分析，使組合樓板的應(yīng)用可以具備更加理想的技術(shù)條件，并在厚板厚度控制方面取得更大的進(jìn)展。第二，對(duì)柱網(wǎng)的對(duì)稱性和規(guī)則性加以考察，對(duì)混凝土柱的連接點(diǎn)特征加以研究，使化學(xué)錨栓的結(jié)構(gòu)膠可以充分發(fā)揮作用，并保證混凝土膠結(jié)技術(shù)得到成熟應(yīng)用[4]。第三，在錨板應(yīng)用的過程中，不斷總結(jié)高壓灌注技術(shù)應(yīng)用特征，并對(duì)化學(xué)錨栓的抗剪強(qiáng)度特征進(jìn)行詳細(xì)考察，以便在應(yīng)用增層改造技術(shù)的過程中，可以與增層改造的總體需求保持一致，并保證增層改造方案可以得到全面改良。項(xiàng)目改造后的現(xiàn)場(chǎng)情況如圖4 所示。

圖4 項(xiàng)目改造后的現(xiàn)場(chǎng)情況

3.4 提升增層結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新有效性

在建筑增層結(jié)構(gòu)形式的具體設(shè)計(jì)過程中，中鐵建安工程設(shè)計(jì)院有限公司針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用情況，對(duì)建筑的承重骨架狀況進(jìn)行詳細(xì)考察，并使建筑結(jié)構(gòu)可以在增層結(jié)構(gòu)形式創(chuàng)新方面發(fā)揮更大的作用，進(jìn)而滿足建筑截面的改進(jìn)需要[5]。為提升增層結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新有效性，應(yīng)針對(duì)建筑的安裝周期情況實(shí)現(xiàn)對(duì)增層結(jié)構(gòu)現(xiàn)有布置合理性的總結(jié)，并保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性得到改進(jìn)。

3.5 提高夾層結(jié)構(gòu)方案的設(shè)置合理性

在制訂增層改造方案的過程中，中鐵建安工程設(shè)計(jì)院有限公司將夾層的合理布置作為基礎(chǔ)性工作，并對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中的技術(shù)難點(diǎn)加以總結(jié)，使鋼筋的使用可以與原主體結(jié)構(gòu)的特征保持一致，進(jìn)而滿足梁內(nèi)縱筋和梁柱節(jié)點(diǎn)的對(duì)接需要。為提高夾層結(jié)構(gòu)方案的設(shè)置合理性，應(yīng)做好以下工作：第一，加強(qiáng)對(duì)縱筋以及箍筋均勻性的關(guān)注，尤其應(yīng)對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的鉸接技術(shù)應(yīng)用狀態(tài)加以分析，使植筋技術(shù)的應(yīng)用能夠與原有柱體保持一致，進(jìn)而滿足柱體損傷的規(guī)避需要；第二，加強(qiáng)對(duì)主梁跨度的重視，結(jié)合鋼筋的承載力情況對(duì)梁高以及結(jié)構(gòu)的自重進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使振動(dòng)幅度管控措施可以得到進(jìn)一步調(diào)整，為夾層標(biāo)高的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供必要的支持[6]；第三，使模板支架的設(shè)計(jì)能夠與鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需求保持一致，以此滿足夾層結(jié)構(gòu)方案的改進(jìn)需要。

4 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用會(huì)影響建筑室內(nèi)增層改造的質(zhì)量，因此在當(dāng)前的建筑室內(nèi)增層改造技術(shù)創(chuàng)新需求較為迫切的情況下，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)狀況的分析，并結(jié)合具體存在的問題制定改良策略。