混凝土框架的改扩建结构设计及施工

2022-09-10

房屋扩建不同于新建, 其结构设计的核心是新旧房屋的连接问题。这在理论上有完全断开与连成整体2种方式:完全断开方式受力明确, 可自由沉降, 但由于新扩建部分面积往往不大, 平面尺寸有限, 大部分属高宽比较大结构物, 房屋抗侧移刚度一侧很小, 只宜在风荷载较小且不作抗震设防的地区采用;另外, 设缝也增加了建筑处理难度及造价, 基础要采用悬挑方式也较麻烦, 故实际采用不多。目前常采用的是连成一体, 共同工作, 从而避免了完全断开时产生的种种问题。不过, 这种方法一定要保证结构连接紧密, 基础不出现过大的不均匀沉降。下面, 结合某一扩建工程实例, 具体研究其结构设计。

1 工程概况

某建筑原为单层钢筋混凝土框架结构, 四坡屋面。后拟在建筑东侧扩建一建筑, 用作餐厅。餐厅面积为14.900×31.770=473.373m2。仍采用钢筋混凝土框架结构, 一层顶板面标高4.600m, 坡屋面终点高度7.100m, 丙类建筑, 安全等级为二级, 设计使用年限50年。

2 结构设计上主要措施

本扩建工程中的特殊结构设计问题是如何处理好新旧房屋的沉降差、新旧结构的连接可靠、协同受力, 为此采取以下主要措施。

2.1 地基基础加固

原建筑采用柱下独基, 基础底标高为-2.600m, 下设CIO素砼垫层, 地基基础加固。为使新旧基础变形协调, 新建筑采取与原建筑相同基础形式, 并在浇筑扩建部分基础时, 先将原基础部分凿毛, 钢筋伸人原基础, 用清水冲净, 再一起整浇, 从而使新旧基础连成一体, 共同工作。

2.2 新旧建筑连接

2.2.1 新旧墙体连接

在房屋扩建改造中, 新旧建筑连接是一项关键技术。由于旧建筑沉降较慢或已中止沉降, 而新建筑初始沉降较大, 为减少新旧建筑沉降差, 设计上宜在新旧建筑相连处设置沉降缝。但建设方从使用功能上考虑, 希望不设沉降缝, 而是新旧墙体直接连接。此时新墙体的墙端构造柱与旧墙的连接可采用钢筋混凝土键销法、钢筋拉结法、压浆锚杆法和膨胀螺栓连接法等。

(1) 键销尺寸一般为240mm×240m×480mm, 纵向配筋4Ф8, 箍筋Ф6@150键销间距约1mm。该法对墙体破坏较大施工质量难以保证。

(2) 钢筋拉结法即用钢筋穿过墙上的钻孔, 将旧墙体与新墙端构造柱拉结。该法由于钻孔不便, 在施工中不易把钢筋拉牢且易将钢筋拉脱, 室内作业较多。

(3) 膨胀螺栓连接法是将膨胀螺栓直接锚固于钻孔内, 外面螺帽焊上钢筋伸人构造柱。膨胀螺栓与砌体间有较好的锚固能力如M10×100膨胀螺栓, 嵌入砖中72mm, 其极限抗拉力为7.4kN (砖破碎) , 该法使用电锤打孔, 施工方便, 对建筑物损坏少, 施工速度快, 是一种较好的方法, 见图1。

2.2.2 屋面连接

本工程原建筑为坡屋面结构, (6) 轴后新建建筑亦为坡屋面结构, 新旧建筑屋面同高。 (5) ~ (6) 轴间采用平顶屋面, 且屋面高度较原建筑低1400mm, 为降低沉降造成的影响, (5) ~ (6) 轴间采用预制板, 而不是现浇; (6) 轴后的屋面板均采用现浇形式。

2.3 坡屋面设计

2.3.1 结构方案

坡屋面是典型的三维空间结构, 在结构计算上有不同于平屋面的要求。目前坡屋面的做法一般有两种, 一是顶部直接做成斜板, 该斜板兼作屋面板;二是先做一层水平板做屋面板, 倾斜部分按照屋面造型做。这两种方案, 前者结构造价相对低, 但屋面保温、隔热及防水做法较为麻烦;后一种结构造价相对较高, 但屋面防水、保温隔热便于施工。本扩建工程采用第一种结构方案, 即顶部直接做成斜板, 该斜板兼做屋面板。在斜坡的最低点处设置水平框架梁, 然后采用梁托小柱支承倾斜部分。从而保证在餐厅中部不出现柱子, 增大餐厅使用空间。

2.3.2 结构计算模型

(1) 模型简化

坡屋面模型简化一般采取将坡屋面拉平或将坡屋面作为荷载加到下一层两种方法。这里, 我们采用将坡屋面拉平设计的方法, 顶层层高取顶层倾斜屋面顶点高度的2/3作为该层的结构高度。当然, 在PKPM系列软件中, 对坡屋面可以通过定义节点高度、梁的左右节点标高、层间斜撑等来完成倾斜构件、楼层的定义, 从而建出与工程实际一致的结构模型来。

(2) 板荷载输入

将坡屋面拉平设计一定不要直接输入沿斜向板长每延一米的屋面恒载 (包括防水层、找平层、保温层、结构板自重、板底抹灰、吊顶等) 和活载标准值, 这样将导致程序算出来的倾斜构件的配筋结果偏小, 给结构带来隐患。这是因为PKPM系列软件提供的荷载类型中仅有倾斜构件沿水平或垂直方向的分布集度简图, 而没有沿倾斜构件斜长方向的荷载分布 (单位面积、单位长度内的荷载) 。因此, 我们在荷载输入时应注意除以斜板夹角的余弦 (推导过程略) , 即:q=q`/cosa, 其中, q为倾斜构件 (板等) 输入荷载;q`为沿斜向板长每延一米的屋面恒载或活载;a为斜板的倾角。由公式可见, 若直接按沿斜向板长每延1m的屋面恒载或活载q`, 荷载值明显偏小, 若斜板倾角a=45, 则荷载偏小40%。