某框架支撐結構拆除斜撐改造設計

徐海波

（中國建筑技術集團有限公司，北京 100013）

1 結構現狀和概況

北京市某售樓處建造于2004年，地下一層，地上兩層，房屋總建筑面積5100m2。按北京市抗震設防烈度8度設計，地震加速度為0.20g，設計地震分組為第一組，建筑場地類別為III類。房屋總長68.0m，寬25.0m、總高10.9m。層高：一層為5.4m，二層為5.5m。地下一層采用混凝土結構，地上兩層為鋼框架支撐結構，框架柱采用鋼管混凝土柱，框架梁采用鋼梁，支撐采用鋼支撐，樓屋面板為壓型鋼板混凝土組合板，基礎采用筏板基礎。

地下一層原為車庫，現功能不變；一層二層原功能為售樓處，現改為超市。由于房屋中間5-6-B-C區(qū)域附近用斜支撐作為豎向傳力構件，作為超市使用，有諸多不便。建設方決定拆除斜撐，滿足超市使用功能上的要求。

2 改造方案-轉換梁托梁去斜撐方案

在確定改造方案之前，首先對房屋現狀進行了現場調查及檢測。該樓現狀良好，未發(fā)現有結構上的明顯缺陷，房屋鋼構件及混凝土強度等級滿足原設計要求。

該建筑一層和二層在橫縱軸線相交處5-B軸、5-C軸、6-B軸及 6-C軸位置沒有結構柱，荷載通過5-6-B-C區(qū)域外圍四根鋼梁傳遞給斜撐，斜向支撐再向下傳遞（具體見圖1和圖2和圖4），在地下一層頂，各支撐匯聚于一點，即橫縱軸線相交處（具體見圖4），將上部結構荷載傳遞給地下一層的框架柱，傳力途徑較為復雜。拆除斜撐后，上述四根鋼梁荷載無法向下傳遞，因此須沿5-A-D軸，6-A-D軸，4-7-B軸及4-7-C軸，增加轉換梁，承擔次梁傳來荷載，同時在一層和二層5-B軸、5-C軸、 6-B軸及 6-C軸位置，增加框架柱，與轉換鋼梁連接（具體見圖3），轉換梁將荷載傳給新增框架柱，框架柱將荷載傳遞給地下一層柱，再傳給基礎。

圖1 一層結構平面圖

圖2 二層結構平面圖

圖3 一層和二層改造方案

圖4 支撐立面圖（1-1）

改造后，原結構傳力途徑改變，結構需進行抗震驗算。主要包含以下兩個方面內容。a、對整體結構進行抗震變形驗算，如不滿足要求，需增大結構抗側剛度；b、對所有梁柱構件進行抗震承載力驗算，如不滿足要求，需進行加固；

3 改造后結構抗震驗算

按照上述方案拆除斜撐后，該結構體系變?yōu)榭蚣芙Y構。由于框架柱為鋼管混凝土柱，結構的彈性層間位移角按混凝土結構限值1/550考慮；從表2可以看出純框架結構不滿足抗震變形要求，需增大結構抗側剛度。加大框架柱截面或增加鋼支撐，均可提高結構的抗側剛度及。但加大柱截面尺寸，需對多根框架柱進行加固，焊接量較大，易對原結構柱造成損傷。增加支撐則抗震效果明顯且工程量較小，又能減少對原結構的破壞，較為合適。

新增主要構件尺寸見下表。

表1 構件尺寸

根據建筑結構荷載規(guī)范，原設計活荷載按展覽廳取值，本次改造設計按商場取值，兩者取值沒有變化，均為3.5kN/m2?？拐鹪O防烈度按8度（0.2g），場地類別為III類，根據中國建筑科學研究院PKPM軟件計算結果，框架柱抗震承載力均滿足要求，部分次梁，主要是原來與斜支撐相連的鋼梁承載力與變形均不滿足要求。框架結構的層間位移角見下表。

表2 改造后未加支撐結構層間彈性變形及層間位移角

結合建筑使用功能，在建筑兩端1-B-C、10-B-C、2-3-A、2-3-D、8-9-A、8-9-D位置各加一道支撐。根據抗震規(guī)范，為保證結構中部區(qū)域的抗震承載力，鋼支撐間距不應超過40米，故需在建筑中部樓梯間7-B-C位置加一道支撐。新的框架支撐結構彈性層間位移角限值見表3。

表3 改造后加支撐結構層間彈性變形及層間位移角

原承載力不滿足的鋼梁，在其下方貼焊200x200x8x13T型鋼，經過驗算，承載力和變形均滿足要求。

4 改造前后兩種結構形式比較

該建筑原有功能為售樓處，建筑中間位置4-5-B-C附近區(qū)域為售樓處樣板間，基于裝修造型需要，其墻體需做成斜墻，原結構斜撐即作為斜墻的骨架，斜撐既承擔豎向荷載，也承擔水平地震作用，斜撐未與主梁和柱直接連接，而是與次梁直接連接，不能與框架柱和框架梁協(xié)同受力，成為結構的薄弱處。地震發(fā)生后，斜撐首先會被破壞，由于此處沒有框架柱，會帶來很大安全隱患。改造后的框架支撐結構，整齊規(guī)則，結構傳力途徑簡單明確，框架柱與框架梁組成雙向完整結構體系，作為整體共同受力，提高了結構的安全度；新增支撐布置在結構周圍，提高了結構的整體抗側剛度。在樓層中間位置樓梯間處布置支撐，既提高了樓梯間的安全度，也確保了建筑中部的抗震承載力，使整體結構無薄弱處。此外新增支撐僅承擔水平地震作用，不承擔豎向荷載，功能更加合理，安全儲備也得到提高。

5 施工要求

對抗震加固及改造工程施工，應嚴格控制施工質量以保證新舊結構共同工作，對本工程的施工，因鋼結構焊接量較大，焊縫質量必須嚴格滿足規(guī)范要求，嚴禁對原結構構件造成損傷。具體施工順序如下：

a應先按設計要求增加鋼柱和鋼梁，按圖紙加固鋼梁；b拆除二層支撐，仔細監(jiān)測鋼梁及樓板的變形，觀測三日無變形后，進行下步工作；

c拆除一層支撐；仔細監(jiān)測鋼梁及樓板的變形，觀測三日無變形后，拆除完成；

d改造完成后，監(jiān)測一月左右，沒有變形后方可進行建筑裝修。

6 結語

在房屋改造設計中，加固改造方案的確定對結構影響至關重要，而抗震措施也應予以充分重視。在最大限度滿足建筑使用功能的前提下，本著“安全可靠、經濟合理、施工簡便”的原則，結合工程具體情況，制定可靠易行的結構方案和構造措施。

本工程自改造完成并投入使用至今已數年，所有構件在新荷載作用下工作狀態(tài)正常。實踐證明，加固合理有效，達到設計預期效果。

[1] GB50011—2010 建筑抗震設計規(guī)范[S].

[2] 鐘善桐：鋼管混凝土結構[M].3版.北京：清華大學出版社，2004.

[3] GB50009—2012 建筑結構荷載設計規(guī)范. [S].

[4] GB50017—2003 鋼結構設計規(guī)范[S].

[5] JGJ116-2009 建筑抗震加固技術規(guī)程[S].