屋頂花園改造項目中結構加固方案比選工作方法研究

周輝

摘 要 本文結合某醫院屋頂花園改造結構加固方案比選的工作過程，在建設單位限制改造費用的前提下，嘗試找到一種確定結構加固方案的工作方法。既有建筑改造項目的結構設計主要分方案階段和施工圖階段。本文主要關注在方案階段，綜合考慮各種條件，如建筑、景觀、現場條件、現有配筋、造價控制目標來確定結構加固方案，包含荷載選取，加固范圍和加固方法等。

關鍵詞 屋頂改造；結構加固；方案比選；成本控制

1 項目概況

通過調取本項目建筑圖結構圖紙，和兩次現場踏勘，查明本項目概況。本項目為某三甲醫院屋頂花園改造，地點為湖南省長沙市，原建筑為框架剪力墻結構，主樓15層，建筑高度58.17米，裙樓6層，高度20.37米。改造的位置為裙房屋頂，原為普通上人屋面，分別位于主樓的左右兩側的兩個區域，屋頂改造面積共1384m2。屋頂建筑面層自重為3.8kN/m2（不含結構自重），設計活荷載2.0kN/m2。本工程原設計出圖時間為2006年3月，工程竣工時間為2010年。裙房屋頂下為層高2.7m的設備夾層，設備夾層內主要為手術室凈化空調設備。裙房屋頂梁板的下部不允許加固施工，設置梁板支撐系統也會受到限制。建設單位要求結構改造費用限制為80萬元。

2 結構根據項目基本情況提出兩個基本方案

方案一為對原屋面結構梁板進行核算，對不能滿足要求的位置加固處理，具體如下：①拆除原屋面上表面建筑面層等至結構梁板；②原結構板上表面做疊合層，原結構梁經核算不足處加固；③重新設置建筑面層；④屋頂花園種植和鋪裝。

方案二為原屋面保持不變，新增結構梁板作為新的屋面層；①原屋面上表面僅結構柱頂范圍拆除建筑面層至結構柱頂；②以原砼柱作為支座，新增鋼梁和鋼筋桁架疊合板；③重新設置建筑面層；④屋頂花園種植和鋪裝。

3 結構初步的計算分析

結構根據景觀平面布置，初步確定荷載大小和位置，并提供給鑒定單位對原結構進行可靠性鑒定。鑒定單位初步確定按以上兩種方案增加荷載后原結構柱都能滿足要求，所以，本文的討論主要圍繞屋頂梁板加固方案的比選。

按照以上兩個基本方案分別進行了計算分析，按照方案一對原結構配筋核算，對不滿足要求的梁板初步確定加固方式。板配筋不足處采用上表面增加疊合層，對僅梁頂配筋不足處采用梁頂粘鋼加固，對梁底配筋不足的采用在梁頂增大截面的方法。按此方案初步確定了具體加固工程量，計算得出結構加固費用為127萬。按照方案二進行了鋼梁和鋼筋桁架疊合板的初步計算，得出方案二的結構改造費用為153萬。方案一的優點是造價較低；缺點是梁加固施工需要在底面設置支撐進行卸載，施工非常困難；因梁板僅考慮加固上表面，提高承載力有限，所以需要限制荷載，采用輕質材料，減少種植范圍。方案二的優點是施工期間對現使用影響小， 新增樓面不需限制荷載完全滿足屋頂花園景觀種植需要；缺點是結構改造造價較方案一更高，且兩個方案均不能滿足結構改造費用的控制目標。

結構分析了兩種基本方案的優缺點和初步核算結果，提供給景觀專業深化構造做法和平面布置。

4 深入分析屋面荷載大小和結構加固費用的關聯

為分析屋面荷載大小與結構加固費用的對應關系，選取屋頂代表部位，對不同景觀荷載作用下梁板配筋核算，并分別確定結構加固工程量，得出不同荷載條件時的結構加固費用。把分析結果提供給景觀專業，深化景觀平面布置和構造做法。

在選取代表位置時，因為前面的核算發現左側梁板配筋明顯富余，右側梁板配筋富余不多，所以在左右兩側分別選取代表部位。根據景觀提供的6種構造做法分別確定恒載：①青磚鋪裝5.6kN/m2；②草坪鋪面4.4kN/m2；③灌木花池7.9kN/m2；④石材鋪裝4.9kN/m2；⑤木平臺鋪裝4.4kN/m2；⑥塑膠鋪裝3.4kN/m2。不考慮其他構筑物荷載，代表部位的相鄰跨均布置相同荷載，活載均取2.0kN/m2。

對屋面板經多次分析核算，②、④、⑤、⑥不需要加固板；①、③均需在板上表面粘鋼處理。確定板加固工程量，由造價專業計算結構加固費用，詳表1。

對屋面梁經多次分析核算，對配筋不足的梁采用梁頂加大截面法進行加固，并提供工程量給造價專業計算結構加固費用，詳表1。

表1 不同屋面荷載作用下結構加固費用匯總表（活載均取2.0kN/m2）

序號 構造做法 屋面荷載（KN/m2） 加固費用（萬元） 單方加固費用（元/m2） 平均值（元/m2）

左側屋面 右側屋面 左側屋面 右側屋面

1 青磚鋪裝 5.6 7.29 8.95 770 1234 1002

2 草坪鋪面 4.4 0.66 3.07 70 423 247

3 灌木花池 7.9 9.15 12.32 966 1262 1114

4 石材鋪裝 4.9 0.66 3.88 70 535 303

5 木平臺鋪裝 4.4 0.66 3.07 70 423 247

6 塑膠鋪裝 3.4 0 0 0 0 0

5 按景觀深化調整的平面布置，結合方案一和方案二提出結構改造方案三

5.1 景觀深化調整平面布置和構造做法

結構重新核算。按原屋面建筑面層不拆除核算，原屋面建筑面層自重3.8kN/m2，除塑膠鋪裝外的5種景觀構造重4.4～7.9kN/m2，新增景觀構造后，出現大面積梁板配筋不足，而加固施工均需拆除原屋面面層至結構表面。所以，為減輕改造后總荷載，原屋面建筑面層必須拆除。

5.2 按原屋面建筑面層拆除

再按景觀構造施工，重新進行核算。右側框梁KL17（截面350×700）在改造后荷載作用下計算配筋5330，實際配筋2940，是原來的1.8倍，僅加固梁上表面需要增加梁高700mm左右，并且加固施工需要在梁底設置支撐卸荷。結構擬在上表面新增鋼梁和桁架鋼筋疊合板，經試算梁高600mm，可不拆除原屋面面層，不在原結構上加固施工。根據景觀平面和原結構梁柱的布置確定新做梁板范圍，約455m2。除新做梁板外屋面改造范圍面積共929m2，對該范圍屋面重新核算。

5.3 根據核算結果

確定結構改造方案三：①原屋面面層拆除面積929m2，保留455m2，保留范圍新增鋼梁和桁架鋼筋疊合板；②原屋面梁加固1處，擬采用梁頂增大截面法加固；③原屋面板加固7處，擬采用板上表面粘鋼4處，板上增加疊合層3處；共計281m2。造價專業計算得出方案三結構改造費用共計81.79萬，基本滿足費用控制目標。

6 根據結構核算結果提出優化建議

（1）因為景觀布置的構筑物如木亭子的木柱位置在板中，建議景觀稍作調整，把木亭子的木柱位置調整至梁上或板邊，可以減少板加固的范圍，細部的調整可以取得很好經濟效果。

（2）因板面增加疊合層的做法，增加了結構自重1kN/m2，

梁板荷載增加，是加固效率較低的一種方法。對板底配筋不足處的位置建議景觀稍作調整，減少部分灌木花池（恒載7.9kN/m2）改做草坪鋪裝（恒載4.4 kN/m2），通過限制荷載，板底配筋均可通過核算。

7 結束語

綜上所述，在加固改造項目中，建設單位限制改造費用的前提下，確定結構加固方案往往要考慮較多的因素，與以往新建項目的結構設計過程有很大的區別。通過本項目結構改造方案的形成過程，筆者總結的主要工作流程和方法：

①首先要查閱圖紙并進行現場踏勘，深入全面調查現場的限制條件；②根據項目基本情況提出至少兩個結構改造基本方案，并得到概算的造價與費用控制目標間的差距；③根據項目情況深入分析影響結構改造費用的關鍵因素，并建立關鍵因素與結構改造費用的對應關系，按照此關系形成給建筑和景觀專業對于關鍵因素的控制建議；④根據建筑和景觀專業提供的方案進行分析核算和反饋，不斷修正關鍵因素的參數，直至達到費用控制目標。