某爛尾高層建筑續建改造工程設計分析

（甘肅省建筑科學研究院有限公司，甘肅 蘭州730050）

0 引言

近年來，由于種種主客觀原因，在全國很多地區出現了大大小小的爛尾工程，有的是因為開發商資金鏈斷裂，無力承擔工程建設成本，有的是由于違法違規導致工程停工。很多爛尾樓主體結構已完工或完工了一部分。爛尾工程不僅嚴重損害財產安全，也造成極大的資源浪費和城市形象的破壞。如何盤活并有效利用爛尾工程，使其重新發揮使用價值甚至產生經濟效益，成為社會廣泛關注的熱點問題。

在政策、資金允許的條件下，本文通過蘭州市某現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構高層商住樓爛尾工程實例，探討爛尾工程續建改造中的技術思路。

1 爛尾工程現狀

本爛尾工程位于蘭州市某地，建設場地呈長葉狀三角形，南北最長處約72.10米，東西最長處約76.96米，規劃總用地約3500多平方米。

該項目為全現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構，原設計層數為地下二層、地上三十二層，地下二層為設備用房及車庫（戰時為人防），地下一層為設備用房和商業，地上一～五層為商業，六至三十二層為住宅。平面布置呈“不規則三角形”，主體結構施工至地上一層后停工至今，如圖1所示。

圖1 工程現狀

該項目原設計施工圖未進行施工圖審查，存在較大問題，原設計也未考慮地上三十二層的一類高層公共建筑建成后對周圍環境、周邊住戶日照的影響。本次續建改造設計不僅要滿足國家現行相關規范的規定[1]，同時最大限度地利用已經施工完成的基礎和主體部分。

2 檢測鑒定結論

由于已建成部分主體停工多年，通過現場查看發現，地下室積水較嚴重，部分外露鋼筋銹蝕。為保證項目續建改造的可行性，建設單位委托第三方檢測機構對現有主體部分進行了工程質量檢測，根據檢測結果，主要問題如下：

1）已完工部分主體結構同原設計施工圖有局部變更。

2）項目筏板基礎、剪力墻、框架柱現齡期混凝土強度推定值不滿足設計混凝土強度要求。

3）項目個別混凝土構件外觀存在缺陷。

4）項目二層外露型鋼及鋼筋表面存在銹跡，未發現氧化皮開裂及脫落，屬輕微銹蝕程度。

3 續建改造建筑設計方案

本項目總建筑面積約為18000平方米，地下建筑面積約為4000平方米，地上建筑面積約為14000平方米，包括商業和住宅。

本設計方案為多層公共建筑與二類高層住宅組成的組合建筑，主體地下二層，地上十六層。建筑物地下二層層高4.8m（局部3.65m），地下一層層高4.2m（局部5.35m），一層層高4.2m，二層層高3.2m，三至十六層層高2.75米，建筑主體高度46.05米（室外地坪至結構屋面），室內外高差0.15米。

外墻、屋面外貼巖棉保溫板，外窗均采用斷橋隔熱鋁合金中空玻璃窗。建筑設計方案滿足總平面及單體消防設計要求。

4 續建改造結構設計方案

4.1 工程概況

續建改造主體結構形式同原主體保持一致，仍采用全現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構，其中地下兩層、地上一層、基礎均在原結構基礎上進行改造，二層及以上按改造后設計方案續建。

4.2 設計依據

結構設計使用年限均為50年，基本風壓（50年一遇）為0.30kN/m2，地面粗糙度為B類，風壓系數1.0，基本雪壓（50年一遇）為0.15kN/m2，場地標準凍結深度1.03m，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20g，設計地震分組為第三組（根據《中國地震動參數區劃圖》選取）。基礎計算復核依據建設單位提供的有效巖土工程勘察報告。結構設計符合現行國家、地方及行業標準。

4.3 設計等級

建筑結構安全等級為二級（重要性系數γ0=1.0），地基基礎設計等級為甲級。建筑抗震設防類別：丙類（標準設防類），框架抗震等級為二級，剪力墻抗震等級為一級[2]。

4.4 設計荷載

各主要房間、走道、樓梯間的樓面活荷載標準值及人防設計均采用現行規范規定及實際需要荷載。

本工程特征周期為0.45s，建筑結構的阻尼比為5%，水平地震影響系數最大值0.16。

4.5 結構布置

主樓平面為近三角形不規則平面，地下二層結構平面布置見圖2，地下一層結構平面布置見圖3，地上一層至二層結構平面布置見圖4，三至十六層結構平面布置見圖5，整樓三維結構模型見圖6。

圖2 負2層結構平面布置

圖3 負1層結構平面布置

圖4 1-2層結構平面布置

圖5 3-16層結構平面布置

圖6 整樓三維結構模型

框架柱除總體采用鋼筋混凝土柱外，部分采用型鋼混凝土柱，其中鋼筋混凝土柱最小截面尺寸500×500mm，最大900×1400mm，型鋼混凝土柱最小截面尺寸600×600mm，最大800×800mm。鋼筋混凝土剪力墻厚度最小為200mm，最大為900mm。鋼筋混凝土現澆梁截面尺寸最小為200×300mm次梁，最大為1000×2500mm懸挑剪力墻下轉換梁。基礎混凝土強度等級為C40，基礎至地上六層混凝土構件強度等級C40，七至八層混凝土構件強度等級C35，九層及以上混凝土構件強度等級為C30。

4.6 基礎工程

本工程原設計及已完工基礎采用筏板基礎，持力層為卵石層，承載力特征值為500kPa，根據巖土工程勘察報告，并考慮原設計為地上三十二層，續建改造后方案為地上十六層，建筑自重減輕，按改造后結構設計方案對原基礎設計進行復核計算后，原基礎滿足改造后上部結構承載需要。

4.7 結構分析及計算結果

1）計算軟件：采用PKPM結構設計軟件2010 SATWE V5.1.2版。

2）計算條件：混凝土計算容重26kN/m3；鋼材計算容重78kN/m3；嵌固端在基礎頂面；樓層剪力差方法計算規定水平力；全樓采用剛性樓板假定；計算振型個數由程序自動確定；考慮雙向地震力；考慮偶然偏心。

3）結構周期及振型計算結果：第一扭轉周期與平動周期之比為0.834。見圖7。

圖7 振型周期簡圖

4）地震作用下結構剪重比：X方向樓層最小剪重比為3.68%，Y方向樓層最小剪重比為3.83%，均滿足《抗規》[2]關于8度(0.2g)設防地區，水平地震影響系數最大值為0.16，X、Y向樓層剪重比不應小于3.20%的規定。見圖8。

圖8 地震各工況剪重比簡圖

5）地震作用下的最大層間位移角：X向地震工況的全樓最大層間位移角1/867（11層）；Y向地震工況的全樓最大層間位移角1/967（13層）。見圖9。

圖9 最大層間位移角簡圖

6）地震作用規定水平力下的樓層最大位移：X方向最大位移與層平均位移的比值1.07(第10層)，最大層間位移與平均層間位移的比值1.09(第7層)；Y方向最大位移與層平均位移的比值1.13(第18層)，最大層間位移與平均層間位移的比值1.22(第18層)。見圖10、圖11。

圖10 位移比簡圖

圖11 層間位移比簡圖

7）柱最大軸壓比0.84，滿足規范規定的0.85限值。

4.8 其他構造措施及注意事項

1）在已完工混凝土構件基礎上續建時，應采用后植筋技術，原混凝土構件同新增混凝土構件接觸面應鑿毛并涂刷界面劑，植筋應滿足規范要求并進行拉拔試驗。

2）由于結構長度超過45m，所以主體結構從基礎開始設置800mm寬溫度后澆帶[3]。

3）樓板平面有較大削弱樓、電梯間處，采取加強樓板以及連接部位墻體的構造措施，對結構平面的外伸、凹槽處設置連接梁或連接板。

4）所有剪力墻底部加強部位及其上一層墻肢端部按JGJ3-2010《高層建筑混凝土結構技術規程》第7.2.14條設置約束邊緣構件，其他部位設置構造邊緣構件。剪力墻與平面外方向的樓面梁連接時，在墻與梁相交處設扶壁柱，不能設置扶壁柱時，在墻與梁相交處設置暗柱。

5）地下二層頂板板厚為250mm,地下一層頂板板厚為180mm，且每層每個方向的配筋率不小于0.25%。地下室結構的樓層側向剛度不小于相鄰上部樓層側向剛度的2倍，地下室柱截面每側的縱向鋼筋面積，除滿足計算要求外，不應少于地上一層對應柱每側縱筋面積的1.1倍。懸挑陽臺板根部厚度不小于跨度的1/10，亦不小于120mm。

6）沉降觀測。在建筑物四周及荷載較大部位以及荷載變化較大部位的地面以上3.0米標高處設沉降觀測點，每施工3層觀測一次，竣工后第一年每隔3個月觀測一次，以后每6個月觀測一次，直到沉降變形穩定為止。施工過程如有暫時停工，停工時及重新開工時應各觀測一次，停工期間，每3個月觀測一次，在觀測過程中，如有基礎附近地面荷載突然增減，基礎四周大量積水或長時間連續降雨等情況，應及時增加觀測次數。

5 總結

本爛尾工程續建改造的主要難點在于，原設計不滿足日照要求及規劃手續，對建筑方案進行調整的同時，要充分利用已完工的地下及地上主體結構部分，設計約束條件較多，既有完工主體部分的現場核查和檢測鑒定是續建結構設計的重要前置工作。本工程的有利地方在于已完工部分除局部需進行主體結構改動外，總體上尤其是基礎滿足續建方案要求，為工程的續建改造設計提供了較好的條件。而施工階段的關鍵節點在于新舊混凝土結構結合處，務必采取妥善的施工工藝，保證主體結構施工質量。