鋼結構在既有建筑室內增層改造中的應用

邱明華 中鐵建安工程設計院有限公司建筑設計師，工程師

建筑的室內增層改造工作需要實現鋼結構的合理應用。只有對鋼結構實際應用效果和相關技術問題進行分析，并制定符合實際情況的改進策略，才能確保建筑室內增層改造工作順利開展。因此，很多建筑行業的工作人員開始關注鋼結構的創新應用。

1 既有建筑室內增層改造的主要類型

一些增層結構的建設具備很高的獨立性，建筑的原結構與增層結構按照相互脫離的方式存在，其受力狀況并不會產生關聯。此種結構在應用的過程中，可以使原有建筑獲得更高水平的保護，并為建筑結構的創新及改造技術的應用提供更加理想的基礎條件。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度，則很有可能遭到淘汰。如果建筑的舊有結構承載力不足，其增層的獨立性優勢會體現出來。在增層結構獨立的情況下，建筑的抗震性能會被削減，因此，對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構，建筑原有的豎向承重部件在此過程中承擔了大量的載荷，此種結構類型可以使建筑原有的空間得到更大程度的維護，建筑原有的承重體系會在這一過程中發生變化，建筑結構的承載力可以得到明確，相應的造價控制方案將得到進一步細化。在建筑對于增層改造后的空間容積要求較高的情況下，可以通過調整柱網跨度實現建筑承載力的改良，為增層改造提供幫助。一些增層改造技術的應用對于建筑的原結構具有較高的依賴性，建筑的原有結構會在增層改造的過程中承擔更多的荷載，建筑的原有結構空間會得到完整保留。

2 鋼結構應用在既有建筑室內增層改造中存在的問題

2.1 現場載荷試驗的設置水平較差

現場載荷實驗的合理設置是保證鋼結構的應用需求得到明確的基礎。但是，一些現場載荷實驗的設置缺乏對新增鋼加層情況的關注，在處理樓面板載荷實驗細節設計工作的過程中，缺乏對持續荷載的關注，導致加固點異常現象的處置需求難以得到滿足，也使得鋼加層的結構性能無法得到有效的判斷。在制訂現場荷載實驗方案的過程中，缺乏對樓面荷載情況的有效分析，導致設計的荷載標準值不具有合理性，難以為承載力極限狀態的價值認定提供精準支持，也使得室內增層改造方案的設計難以在固定的標準下實現合理應用。一些現場荷載實驗由于沒有及時創新加載方法，導致無法合理設置不同層級的加載值。

2.2 超聲波探測焊縫技術不夠成熟

超聲波探測焊縫技術在鋼結構的銜接過程中發揮著重要的作用。但是，一些建筑增層改造技術在應用前期，缺乏對全熔透焊縫情況的有效總結，未能結合橫向應力的特點制訂加勁方案，導致不同方向的錨板設置方案無法得到調整優化。一些超聲波探測焊縫技術的應用缺乏對放大鏡裝置應用情況的關注，在探測方案設置過程中，缺乏對焊縫質量情況的準確估測，導致焊縫的外觀質量無法得到更加有效的維護，也使得焊接技術的裂紋和咬邊等問題難以得到控制。一些超聲波探測焊縫技術的應用缺乏對焊渣清除程度的重視，導致超聲波探傷技術的應用難以為鋼結構的高質量應用提供技術支持。

2.3 增層改造設計方案缺乏科學性

部分增層改造技術方案在設計過程中，雖然對于鋼結構的應用具有一定的了解，但缺乏對平面布置圖構成情況的充分考察，沒有結合結構柱網的布置特點設置框架柱的尺寸，導致增層改造空間難以在鋼梁的有效錨固下提升建筑的穩定性，也使好的鋼結構無法與混凝土柱體實現有效的連接。在設置底層梁柱凈高度的過程中，部分增層改造方案的設計對于梁柱頂部的標高情況缺乏精準的考察，導致鋼梁結構與柱網結構的結合無法具備較高的精準性，也使得增層改造的設計方案難以得到優化。在應用增層改造技術的過程中，由于對于混凝土梁柱的節點情況缺乏必要的價值考察，導致高壓灌注結構膠的應用價值無法得到充分開發，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 增層結構形式缺乏有效創新

結構形式是影響建筑增層改造質量的重要因素。但是，一些增層結構形式在設計過程中，對于鋼結構的特征調查總結存在不足，未能實現對原有建筑結構價值的精準估測，在進行建筑載荷分析過程中，對于現有建筑結構形式的創新價值缺乏必要的了解，無法在滿足建筑內部空間需求的基礎上，實現對增層結構形式的有效優化。在一些建筑的結構增層過程中，由于缺乏對結構耐久性的分析，導致增層結構的設計工作難以實現成本的有效控制。

2.5 設置的夾層結構方案缺乏合理性

在應用增層改造技術的過程中，雖然設置了混凝土結構，但是對于主體結構的部件應用情況缺乏足夠的重視，導致鋼筋混凝土內部的梁柱節點未能實現合理設置，難以在梁柱拼接形式的設計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。在制訂夾層結構方案時，由于對于梁柱節點的鉸接強度缺乏詳細考察，導致主體的損傷無法得到有效控制，無法為制訂夾層結構的優化方案提供必要保障。在制訂階層結構方案時，由于對于主梁的跨度情況缺乏必要關注，沒有對主梁的承載力需求實現有效研究，導致裂縫和撓度控制方案無法與增層改造技術的應用需求保持一致，無法為優化夾層結構方案提供必要的支持。部分夾層結構方案對于地震狀態下的振動幅度缺乏足夠的預測分析，沒有結合基礎反力的特點實現對結構方案的評估，尤其對于夾層標高的設置合理性考察分析不夠具體，難以在模板支架設置方面取得理想的成效。一些夾層結構方案缺乏對混凝土澆筑技術應用需求的深入分析，沒有結合施工周期情況對施工費用的支出水平進行精準預測，導致大梁澆筑技術的應用無法為混凝土的有效使用提供幫助，不利于夾層結構的進一步改良。

3 鋼結構在既有建筑室內增層改造中的優化應用策略

中鐵建安工程設計院有限公司的科技研發綜合樓項目位于陜西省西安市未央區廣安路3619 號，該綜合樓的建筑面積為5670 m2，地上8 層為框架結構，層高為10 m。為充分利用此空間，項目在前期規劃中考慮將此空間增加夾層，夾層下部為員工食堂，夾層上部為綜合報告廳，如圖1所示。

圖1 剖面圖

3.1 提高現場載荷實驗的設置水平

在設計建筑室內增層改造方案的過程中，中鐵建安工程設計院有限公司結合鋼結構的應用特點對現場載荷實驗進行靈活設置，根據建筑樓面板的特征制訂持續荷載技術方案，使各加固點的異常問題可以得到精準判斷，并保證在鋼結構的加固效果得到維護的情況下，實現對載荷方案的靈活設定。在設計過程中加強對新增鋼加層載荷試驗細節的關注，尤其對載荷標準值的設計合理性進行深入考察，能夠使極限狀態下的室內增層改造方案可以得到進一步優化[1]。項目改造前的情況如圖2所示。

圖2 項目改造前的現場情況

3.2 提升超聲波探測焊縫技術應用成熟度

在設計增層改造技術方案的過程中，中鐵建安工程設計院有限公司將鋼結構焊接技術的應用擺在突出地位，對全熔透焊縫的構成特點進行考察分析，并從多個方面出發探索錨板的加勁技術改良方案，能夠使焊縫的外觀識別效果更加理想，為超聲波探測焊縫技術的精準使用提供幫助。提升超聲波探測焊縫技術的應用成熟度有兩個途徑：第一，對超聲波探測的相關設備應用細節進行總結，根據焊縫的裂紋和咬邊現象，對未熔合缺陷進行成因分析，并對相應的焊渣進行清除，使超聲波探測技術的精準性優勢得到凸顯[2]；第二，提高對無損檢測技術等級評定情況的重視，根據建筑增層改造的總體需求制訂焊縫質量控制方案，使鋼結構施工質量的驗收流程更具有規范性。項目改造中的現場情況如圖3 所示。

圖3 項目改造中的現場情況

3.3 提高增層改造設計方案的科學性

在增層改造方案的設計過程中，中鐵建安工程設計院有限公司結合鋼結構的實際應用情況制定平面布置圖，使鋼結構可以與建筑原有的柱網實現有效銜接，并保證框架柱的尺寸控制的合理區間[3]。為提高增層改造設計方案的科學性，應做好以下工作：第一，在使用鋼梁的過程中，結合建筑的錨固需求處理鋼梁的具體應用措施，尤其要對梁柱下方的凈高度進行合理分析，使組合樓板的應用可以具備更加理想的技術條件，并在厚板厚度控制方面取得更大的進展。第二，對柱網的對稱性和規則性加以考察，對混凝土柱的連接點特征加以研究，使化學錨栓的結構膠可以充分發揮作用，并保證混凝土膠結技術得到成熟應用[4]。第三，在錨板應用的過程中，不斷總結高壓灌注技術應用特征，并對化學錨栓的抗剪強度特征進行詳細考察，以便在應用增層改造技術的過程中，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。項目改造后的現場情況如圖4 所示。

圖4 項目改造后的現場情況

3.4 提升增層結構形式的創新有效性

在建筑增層結構形式的具體設計過程中，中鐵建安工程設計院有限公司針對鋼結構的應用情況，對建筑的承重骨架狀況進行詳細考察，并使建筑結構可以在增層結構形式創新方面發揮更大的作用，進而滿足建筑截面的改進需要[5]。為提升增層結構形式的創新有效性，應針對建筑的安裝周期情況實現對增層結構現有布置合理性的總結，并保證混凝土結構的耐久性得到改進。

3.5 提高夾層結構方案的設置合理性

在制訂增層改造方案的過程中，中鐵建安工程設計院有限公司將夾層的合理布置作為基礎性工作，并對混凝土結構應用過程中的技術難點加以總結，使鋼筋的使用可以與原主體結構的特征保持一致，進而滿足梁內縱筋和梁柱節點的對接需要。為提高夾層結構方案的設置合理性，應做好以下工作：第一，加強對縱筋以及箍筋均勻性的關注，尤其應對梁柱節點的鉸接技術應用狀態加以分析，使植筋技術的應用能夠與原有柱體保持一致，進而滿足柱體損傷的規避需要；第二，加強對主梁跨度的重視，結合鋼筋的承載力情況對梁高以及結構的自重進行優化設計，使振動幅度管控措施可以得到進一步調整，為夾層標高的優化設計提供必要的支持[6]；第三，使模板支架的設計能夠與鋼結構的應用需求保持一致，以此滿足夾層結構方案的改進需要。

4 結語

鋼結構的應用會影響建筑室內增層改造的質量，因此在當前的建筑室內增層改造技術創新需求較為迫切的情況下，應加強對鋼結構應用技術狀況的分析，并結合具體存在的問題制定改良策略。