鄒 紅，李延和，單慶惠

（1．南京工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 211816；2．綠城東方建設(shè)管理有限公司，江蘇 南京 211019）

隨著電影行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)電影院的布置和觀影效果的要求越來(lái)越高，為了滿足現(xiàn)代影院巨幕的安裝需求，往往需要對(duì)原結(jié)構(gòu)的使用空間進(jìn)行改造[1]，而抽柱改造是進(jìn)行擴(kuò)大空間改造中的常用手段。進(jìn)行抽柱擴(kuò)跨改造時(shí)，只需要將擴(kuò)跨部位的柱進(jìn)行拆除，此技術(shù)具有工期短、造價(jià)低、建筑材料用量少的特點(diǎn)，并且在拆除改造過程中也不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染。

影城改造是對(duì)原結(jié)構(gòu)的局部進(jìn)行改造，改造過程中不能影響其他樓層的正常使用，因此要盡量減少對(duì)原結(jié)構(gòu)的拆除，如何進(jìn)行抽柱托換及影城改造中抽柱托換托梁法的計(jì)算方法就顯得尤為重要。同時(shí)影城改造是對(duì)原有框架結(jié)構(gòu)的改造，而目前框架結(jié)構(gòu)的抽柱托換方法比較多[2]，對(duì)這些方法的研究以及如何有效地將其應(yīng)用在影城改造上是目前面臨的問題，文中針對(duì)影城改造中可能用到的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，比較不同抽柱托換方法的優(yōu)缺點(diǎn)及研究其適用性，同時(shí)對(duì)影城改造中這些設(shè)計(jì)方法的計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)，并在原方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，推導(dǎo)出適用于影城改造的計(jì)算方法。

1 抽柱改造的方案分析

對(duì)既有建筑進(jìn)行抽柱改造，必須考慮待抽柱所承受的荷載如何解決，這時(shí)候需要使用相關(guān)技術(shù)，使待抽柱承擔(dān)的荷載可以傳遞到周邊加固柱上[3]。

普通的抽柱托換方法有很多，比如混凝土加大截面托換法、粘鋼加固法、附加腹板柱法、增設(shè)雙角鋼支撐法等，但是這些方法并不適合于在影城改造中?；炷镣辛悍ㄐ枰黾釉炷亮旱慕孛娓叨龋@樣造成原結(jié)構(gòu)的高度降低，對(duì)于影城這種需要較高凈空的明顯不適用；粘鋼加固法不會(huì)增加截面面積，也不會(huì)影響凈高，但是其加固效果無(wú)法滿足影城抽柱所需要的要求，同時(shí)其對(duì)于溫度要求也較苛刻，影城抽柱托換明顯也不滿足這個(gè)要求；附加腹板柱法和增設(shè)雙角鋼支撐法則都是是適用于抽柱層上層對(duì)于使用空間要求不高的建筑，同時(shí)附加腹板柱要占用少量空間，對(duì)于影城改造需要的是抽柱后兩層變一層，對(duì)空間要求較高，很明顯這兩種方法也并不適合。本節(jié)主要從預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法、體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力托換法、鋼桁架托梁法三種托換方案進(jìn)行系統(tǒng)介紹，并進(jìn)行對(duì)比分析。

1．1 預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法

預(yù)應(yīng)力托梁法是在需要加固梁的底端增加預(yù)應(yīng)力鋼絞線，然后再通過加固梁錨固到兩側(cè)[4]，從而使得鋼絞線和原結(jié)構(gòu)連接在一起，構(gòu)成一個(gè)超靜定結(jié)構(gòu)，然后再對(duì)鋼絞線進(jìn)行張拉，起到提高結(jié)構(gòu)承載力的作用。

相比較其他傳統(tǒng)托梁法而言，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土托梁法就具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。這種方法對(duì)于加固大跨度托梁有非常好的效果，同時(shí)不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用空間，對(duì)環(huán)境也沒有嚴(yán)格的要求。對(duì)于三層以上改造結(jié)構(gòu)，也有效的減少了結(jié)構(gòu)的自重。

綜合來(lái)看，此種方法沒有傳統(tǒng)的托梁法的自重大，占用空間大等明顯缺點(diǎn)，適用面比較廣泛，作為一種較新的托梁法，適應(yīng)于當(dāng)前很多既有建筑的加抽柱托換。但是由于它較復(fù)雜的施工工藝和對(duì)施工人員水平要求較高也是限制其發(fā)展的原因，同時(shí)在使用過程中需要對(duì)鋼絞線進(jìn)行維護(hù)。

1.2 體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力托換法

體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力技術(shù)是預(yù)應(yīng)力技術(shù)的新發(fā)展[5]。和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土托梁法不同，此技術(shù)在對(duì)多跨梁進(jìn)行加固時(shí)，中跨和邊跨預(yù)應(yīng)力筋的布置不同，中跨在體內(nèi)，邊跨在體外，一根預(yù)應(yīng)力通過中跨延伸至邊跨從而加固邊跨周邊梁。

除此之外，這種技術(shù)在布線方式上也區(qū)別于普通預(yù)應(yīng)力托梁法。此技術(shù)采用交叉布線方式，而采用此布線方式主要是由于預(yù)應(yīng)力在布置過程中，需要繞過柱子，加固邊跨的相鄰梁。

另一方面，體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力技術(shù)由于布筋方式較復(fù)雜，在加固過程中，預(yù)應(yīng)力損失較多[6]。為了對(duì)損失的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，必須對(duì)預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行分類。同時(shí)，從中跨延伸出來(lái)的預(yù)應(yīng)力束中僅有部分是用來(lái)加固邊跨梁，剩余預(yù)應(yīng)力束則錨固在柱邊。

1.3 鋼桁架托梁法

在被抽柱層以上的樓層，利用組合桁架的方法來(lái)分擔(dān)荷載進(jìn)行加固，其中的桁架組合可以由兩層梁與新加的腹桿組成。由于桁架設(shè)置在兩層梁之間，因此所在層的使用高度并沒有受到影響，見圖1。

圖1 托梁圖法例

根據(jù)是否設(shè)置斜腹桿，將桁架托換法分為普通桁架法和空腹桁架法。

1.3.1 普通桁架法

普通桁架的組成包括豎向和斜向的腹桿以及兩層梁所構(gòu)成的弦桿。利用桁架來(lái)承擔(dān)被抽除柱的荷載，此方法需要在桁架中設(shè)置斜腹桿，并且可能多個(gè)桿件相交于一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在既有的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行鋼筋的錨固與混凝土的澆搗等使得施工難度加大，因此其實(shí)際應(yīng)用受到了一定的限制。

1.3.2 空腹桁架法

空腹桁架的組成包括豎向腹桿以及兩層梁所構(gòu)成的弦桿。采用此種方法時(shí)，以鉸接的方式連接腹桿與上、下弦（梁）。由于上、下弦的受力與多跨連續(xù)梁類似，因此，對(duì)上、下弦（梁）彎矩的調(diào)整主要由原來(lái)兩根梁的剛度來(lái)決定，導(dǎo)致對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的調(diào)整有很大限制。但此種方法腹桿中沒有斜腹桿，因此，降低了施工難度。

1.4 方案對(duì)比

以上三種抽柱托梁法在影城改造中都可以使用，下面將其之間的適用范圍、施工難易以及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，如表1所列。

從表1中可以看出，以上三種方法都有很多相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，而預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法和體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力技術(shù)沒有改變?cè)喊宓氖芰ν緩剑皇窃鰪?qiáng)了原來(lái)結(jié)構(gòu)的承載能力，兩種預(yù)應(yīng)力技術(shù)自重較輕，可以降低托梁的高度，使得建筑物使用空間的凈高不會(huì)受到太大影響；同時(shí)提高了托梁的剛度，減小了變形，減小了托梁中的拉應(yīng)力，提高了抗裂能力；另外，充分發(fā)揮了鋼材抗拉強(qiáng)度高而混凝土抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，消除了應(yīng)力應(yīng)變滯后的缺點(diǎn)，更適合于影城改造的抽柱托換。

表1 三種抽柱改造方案的對(duì)比

2 工程實(shí)例應(yīng)用

2.1 工程概況

本工程為常州溧陽(yáng)上河城商業(yè)廣場(chǎng)，原建筑用途為家樂福超市，地下二層，地上四層，房屋平面尺寸為87.35 m×71.85 m，房屋高度為23.45 m，一層層高為5.5 m，二、三層層高為5.55 m，四層層高為6.86 m，結(jié)構(gòu)體系為框架體系，基礎(chǔ)類型為平板式筏基，柱網(wǎng)間距為橫向10.8 m，縱向8.8 m，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防。現(xiàn)將三層和四層進(jìn)行改造，通過拆除、加固改造、加層將三層、四層改造為電影城和KTV。改造后三層結(jié)構(gòu)改造平面圖如圖2所示。

圖2 三層結(jié)構(gòu)改造平面圖

從三層結(jié)構(gòu)改造平面圖可以看出，10.8 m和8.8 m的柱間距均無(wú)法滿足影廳的水平跨度，將三層、四層變?yōu)橐粚雍螅總€(gè)影廳都會(huì)有一到兩根柱子，因此必須將這些影廳中的柱子進(jìn)行拆除。在抽柱改造過程中可以有多種方案：（1）預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法（2）體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力托換法（3）鋼桁架托梁法。

本工程采用預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法和體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力托換法進(jìn)行抽柱托換。其中典型的抽柱拆除法預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法加固[7]，其具體計(jì)算見下小節(jié)。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土托梁計(jì)算

以溧陽(yáng)影城改造工程作為背景，以C軸1-3跨YWKL3跨中截面計(jì)算。

（1）縱向預(yù)應(yīng)力筋估算：

通過計(jì)算得到該梁需承擔(dān)的跨中最大彎矩∶

故選用16根Φ215．2鋼絞線，

（2）有效預(yù)應(yīng)力計(jì)算：

錨具內(nèi)縮損失：

混凝土收縮徐變：

此工程算例只考慮這兩種損失，則總損失∶

有效預(yù)應(yīng)力損失∶

（3）非預(yù)應(yīng)力筋計(jì)算：

取 PPR=0．6，則

偏保守受拉區(qū)配 10Φ25（AC=4 900 mm2）；受壓區(qū)構(gòu)造配 8Φ25（AC=3 200 mm2）。

（4）承載力驗(yàn)算：

從結(jié)果看出，此預(yù)應(yīng)力加固滿足承載力的要求。

3 結(jié)論

通過影城改造抽柱技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，得到以下結(jié)論：

（1）影城改造對(duì)影城的樓層凈空、溫度、空間等有較高要求，普通的抽住托柱方法不滿足其要求，預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法、體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力托梁法、鋼桁架托梁法均適用，每方法均有不同的適應(yīng)范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。

（2）典型的預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法通過具體工程實(shí)例進(jìn)行截面計(jì)算，承載力滿足要求，該預(yù)應(yīng)力加固方案滿足影城改造要求，該技術(shù)適用于影城改造的抽柱。