周輝
摘 要 本文結(jié)合某醫(yī)院屋頂花園改造結(jié)構(gòu)加固方案比選的工作過程,在建設(shè)單位限制改造費用的前提下,嘗試找到一種確定結(jié)構(gòu)加固方案的工作方法。既有建筑改造項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要分方案階段和施工圖階段。本文主要關(guān)注在方案階段,綜合考慮各種條件,如建筑、景觀、現(xiàn)場條件、現(xiàn)有配筋、造價控制目標來確定結(jié)構(gòu)加固方案,包含荷載選取,加固范圍和加固方法等。
關(guān)鍵詞 屋頂改造;結(jié)構(gòu)加固;方案比選;成本控制
1 項目概況
通過調(diào)取本項目建筑圖結(jié)構(gòu)圖紙,和兩次現(xiàn)場踏勘,查明本項目概況。本項目為某三甲醫(yī)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(jié)構(gòu),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(cè)的兩個區(qū)域,屋頂改造面積共1384m2。屋頂建筑面層自重為3.8kN/m2(不含結(jié)構(gòu)自重),設(shè)計活荷載2.0kN/m2。本工程原設(shè)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(shè)備夾層,設(shè)備夾層內(nèi)主要為手術(shù)室凈化空調(diào)設(shè)備。裙房屋頂梁板的下部不允許加固施工,設(shè)置梁板支撐系統(tǒng)也會受到限制。建設(shè)單位要求結(jié)構(gòu)改造費用限制為80萬元。
2 結(jié)構(gòu)根據(jù)項目基本情況提出兩個基本方案
方案一為對原屋面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)梁板;②原結(jié)構(gòu)板上表面做疊合層,原結(jié)構(gòu)梁經(jīng)核算不足處加固;③重新設(shè)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(jié)構(gòu)梁板作為新的屋面層;①原屋面上表面僅結(jié)構(gòu)柱頂范圍拆除建筑面層至結(jié)構(gòu)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(shè)置建筑面層;④屋頂花園種植和鋪裝。
3 結(jié)構(gòu)初步的計算分析
結(jié)構(gòu)根據(jù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)改造費用為153萬。方案一的優(yōu)點是造價較低;缺點是梁加固施工需要在底面設(shè)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(zhì)材料,減少種植范圍。方案二的優(yōu)點是施工期間對現(xiàn)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(jié)構(gòu)改造造價較方案一更高,且兩個方案均不能滿足結(jié)構(gòu)改造費用的控制目標。
結(jié)構(gòu)分析了兩種基本方案的優(yōu)缺點和初步核算結(jié)果,提供給景觀專業(yè)深化構(gòu)造做法和平面布置。
4 深入分析屋面荷載大小和結(jié)構(gòu)加固費用的關(guān)聯(lián)
為分析屋面荷載大小與結(jié)構(gòu)加固費用的對應(yīng)關(guān)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(jié)構(gòu)加固工程量,得出不同荷載條件時的結(jié)構(gòu)加固費用。把分析結(jié)果提供給景觀專業(yè),深化景觀平面布置和構(gòu)造做法。
在選取代表位置時,因為前面的核算發(fā)現(xiàn)左側(cè)梁板配筋明顯富余,右側(cè)梁板配筋富余不多,所以在左右兩側(cè)分別選取代表部位。根據(jù)景觀提供的6種構(gòu)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(gòu)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(jīng)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(yè)計算結(jié)構(gòu)加固費用,詳表1。
對屋面梁經(jīng)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(yè)計算結(jié)構(gòu)加固費用,詳表1。
表1 不同屋面荷載作用下結(jié)構(gòu)加固費用匯總表(活載均取2.0kN/m2)
序號 構(gòu)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(cè)屋面 右側(cè)屋面 左側(cè)屋面 右側(cè)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(diào)整的平面布置,結(jié)合方案一和方案二提出結(jié)構(gòu)改造方案三
5.1 景觀深化調(diào)整平面布置和構(gòu)造做法
結(jié)構(gòu)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(gòu)造重4.4~7.9kN/m2,新增景觀構(gòu)造后,出現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(gòu)造施工,重新進行核算。右側(cè)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(shè)置支撐卸荷。結(jié)構(gòu)擬在上表面新增鋼梁和桁架鋼筋疊合板,經(jīng)試算梁高600mm,可不拆除原屋面面層,不在原結(jié)構(gòu)上加固施工。根據(jù)景觀平面和原結(jié)構(gòu)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(jù)核算結(jié)果
確定結(jié)構(gòu)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(yè)計算得出方案三結(jié)構(gòu)改造費用共計81.79萬,基本滿足費用控制目標。
6 根據(jù)結(jié)構(gòu)核算結(jié)果提出優(yōu)化建議
(1)因為景觀布置的構(gòu)筑物如木亭子的木柱位置在板中,建議景觀稍作調(diào)整,把木亭子的木柱位置調(diào)整至梁上或板邊,可以減少板加固的范圍,細部的調(diào)整可以取得很好經(jīng)濟效果。
(2)因板面增加疊合層的做法,增加了結(jié)構(gòu)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(diào)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(jié)束語
綜上所述,在加固改造項目中,建設(shè)單位限制改造費用的前提下,確定結(jié)構(gòu)加固方案往往要考慮較多的因素,與以往新建項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程有很大的區(qū)別。通過本項目結(jié)構(gòu)改造方案的形成過程,筆者總結(jié)的主要工作流程和方法:
①首先要查閱圖紙并進行現(xiàn)場踏勘,深入全面調(diào)查現(xiàn)場的限制條件;②根據(jù)項目基本情況提出至少兩個結(jié)構(gòu)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(jù)項目情況深入分析影響結(jié)構(gòu)改造費用的關(guān)鍵因素,并建立關(guān)鍵因素與結(jié)構(gòu)改造費用的對應(yīng)關(guān)系,按照此關(guān)系形成給建筑和景觀專業(yè)對于關(guān)鍵因素的控制建議;④根據(jù)建筑和景觀專業(yè)提供的方案進行分析核算和反饋,不斷修正關(guān)鍵因素的參數(shù),直至達到費用控制目標。