摘要：本文結合工程實例，對原有單、多層廠房改建為多層商業辦公樓的改造設計進行較為系統的總結，詳細闡述了基礎和上部結構各設計階段的主要受力特性、設計與計算，以及設計和施工中的主要技術問題。
1引言
近年來，我國的建筑發展迅速，建筑占地與土地資源不足的矛盾也日漸明顯，舊建筑的改造利用就成為當前一種較好的解決方式。在舊建筑的改造建設中，由于受場地、原有建筑功能、層數的增加、原有結構及新舊規范等諸多因素的影響，在改造工程的設計中，出現了豎向作用和水平作用增大，導致原有結構構件的承載力不足和結構整體剛度的不均勻。同時，由于新舊構件的材料和強度的不同，新舊構件的連接因此也成為工程改造中的一大關鍵技術。
2工程概況
本工程位于上海市盧灣區，為一機械制造廠，建于80年代中期，原建筑共有四個單體（以下簡稱1＃、2＃、3＃、4＃）。現因甲方需要，將四個單體通過走廊連接為一個商業使用的整體。2＃與3＃樓不改變原有建筑的使用功能，主要是1＃與4＃樓的建筑功能改變較大，其結構也就相應做了較大改造。
1＃樓原為多層框架結構廠房（見圖1），其中⑴～⑺軸為四層，層高自下而上分別為8m、5.6m、5.1m、4.5m；⑺～⑽軸為三層，層高分別為13.6m、5.1m、4.5m（其中一層在8.9m處設有一臺10T吊車），原有樓面結構設計活荷載均為12KN/m2。現根據建筑功能需要，在⑴～⑺軸4.0m標高處增設一個樓層，在⑺～⑽軸2.95m、8.0m處各增設一個樓層。
4＃樓原為單層排架結構廠房（見圖2），建筑高度為20.4m，凈高為18.4m，廠內設有一臺10T吊車，柱間設有兩道支撐。現根據建筑功能需要，將原有建筑改造成五層辦公樓，層高分別為2.8m、4.3m、4.2m、4.2m、2.8m。根據原有結構情況，現設計考慮與原有結構脫開，在原有建筑內新建一個四層框架結構。
3基礎結構改造設計
1＃樓原設計采用450×450樁基礎，設計承載力較大，經過整體計算之后，新增加夾層后的結構能滿足現有規范要求，基礎承載力和沉降變形也能滿足現有規范要求。另外，考慮到原有在1＃樓的(1~10)軸外設置了一個室外平臺（平臺下為車庫），根據建筑的要求，需要將平臺與1＃樓進行連接（見圖1）。在進行結構設計時，如果將室外平臺層的梁直接與(1~10)軸處的柱子連接將會對1＃樓整體結構產生影響，同時對室外平臺也不利。鑒于此，結構設計是在(1~10)軸處另外增加了一排室外平臺框架柱（立在原有樁基礎承臺上）。經計算，原有樁基礎有較大富余，對原有基礎影響很小，同時又解決了上述矛盾。
4＃樓原有基礎采用天然條形基礎，由于在原有建筑內新建一個四層框架結構，如采用天然基礎，則基礎沉降不能滿足現有規范要求，且對原有基礎會產生很大的影響。根據施工現場和經濟技術等條件，現設計采用樁筏復合基礎。樁采用靜壓錨桿樁，施工時采用逆做法施工，即待基礎筏板和上部兩層施工完畢后再進行錨桿樁的施工。這樣既能縮短施工工期，又能滿足結構設計要求，為整個工程項目創造了很大的經濟效益。4＃樓的筏板采用500mm厚，錨桿樁采用250×250，樁長為20m。平面布置（見圖3）。內部四層框架結構承載力較大，在邊緣處又受原有建筑結構空間的影響，因此，筏板在邊緣處的柱抗沖切難以滿足要求，在設計中增設了筏板的抗沖切鋼筋。
4上部結構改造設計
4.11＃樓結構加固處理
1＃樓原為一機械加工廠，原設計為框架結構，樓面活荷載均較大（12KN/m2）。經有關檢測單位鑒定，原有結構的柱砼強度等級為C18，原有結構在設計中按照6度設防要求考慮。改造后須作為辦公建筑，現根據建筑功能布置需要，增設一夾層，同時在12m的跨中不得設置砼柱。依據現有建筑功能布置，現設計采用了PKPM2006年3月版本的軟件進行了整體計算，經計算分析，原有結構的位移、配筋量、剛度等參數均能滿足現有改造結構的要求，但是原有結構的構造是按照當時的規范要求進行設計的，未能滿足現有規范的要求。主要有以下兩個方面：一是原有柱無箍筋加密區；二是在增設夾層處上下無箍筋加密區。現設計綜合經濟和技術多方面的考慮，柱采用了外粘型鋼加固法（見圖4）。這樣既能滿足結構構造要求，同時又能滿足節約經濟的要求。
在1＃樓新增加的夾層處，由于跨度較大（為12m），見圖1，若采用混凝土結構，則梁斷面很大（至少需要1m高的梁），對建筑的凈高會有很大的影響，對原有砼柱的影響也很大，而且與原有砼柱難以連接（植筋數量很大），原有結構的整體性將受到很大影響。現設計采用了鋼梁與壓型鋼板-現澆混凝土樓板組合結構，鋼梁與原有柱采用鉸接連接。根據現有規范規定，與原有混凝土柱采用后錨固連接時，其混凝土強度等級必須高于C20（原砼經鑒定為C18）。鑒于此實際情況，鋼梁與原有柱連接采用了增設砼牛腿，同時在牛腿及其上下各800mm處采用粘鋼加固，以增強其抗震變形能力（見圖5）。
牛腿設計在本工程的設計中也是一個不容忽視的。在設計中，考慮到牛腿處水平方向受力相當于一個懸臂構件的受力，在牛腿處的水平植筋就必須保證能達到23d(一般情況下為15d)。根據現場實際情況，植筋要滿足達到23d是有一定困難。綜合各方面的因素，在設計此牛腿時，我們采用了以下處理方案：一方面，對于規范[2]中牛腿的裂縫控制要求，采用了如下公式進行計算，
能滿足規范對牛腿的裂縫控制要求，同時，由豎向力 所引起的局部壓應力也小于；
另一方面，對于牛腿的配筋強度要求，考慮到植筋不一定能充分達到預期設計要求，從安全的角度出發，在設計中，牛腿的縱向受力完全由粘貼的鋼板來承受，其計算公式仍能采用根據力矩平衡條件[3]推導的公式進行計算，即
，經計算，能滿足結構計算要求。
4.2 4＃樓結構加固處理
4＃樓由于建筑立面的要求，原有結構為排架結構，原有設計的柱間支撐對建筑立面的門窗產生了影響。若直接拆除柱間支撐，則原有結構就成為不穩定結構體系。現設計考慮到原有結構荷載減少較多（吊車取消），縱向荷載主要就是風荷載和本身自重產生的地震作用，現設計將在維護結構中采用了框架結構體系，使原有外圍結構形成一個框排架體系，這樣既能使原有結構形成一個穩定體系，又能增強外圍結構的抗震變形能力（見圖2）。在內部新增的框架結構是作為一個新建建筑物來考慮，新建的部分與原有結構之間設置了變形縫。經采用PKPM2006年3月版本的軟件進行了整體計算，現設計的框排架結構均能滿足現有建筑結構規范要求。考慮到原有結構設計只是按照6度設防要求計算，現設計采用了粘貼碳纖維加固法對原有柱進行了加固。
5結束語
5.1建筑物的加固設計應與建筑物的抗震鑒定、抗震加固、強度加固相結合，施工時應先加固后加層。
5.2建筑物的結構加固應結合建筑物的使用功能要求，綜合分析各種加固方法的經濟性，而后采取相應的加固方法。
5.3在對原有建筑物進行加固時，應充分考慮不同材料的連接節點處理，并采用合適的結構處理方法進行計算，以保證整個結構的安全。
5.4在對原有建筑物進行加固前，應從結構概念角度把握整體結構的穩定、強度等，然后采用相應的加固方法并應用結構軟件進行分析，之后再進行相應的處理。
參考文獻：
[1] 混凝土結構加固設計規范.GB50367-2006.
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