既有混凝土建筑与新建钢结构建筑连接设计分析

（中国建筑西南设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

既有混凝土建筑与新建钢结构建筑连接设计分析

张 彦

（中国建筑西南设计研究院有限公司，四川 成都 610000）

本文对改、扩建工程的基本思路进行了描述，然后结合实际，以某工程为例，对工程中既有混凝土建筑与新建钢结构建筑连接设计中的一些情况以及问题进行了分析，并在关键问题上，如对钢梁和原有钢筋混凝土柱的连接、钢梁与和原有的混凝土梁的连接、新老建筑地下室底板衔接处放水节点的处理等，本文的目的就是为了为以后在工程中遇到此类问题提供参考。

混凝土建筑；新建钢结构建筑；连接

改扩建在实际工程中应用很广泛，这是由于改扩建具有周期短﹑成本低等明显的优点，并且改扩建还能使既有建筑的功能发生改变。在改扩建工程中，新﹑旧构件的连接至关重要，由于节点有着传递﹑分配内力和保持结构整体性的作用，所以其在结构中的作用很是重要。在实际中，节点的受力情况相当复杂，因为节点不仅要承受柱子传来的轴向力﹑弯矩和剪力，梁传来的弯矩﹑剪力和扭矩作用，而且其他因素也会对节点造成一定程度的影响，如收缩﹑徐变﹑温度变化及地基沉陷等。如何确保新﹑旧构件连接可靠﹑共同工作成为设计的关键，本文从实际出发，以某工程为例，介绍了既有混凝土建筑与新建钢结构建筑连接设计。

一﹑改造工程的设计思路

在改建工程中，与新建工程目标一致的是安全度﹑功能要求以及投资效益等等方面，但是与此同时既有建筑的改建与新建工程还有些差别，所以折旧造成了设计思路的差异。

1收集原有资料

在进行改造工程时，一个很重要的设计依据就是既有建筑的原有资料，一般来说，原有资料包括有关于建筑本身的资料，如工程概况﹑基础承台工程﹑以及上部结构的图纸等等。除此之外，还应该对既有建筑的原有施工资料进行收集，施工资料一般包括各个分项的施工记录﹑各分项的验收记录以及工程核定单，对于那些与设计资料不一致的资料，要重点收集。此外，还需将施工时变更了的设计方案进行核对，如果发现现场建筑与施工方案有不一致的地方，那么一切将以原有建筑为准。

2对既有建筑物的鉴定

在进行改建工程时要对既有建筑物进行鉴定，在鉴定既有建筑物的时候，一般分为两种：第一种，对既有建筑物进行安全性鉴定。因为对于既有建筑物的改建工程来说，在规范方面均要有现有的规范相符合，这一步的主要目的就是了解已施工的结构和实际的设计是否和原有的施工资料一致，这将是改建工程的重要依据。第二种，对既有建筑物进行抗震鉴定。如果在对既有建筑物进行改建的过程中需要改动建筑物的结构和功能，或者要增加荷载，这样就必须要按照改建后的结构状态进行力学计算模型的建立，对既有建筑物进行抗震鉴定，在抗震安全规范方面，要以现行的规范为准。另外，在对既有建筑物进行鉴定是一定要由专业的鉴定加固单位进行。

3确定改建方案

在进行完鉴定之后，就是要对改建工程的设计方案进行确定。在确定设计方案时，一定要根据原有资料进行，如原有的设计资料以及原有的施工资料，除了原有的资料之外，还应该参考一些新的资料，比如新的地质勘探报告以及新的建筑施工图，这样就能进行新的改建设计方案的确定了，这样一来，桩基方案﹑基础方案以及上部结构方案都将被确定。对于一个工程来说，沉降控制是极为重要的，所以在对原有桩基设计中桩型的选择以及持力层的设计要进行复核，检验其是否合适。入伙复核结果是不合适，并不能满足改建工程的要求，那么就必须按照具体的实际情况进行处理。一般来说，原来的桩不能再加以利用时候，就要对其进行拆除；原先的桩有局部承载力不够的情况，要根据实际要求对其进行补桩，以达到新装满足改进方案中的要求，使其与原有的桩的共同手里与整个续建物的重心重合，即使有偏差，也必须要控制在相关标准允许的范围之内。对于改建工程中原先为独立基础的，特别是当基础中远有近满足时，这个时候可以适当考虑扩大基础面积这一措施，如有必要，解决这种问题还可以加大基础高度，但是在原有配筋在基础加高后，这是一定要满足最小配筋率的要求。另外，在混凝土结构中，可以选择多种方法进行加固，如增大横截面加固法﹑粘贴纤维复合材料加固法等。这样的做法可以在很大的程度上保证新老建筑的连接可靠性。

二﹑工程综述

本文中以某工程为例进行介绍，该改建工程的既有建筑物采用的是混凝土框架结构，主体为地上28层，裙房为地下1层，地上4层。改建工程中新建部分的层高为地下4.5m，一层5.1m，二层4.8mi，三层5.8m，四层5.8m，主体的层高不变，如果有高差情况，则以台阶方式进行处理。改建部分按照钢结构设计，新建地上总建筑面积27785.3m2，新建地下建筑面积为9051.2m2。

三﹑连接设计

既有建筑为混凝土结构，然而新建部分却为钢结构，再加上连接节点处所采用的建筑材料有所差异，混凝土与钢结构的连接方式不统一而且其受力情况相当复杂，基于这些实际情况，这些问题所以应该重视。

1钢梁与钢筋混凝土柱连接

在新建时，难免会遇到新建钢结构与既有的混凝土柱连接。在二者连接后，混凝土柱的受荷面积增大。原有建筑始建于2000年，所以并不能确定混凝土柱的强度承载力，这对这种情况，对梁柱链接进行特别的处理。在既有混凝土柱的跟前紧靠着工字型钢柱，横截面尺寸为250×250×8×12，钢梁与钢柱的连接方式为铰接，这样钢柱就只承受钢梁传递的轴力，并不承担弯矩。在沿着混凝土柱的长度方向，每个这500mm就植入钢筋，最后再其外部包混凝土，使其与既有混凝土柱连成一体。钢柱可以通过柱脚栓与原有钢筋混凝土柱的承台相连接。

2钢梁与钢筋混凝土梁连接

在对这两者进行连接的时候，复合钢筋混凝土的承载力是首先要考虑并且解决的问题。经过计算，钢筋混凝土的承载力可以满足新建的承载力的要求。二者的连接方式采用的也是铰接的方式，钢筋混凝土梁就能承受钢梁传递的剪力，这样就能是钢筋混凝土梁的扭转效应减轻。然后再按照钢梁传递的剪力，对连接钢梁和混凝土梁的锚栓进行设计。根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）中的规定，锚栓的设计应满足以下的要求：

在公式（1）中， fvd1t表示的是锚栓钢材用于抗拉计算的强度设计值，必须按照规定采用；表示的是锚栓刚才受拉承载力的设计值；As表示锚栓的有效截面面积。另外，根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）中的另外一条规定：锚栓钢材受剪承载力的设计值，应该分为无杆臂和有杆臂这两种情况进行计算。

无杆臂的受剪为

有杆臂的受剪为

在公式（2）中，As表示的是锚栓的有效横截面面积； Va表示的是锚栓赶在受剪承载力的设计值；σ是被验算锚栓承受的轴向拉应力，其值是确定的； Wel表示的是锚栓的横截抵抗矩；mα是约束系数；l0为杠杆臂的计算长度。

另外，根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）中的规定，应用在承重结构中的锚栓，其直径不得小于12mm，另外，按构造锚固深度要求最小为60mm，而且同时也不能比混凝土保护层的厚度小。

3新旧建筑地下室底板衔接处防水节点处理

在这个方面的问题上，也有相关的规定，《地下工程防水技术规范》（GB501087-2008）中规定，防水混凝土结构底板的混凝土垫层强度至少为C15，厚度方面至少100mm，如果是在软弱土层，那么至少为1500mm。根据此项规范中的另外一条规定：防水混凝土的结构厚度不得小于2500mm；裂缝宽度不得小于0.2mm，而且不能贯通；钢筋保护层厚度根据结构的耐久性以及工程环境选择，迎水面钢筋保护层的厚度不得小于50mm。在本工程中，既有建筑物中的地下室底板符合该规范的规定。在结合新老建筑基础底板所确定的分界面，在抵抗不均匀沉降产生的剪力的方法上，选取了在分界面处向地下室底板植入钢筋的方式。在分界处，要对就得地下室的底板进行打磨，以增强粘合强度。另外，在分界面处预埋遇水膨胀的橡胶条以及预留注浆管。

结语

综上所述，由于社会的不断向前发展以及经济建设的成果越来越好，人们常常在商业活动中建设建筑或者对破旧的建筑进行改造。特别是原有的建筑的建筑风格以及建筑内部装修和建筑的功能不能满足时下的需求时，往往需要对既有建筑进行改建，以达到新的商业建筑的目标。本文主要对改﹑扩建工程的基本思路进行了描述，然后结合实际，以某工程为例，将改建工程中护遇到的一些技术性的问题进行了分析，并对于关键性的如钢梁和原有钢筋混凝土柱的连接﹑钢梁与和原有的混凝土梁的连接﹑新老建筑地下室底板衔接处放水节点的处理等问题进行探索和解决，并给出了清晰﹑科学﹑合理的解决方案。最终使方案达到新的设计要求，实现改建的功能，并且保证了改建后的建筑的安全性以及可靠性，希望本文的内容可以为以后类似的问题提供参考。

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