重庆某剧院抽柱转换加固方案

（重庆市设计院，重庆400015）

重庆某剧院抽柱转换加固方案

翟影

（重庆市设计院，重庆400015）

重庆某剧院结构主体实施完毕后因建设方对使用功能提出了更高的要求，增加了舞台两侧的侧台功能，需要抽取4颗柱子。该4颗柱子支承着大跨度的屋面大梁，改造设计难度很大。该文针对性地提出了五种加固改造方案，通过多角度比选，确定了适合该工程的加固改造方案，最后基于选定的加固改造方案给出了合理而详尽的施工步骤。

抽柱转换；斜撑；结构加固；施工技术

随着建设方对建筑功能的需求改变，建筑结构中经常出现主体实施完毕后的抽柱加固改造。重庆某剧院结构主体实施完毕后因建设方对使用功能提出了更高的要求，增加了舞台两侧的侧台功能，需要抽取4颗柱子。该4颗柱子上支承着大跨度的屋面大梁，改造设计难度很大。基于此，笔者查阅了大量加固改造的设计实例和规范标准，针对性地提出了五种加固改造方案，从结构安全可靠性、施工便利性、经济性等角度进行了对比分析，最终确定了最合适的加固改造方案，希望对同类项目有所借鉴。

图1 原舞台建筑图

1 工程概况

重庆某剧院建筑结构体系为框架剪力墙结构，舞台区域原设计为3跨4排框架柱。主体结构封顶后，因建设方对舞台使用功能提出了更高的要求，增加了舞台区左右两侧的侧台区域，需要抽掉舞台与侧台之间的左右各两颗柱子。如图1、图2所示。

如图3所示，该4颗柱子上部大屋面处，支承着三条3.7m+ 31.4m+3.7m跨的单向布置的大跨度预应力梁。屋面为种植屋面，恒载达到20kN/m2，活载考虑屋顶上人和舞台区葡萄架吊挂荷载共计约5kN/m2。转换区域荷载大、跨度大，改造难度很大。

根据剧场内装设计方案，需要约10m净空。根据图4所示的剧场舞台区域横剖面，需要截断0.000标高以上10m高柱段。拦腰截断负荷面积很大的柱子，拆除的施工顺序、施工过程中的支撑方案、节点区修复的施工质量显得尤为重要。

图2 改造后舞台建筑图

图3 抽柱转换区域屋面梁系

2 五种抽柱转换方案

基于该工程特点，笔者提出了以下五种改造方案，并从经济性、施工便利性、可靠性等各角度进行了对比分析。

2.1 方案一：刚接型钢人字撑转换桁架

增设型钢人字撑，上部与被转换柱顶部刚接，下部与转换桁架下弦杆、相邻不转换柱刚接。该种转换直接将竖向力由被转换柱的柱顶传到不转换柱，传力简洁可靠（图5）。

新增人字撑为受压构件，截面为箱型截面，平面内外的稳定性俱佳，结构安全可靠性高。节点处型钢节点需工厂预制而后现场安装，施工较为复杂。新增下弦杆为小偏心受拉杆，因桁架两侧均有剪力墙或梁板，实际拉应力仅为0.91MPa小于C40混凝土的抗拉强度设计值。

2.2 方案二：铰接型钢人字撑转换桁架

与方案一类似，将型钢支撑上部与被转换柱柱顶连接改为铰接，下部与转换桁架下弦杆、相邻不转换柱连接改为铰接。下弦杆做法不变。考虑到竖向荷载作用下节点均受压为主，故简化节点加固处理方式为螺杆+节点板。加固量大大减少，施工非常便利（图6）。

由上述描述可知，本方案的可靠性是基于节点受压的，该种节点处理受拉能力不佳。如果考虑到竖向荷载实际达不到预期，加之水平荷载的施加，极有可能在某种水平荷载为控制荷载的组合工况下出现压杆变拉杆的情形。此时，结构安全可靠性不高。

2.3 方案三：铰接型钢双X撑转换桁架

基于方案二可靠性不佳的缺点，笔者提出了双X撑转换桁架的方案，即在方案二的基础上增加倒人字撑。正人字撑杆件出现受拉可能的时候，增加的倒人字撑用于承受压力来克服该种处理方式受拉效果不佳的缺点。但该方案仍是节点铰接，整体安全度不如刚接高（图7）。

2.4 方案四：带边框型钢双X撑转换桁架

采用带边框钢支撑对既有建筑结构进行抗震加固，方法简便可靠，对原结构影响小，在加固施工时建筑物仍可正常使用，比较适合混凝土结构的抗震加固，在日本得到了广泛应用[3]。

如图8所示，该种加固思路实际利用了新增内支撑的抵抗轴向变形能力达到抵抗整体水平荷载的目的。该工程借鉴这个思路，同时用于抵抗水平、竖向荷载，提出了带型钢边框的钢内撑加固方案。

但此种加固方案需要整体出现向下的变形后才会发挥实际作用，对原有混凝土梁柱的正常使用状态造成一定的影响。

图4 抽柱转换横剖面

图5 方案一

图6 方案二

图7 方案三

图8 钢内框支撑变形形态

图9 方案四

2.5 方案五：钢筋混凝土人字撑转换桁架

原结构主材为钢筋混凝土，从加固材料与原结构有效结合的角度，加固材料选择钢筋混凝土主材最为合理。方案五在方案一的基础上提出了设置钢筋混凝土人字撑的加固方案（图10）。

图10 方案五

此种加固方案需要将新增斜撑中纵筋有效地进入原柱内，一定程度上增加了柱头的剔打量（图10）。

2.6 方案对比

此部位抽柱转换，竖向荷载起控制作用。表1从结构安全可靠性、施工便利性、经济性三个角度对比了五种加固改造方案(见表1）。

从结构安全可靠性上，可以做到节点刚接的方案一、方案五最优。

从施工便利性上，方案一相比方案五减少了不转换柱的剔打梁，减小了对原结构的破坏，方案一更优。

从经济性上，方案五的结构材料造价优于方案一，但是考虑综合施工费用，两者相差不大。

综合各方面因素，最终选择了方案一作为实施方案。

图11 人字撑转换桁架剖面

表1 方案对比

3 人字撑转换桁架的加固设计与施工步骤

3.1 人字撑转换桁架加固改造设计

加固改造设计应考虑加固与拆除的施工顺序、协调好工厂预制与现场湿作业的关系、施工方案选择等各方面因素。

型钢人字撑的改造施工图如图11所示。施光南大剧院侧台抽柱转换，需要将4根框架柱拦腰截断式拆除。新增构件为两个受压为主的型钢斜撑和一个钢筋混凝土拉梁，拆除部位为0.000-11.000标高段的中柱，局部剔除后做刚性连接修复的三个斜撑与柱子的节点区。

图12 人字撑与柱节点改造

图13 型钢节点整体预制

结构设计的关键部位是，如图12所示的人字撑与柱的刚性连接改造节点。为缩短工期，节点区型钢采用工厂预制，现场吊装再行组装的方式。节点区的有效性取决于柱内型钢部分与原柱连接的有效性。基于此，如图13所示，该工程加大了原柱的截面尺寸，利用外包部分的箍筋、箍筋、抗剪型钢、二次整浇混凝土等确保柱内型钢的刚接可靠性。

此外，新增钢筋混凝土拉杆与被转换柱上柱段底部的连接也较为重要。下弦拉杆实施前，应在确保上部结构主体稳定的前提下，剔除被转换柱的两侧混凝土。该工程采用设置下弦杆水平加腋、纵筋绕过柱保留区混凝土的方式尽可能减少了被转换柱的剔打量。

3.2 施工步骤

（1）剔打斜撑与柱子接头位置节点区域；同时可进行节点钢骨的工厂加工预制。

（2）处理好剔打交界面以后，钢骨吊装就位。

（3）绑扎柱子新增纵筋、箍筋和斜撑纵筋、箍筋；绑扎节点区域下弦杆纵筋、箍筋。

（4）焊接钢骨与柱中新增水平筋。

（5）浇筑斜撑及下弦杆近柱端节点区域。

（6）剔打被转换柱11.200标高柱根，绑扎完善下弦杆纵筋、箍筋。

（7）浇筑下弦杆混凝土。

（8）截断中柱。

（9）处理截断部位的界面，确保保护层厚度。

3.3 施工难点

节点区域钢骨内混凝土的浇筑存在施工困难。该工程结合现场实际留设了浇筑孔和排气孔，孔径不大于100mm，内浇环氧砂浆强度不低于C45混凝土强度等级代替了常规混凝土。

4 总结

加固改造工程，有别于新建工程，应兼顾结构安全可靠性、施工便利性，充分考虑施工可行性和施工过程中的主体结构安全，与施工方密切配合，确定合理可靠的施工方案、步骤。

该工程基于既有的重庆施光南大剧院结构主体，抽取了4颗承担很大上部荷载的框架柱。通过多方案的多角度比选，确定了适合该工程的加固改造方案。最后基于选定的加固改造方案给出了合理而详尽的施工步骤。该工程从设计、施工到投入使用已近两年，实际建筑使用效果良好。该工程设计、施工中取得的经验可供其他类似工程参考。

[1]GB 50367-2013混凝土加固改造设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]唐代远，陆新征，马玉虎，等.钢内撑滞回模型及防倒塌加固效果分析[J].工程抗震与加固改造，2011.

[3]郁银泉，曾德民，等.《建筑抗震设计.鉴定加固》培训教材[M].中国建筑标准设计研究院，日本国际协力机构(JICA)，2012.

责任编辑：孙苏，李红

Reinforcement Scheme of Column Withdrawing Transformation of a Theater in Chongqing

The body of a theatre structure in Chongqing has been completed,but the construction party proposes higher requirements for its utilization functions,so four columns are to be withdrawn for side stage functions.The four columns are supporting the large-span beam,so the reconstruction design is quite difficult.This paper presents five reinforcement schemes and,through careful comparisons,a suitable one is selected,with detailed construction steps given.

column transformation;diagonal brace;structural reinforcement;construction technology

TU753.3

A

1671-9107（2016）12-0032-05

10.3969／j.issn.1671-9107.2016.12.032

2016-09-26

翟影（1981-），男，山东济宁人，研究生，高级工程师，主要从事建筑结构工程设计和研究工作。