钢结构在既有建筑室内增层改造中的应用

邱明华 中铁建安工程设计院有限公司建筑设计师，工程师

建筑的室内增层改造工作需要实现钢结构的合理应用。只有对钢结构实际应用效果和相关技术问题进行分析，并制定符合实际情况的改进策略，才能确保建筑室内增层改造工作顺利开展。因此，很多建筑行业的工作人员开始关注钢结构的创新应用。

1 既有建筑室内增层改造的主要类型

一些增层结构的建设具备很高的独立性，建筑的原结构与增层结构按照相互脱离的方式存在，其受力状况并不会产生关联。此种结构在应用的过程中，可以使原有建筑获得更高水平的保护，并为建筑结构的创新及改造技术的应用提供更加理想的基础条件。由于旧建筑的改造需求较为迫切，如果建筑的原有材料不具备足够的强度，则很有可能遭到淘汰。如果建筑的旧有结构承载力不足，其增层的独立性优势会体现出来。在增层结构独立的情况下，建筑的抗震性能会被削减，因此，对建筑抗震要求较高的建筑不宜采用此种改造方式。

部分增层改造工程依托原有的建筑结构，建筑原有的竖向承重部件在此过程中承担了大量的载荷，此种结构类型可以使建筑原有的空间得到更大程度的维护，建筑原有的承重体系会在这一过程中发生变化，建筑结构的承载力可以得到明确，相应的造价控制方案将得到进一步细化。在建筑对于增层改造后的空间容积要求较高的情况下，可以通过调整柱网跨度实现建筑承载力的改良，为增层改造提供帮助。一些增层改造技术的应用对于建筑的原结构具有较高的依赖性，建筑的原有结构会在增层改造的过程中承担更多的荷载，建筑的原有结构空间会得到完整保留。

2 钢结构应用在既有建筑室内增层改造中存在的问题

2.1 现场载荷试验的设置水平较差

现场载荷实验的合理设置是保证钢结构的应用需求得到明确的基础。但是，一些现场载荷实验的设置缺乏对新增钢加层情况的关注，在处理楼面板载荷实验细节设计工作的过程中，缺乏对持续荷载的关注，导致加固点异常现象的处置需求难以得到满足，也使得钢加层的结构性能无法得到有效的判断。在制订现场荷载实验方案的过程中，缺乏对楼面荷载情况的有效分析，导致设计的荷载标准值不具有合理性，难以为承载力极限状态的价值认定提供精准支持，也使得室内增层改造方案的设计难以在固定的标准下实现合理应用。一些现场荷载实验由于没有及时创新加载方法，导致无法合理设置不同层级的加载值。

2.2 超声波探测焊缝技术不够成熟

超声波探测焊缝技术在钢结构的衔接过程中发挥着重要的作用。但是，一些建筑增层改造技术在应用前期，缺乏对全熔透焊缝情况的有效总结，未能结合横向应力的特点制订加劲方案，导致不同方向的锚板设置方案无法得到调整优化。一些超声波探测焊缝技术的应用缺乏对放大镜装置应用情况的关注，在探测方案设置过程中，缺乏对焊缝质量情况的准确估测，导致焊缝的外观质量无法得到更加有效的维护，也使得焊接技术的裂纹和咬边等问题难以得到控制。一些超声波探测焊缝技术的应用缺乏对焊渣清除程度的重视，导致超声波探伤技术的应用难以为钢结构的高质量应用提供技术支持。

2.3 增层改造设计方案缺乏科学性

部分增层改造技术方案在设计过程中，虽然对于钢结构的应用具有一定的了解，但缺乏对平面布置图构成情况的充分考察，没有结合结构柱网的布置特点设置框架柱的尺寸，导致增层改造空间难以在钢梁的有效锚固下提升建筑的稳定性，也使好的钢结构无法与混凝土柱体实现有效的连接。在设置底层梁柱净高度的过程中，部分增层改造方案的设计对于梁柱顶部的标高情况缺乏精准的考察，导致钢梁结构与柱网结构的结合无法具备较高的精准性，也使得增层改造的设计方案难以得到优化。在应用增层改造技术的过程中，由于对于混凝土梁柱的节点情况缺乏必要的价值考察，导致高压灌注结构胶的应用价值无法得到充分开发，也使得锚板和混凝土之间的阻力难以得到更加有效的控制。

2.4 增层结构形式缺乏有效创新

结构形式是影响建筑增层改造质量的重要因素。但是，一些增层结构形式在设计过程中，对于钢结构的特征调查总结存在不足，未能实现对原有建筑结构价值的精准估测，在进行建筑载荷分析过程中，对于现有建筑结构形式的创新价值缺乏必要的了解，无法在满足建筑内部空间需求的基础上，实现对增层结构形式的有效优化。在一些建筑的结构增层过程中，由于缺乏对结构耐久性的分析，导致增层结构的设计工作难以实现成本的有效控制。

2.5 设置的夹层结构方案缺乏合理性

在应用增层改造技术的过程中，虽然设置了混凝土结构，但是对于主体结构的部件应用情况缺乏足够的重视，导致钢筋混凝土内部的梁柱节点未能实现合理设置，难以在梁柱拼接形式的设计方面取得理想的成效，也使得纵筋和箍筋的布置无法具备足够的合理性。在制订夹层结构方案时，由于对于梁柱节点的铰接强度缺乏详细考察，导致主体的损伤无法得到有效控制，无法为制订夹层结构的优化方案提供必要保障。在制订阶层结构方案时，由于对于主梁的跨度情况缺乏必要关注，没有对主梁的承载力需求实现有效研究，导致裂缝和挠度控制方案无法与增层改造技术的应用需求保持一致，无法为优化夹层结构方案提供必要的支持。部分夹层结构方案对于地震状态下的振动幅度缺乏足够的预测分析，没有结合基础反力的特点实现对结构方案的评估，尤其对于夹层标高的设置合理性考察分析不够具体，难以在模板支架设置方面取得理想的成效。一些夹层结构方案缺乏对混凝土浇筑技术应用需求的深入分析，没有结合施工周期情况对施工费用的支出水平进行精准预测，导致大梁浇筑技术的应用无法为混凝土的有效使用提供帮助，不利于夹层结构的进一步改良。

3 钢结构在既有建筑室内增层改造中的优化应用策略

中铁建安工程设计院有限公司的科技研发综合楼项目位于陕西省西安市未央区广安路3619 号，该综合楼的建筑面积为5670 m2，地上8 层为框架结构，层高为10 m。为充分利用此空间，项目在前期规划中考虑将此空间增加夹层，夹层下部为员工食堂，夹层上部为综合报告厅，如图1所示。

图1 剖面图

3.1 提高现场载荷实验的设置水平

在设计建筑室内增层改造方案的过程中，中铁建安工程设计院有限公司结合钢结构的应用特点对现场载荷实验进行灵活设置，根据建筑楼面板的特征制订持续荷载技术方案，使各加固点的异常问题可以得到精准判断，并保证在钢结构的加固效果得到维护的情况下，实现对载荷方案的灵活设定。在设计过程中加强对新增钢加层载荷试验细节的关注，尤其对载荷标准值的设计合理性进行深入考察，能够使极限状态下的室内增层改造方案可以得到进一步优化[1]。项目改造前的情况如图2所示。

图2 项目改造前的现场情况

3.2 提升超声波探测焊缝技术应用成熟度

在设计增层改造技术方案的过程中，中铁建安工程设计院有限公司将钢结构焊接技术的应用摆在突出地位，对全熔透焊缝的构成特点进行考察分析，并从多个方面出发探索锚板的加劲技术改良方案，能够使焊缝的外观识别效果更加理想，为超声波探测焊缝技术的精准使用提供帮助。提升超声波探测焊缝技术的应用成熟度有两个途径：第一，对超声波探测的相关设备应用细节进行总结，根据焊缝的裂纹和咬边现象，对未熔合缺陷进行成因分析，并对相应的焊渣进行清除，使超声波探测技术的精准性优势得到凸显[2]；第二，提高对无损检测技术等级评定情况的重视，根据建筑增层改造的总体需求制订焊缝质量控制方案，使钢结构施工质量的验收流程更具有规范性。项目改造中的现场情况如图3 所示。

图3 项目改造中的现场情况

3.3 提高增层改造设计方案的科学性

在增层改造方案的设计过程中，中铁建安工程设计院有限公司结合钢结构的实际应用情况制定平面布置图，使钢结构可以与建筑原有的柱网实现有效衔接，并保证框架柱的尺寸控制的合理区间[3]。为提高增层改造设计方案的科学性，应做好以下工作：第一，在使用钢梁的过程中，结合建筑的锚固需求处理钢梁的具体应用措施，尤其要对梁柱下方的净高度进行合理分析，使组合楼板的应用可以具备更加理想的技术条件，并在厚板厚度控制方面取得更大的进展。第二，对柱网的对称性和规则性加以考察，对混凝土柱的连接点特征加以研究，使化学锚栓的结构胶可以充分发挥作用，并保证混凝土胶结技术得到成熟应用[4]。第三，在锚板应用的过程中，不断总结高压灌注技术应用特征，并对化学锚栓的抗剪强度特征进行详细考察，以便在应用增层改造技术的过程中，可以与增层改造的总体需求保持一致，并保证增层改造方案可以得到全面改良。项目改造后的现场情况如图4 所示。

图4 项目改造后的现场情况

3.4 提升增层结构形式的创新有效性

在建筑增层结构形式的具体设计过程中，中铁建安工程设计院有限公司针对钢结构的应用情况，对建筑的承重骨架状况进行详细考察，并使建筑结构可以在增层结构形式创新方面发挥更大的作用，进而满足建筑截面的改进需要[5]。为提升增层结构形式的创新有效性，应针对建筑的安装周期情况实现对增层结构现有布置合理性的总结，并保证混凝土结构的耐久性得到改进。

3.5 提高夹层结构方案的设置合理性

在制订增层改造方案的过程中，中铁建安工程设计院有限公司将夹层的合理布置作为基础性工作，并对混凝土结构应用过程中的技术难点加以总结，使钢筋的使用可以与原主体结构的特征保持一致，进而满足梁内纵筋和梁柱节点的对接需要。为提高夹层结构方案的设置合理性，应做好以下工作：第一，加强对纵筋以及箍筋均匀性的关注，尤其应对梁柱节点的铰接技术应用状态加以分析，使植筋技术的应用能够与原有柱体保持一致，进而满足柱体损伤的规避需要；第二，加强对主梁跨度的重视，结合钢筋的承载力情况对梁高以及结构的自重进行优化设计，使振动幅度管控措施可以得到进一步调整，为夹层标高的优化设计提供必要的支持[6]；第三，使模板支架的设计能够与钢结构的应用需求保持一致，以此满足夹层结构方案的改进需要。

4 结语

钢结构的应用会影响建筑室内增层改造的质量，因此在当前的建筑室内增层改造技术创新需求较为迫切的情况下，应加强对钢结构应用技术状况的分析，并结合具体存在的问题制定改良策略。