城市既有建筑改造中钢格构框架结构的应用

张雄威

摘要：我国城市中存在大量的老式建筑，随着城市的发展和人们对各种性能的需求越来越高，许多城市都在进行着对老式建筑的改造。由于老式房屋多为砖混结构，在长期的使用中，其垂直承载力会发生一定程度的劣化，从而导致安全问题。因此，本文建议将钢格构式框架结构运用于现代化城市旧房改造工程中，提高其整体承载力。

关键词：城市更新;既有建筑改造;钢格构;框架结构;墙体承载力

前言：钢格构式框架结构是目前比较常用的一种结构形式，它是一种新型的结构形式，它可以提高原有建筑物的承载能力，而且它的改造过程相对简单，改造费用也比较低廉，而且能够提高原有建筑物的抗震性能。为此，本文着重分析了钢框架结构在现有建筑物的改建中的应用。

1 采用钢格构框架结构进行建筑加固的原理

在我国城市砌体结构工程中，无筋砌体结构在竖向承载力和抗剪性能方面表现出较差的特点。在无筋砌体结构施工中，采用植筋、对穿螺栓连接、结构胶等方式，充分利用圈梁结构和结构柱结构，将钢筋混凝土与建筑的圈梁、砖墙连接在一起，形成结构柱;当原有结构缺乏环梁或结构构件时，可以采用钢筋混凝土结构代替圈梁结构。采用这种方法对砌体进行加固，可以达到两种效果：一是钢格构柱加固区可以将局部荷载转移到与之相连的圈梁上;二是钢格构柱的上下固结结合形式及其本身的良好抗弯刚度，可以有效地限制砌体的变形，提高砌体的整体性能，并控制裂缝的扩大，进而提高承载力。在对钢筋混凝土框架进行加固的基础上，钢筋混凝土柱受力性能和框架框架的约束性能得到了明显改善。同时，裂缝墙体的刚度劣化程度明显下降，结构由脆性破坏向延性破坏过渡，从而提高了结构的使用寿命。

2.城市既有建筑改造实例分析

2.1既有建筑改造工程项目概况

某城镇房屋改建工程是一楼二楼，一楼是砖混砌体结构，二楼是钢筋砼框架结构。由于工程建设已经有五十多年的历史，其结构性能逐年降低，为保证其使用安全，对其进行了改建，建成后的建筑层数和使用面积不会发生变化。在工程改建中，根据本市的具体情况，对新建房屋进行了抗震设计，其抗震强度为6度，地震加速度为0.05 g，采用标准防震设计，基础风压0.45 kN/m2， B级地基基础雪压力0.40 kN/m2。鉴于在此工程中采用钢格构式框架结构，不仅可以有效地增强整个结构的承载力，而且施工过程简单、造价低廉，因此采用了钢格构式框架结构。

2.2既有建筑改造方案

由于这座大楼已经使用了五十多年，所以它的材质和结构都有了很大的问题，如果不加以改造，将会有很大的危险。在对工程进行改建时，由于其自身的历史意义，因此在设计时应尽量避免对原有的整体风格进行大的改变。在进行改建时，必须拆除填充墙、楼板等结构，并将其整体框架、柱子和梁的完整保留，这主要是因为其樓面和填充物只能承担自身重量，而没有承担全部承载力的作用，所以必须拆除墙体和填充物，增加新的结构，才能有效地提高结构的承载力。增加了框架柱和梁，并与原有的结构结合，构成了钢框架框架。

在此工程改建工程中，因其地处市中心，工程实际受诸多约束，且改造周期相对较短，工期较紧。为此，在建筑内部进行了双层钢格构框架结构的设计，并在结构内部应用承压型钢板和混凝土面层。这样的改造方式，不仅减少了模板的使用量，也减少了拆除和拆除模具的工作量，提高了改造的效率，并且在混凝土柱结构附近增加了钢柱，保证了建筑的内部空间利用率。

在原有结构的改建中，工人不仅要进行设备管道的施工，而且要保证结构的内部高度符合原有的使用需求。因此，在建筑梁柱构造中，采用格构梁和格构梁进行构架改建，既可以提高结构的承载力，又不会对建筑物的内部使用空间造成一定的影响。

在本项目的改建工程中，格构柱和格构梁均为长方形，采用肢件组合而成。肢件采用横向缀条和纵向缀条进行连接，缀条、肢件和梁柱共同组成现有建筑物的构架。在本项目的改建方案设计中，考虑了各种因素，最终选定了格构柱尺寸为740毫米×250毫米，肢件尺寸为140 mm×90 mm×10 mm，而缀条的规格为90 mm×90 mm×10 mm;格构梁的规格为740 mm×730 mm，肢件的规格为125 mm×125 mm×12 mm，缀条的规格为140 mm×90 mm×10 mm。网架和网架的连接和支腿均为角钢。

2.3格构梁缀条的布设形式

为了确保改造后的大楼还能满足室内的需要，电缆、水管等设备都要在横梁上进行架空。由于暖通管线和通风管道的直径一般都很大，很难在空间内进行直接插入，所以要根据实际情况对管道的布置进行适当地调整。在现有建筑物的改建中，工作人员对施工方案进行了对比分析，最终选定采用带插式通风管的格构梁布置。为防止缀条影响风管的布置，在风管插入时应尽量避免采用斜式缀条，因此，在此工程中，风管的插入位置是在网架中间，受力较小，可以更好地保障整体的安全和稳定。此外，由于通风管道的宽度通常较大，因此格构梁竖向连接处的间隔也应适当增大。

2.4格构梁柱节点

在整个构架结构体系中，格构梁与格构柱之间的连接部位是承载轴力、弯矩和剪力的连接点。由于受力、弯矩、剪力等因素的影响，这些应力都是由结构产生的，因此，通过提高节点的受力能力，可以提高其抗震性能。

针对现有建筑物的受力状况，提出了两种加固方案：第一，在各节点六面布置钢板，形成实腹式结构，在实腹式结构的支持下，提高了结构的承载力;方案二，在节点六面安装X形饰条，提高了节点的承载力，提高了整体刚度。最后，在施工速度、造价、结构稳定性等方面进行比较，选择了第二种加固方法。

结束语：

总之，在现有建筑物的改建中，采用钢格构框架结构，不仅能保持原有结构的风格，而且能满足现有建筑物的使用要求。另外，对网架结构进行适当地布局，采用网状条带，可以为管道的布局提供更大的空间。在格构梁和格构柱的连接位置，将X形缀条设置在连接位置，可以提升连接点的承载能力，使格构梁和格构柱连接更加稳定。

参考文献

[1]叶青，赵静，赵科科，等.上海市老旧小区综合改造体制机制和实施策略研究[J].城市住宅，2020，27（3）：74-77.