影城改造抽柱技術(shù)分析研究

鄒 紅，李延和，單慶惠

（1．南京工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，江蘇 南京 211816；2．綠城東方建設(shè)管理有限公司，江蘇 南京 211019）

隨著電影行業(yè)的發(fā)展，人們對電影院的布置和觀影效果的要求越來越高，為了滿足現(xiàn)代影院巨幕的安裝需求，往往需要對原結(jié)構(gòu)的使用空間進(jìn)行改造[1]，而抽柱改造是進(jìn)行擴大空間改造中的常用手段。進(jìn)行抽柱擴跨改造時，只需要將擴跨部位的柱進(jìn)行拆除，此技術(shù)具有工期短、造價低、建筑材料用量少的特點，并且在拆除改造過程中也不會產(chǎn)生環(huán)境污染。

影城改造是對原結(jié)構(gòu)的局部進(jìn)行改造，改造過程中不能影響其他樓層的正常使用，因此要盡量減少對原結(jié)構(gòu)的拆除，如何進(jìn)行抽柱托換及影城改造中抽柱托換托梁法的計算方法就顯得尤為重要。同時影城改造是對原有框架結(jié)構(gòu)的改造，而目前框架結(jié)構(gòu)的抽柱托換方法比較多[2]，對這些方法的研究以及如何有效地將其應(yīng)用在影城改造上是目前面臨的問題，文中針對影城改造中可能用到的設(shè)計方法進(jìn)行分析，比較不同抽柱托換方法的優(yōu)缺點及研究其適用性，同時對影城改造中這些設(shè)計方法的計算公式進(jìn)行推導(dǎo)，并在原方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，推導(dǎo)出適用于影城改造的計算方法。

1 抽柱改造的方案分析

對既有建筑進(jìn)行抽柱改造，必須考慮待抽柱所承受的荷載如何解決，這時候需要使用相關(guān)技術(shù)，使待抽柱承擔(dān)的荷載可以傳遞到周邊加固柱上[3]。

普通的抽柱托換方法有很多，比如混凝土加大截面托換法、粘鋼加固法、附加腹板柱法、增設(shè)雙角鋼支撐法等，但是這些方法并不適合于在影城改造中?；炷镣辛悍ㄐ枰黾釉炷亮旱慕孛娓叨?，這樣造成原結(jié)構(gòu)的高度降低，對于影城這種需要較高凈空的明顯不適用；粘鋼加固法不會增加截面面積，也不會影響凈高，但是其加固效果無法滿足影城抽柱所需要的要求，同時其對于溫度要求也較苛刻，影城抽柱托換明顯也不滿足這個要求；附加腹板柱法和增設(shè)雙角鋼支撐法則都是是適用于抽柱層上層對于使用空間要求不高的建筑，同時附加腹板柱要占用少量空間，對于影城改造需要的是抽柱后兩層變一層，對空間要求較高，很明顯這兩種方法也并不適合。本節(jié)主要從預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法、體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力托換法、鋼桁架托梁法三種托換方案進(jìn)行系統(tǒng)介紹，并進(jìn)行對比分析。

1．1 預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法

預(yù)應(yīng)力托梁法是在需要加固梁的底端增加預(yù)應(yīng)力鋼絞線，然后再通過加固梁錨固到兩側(cè)[4]，從而使得鋼絞線和原結(jié)構(gòu)連接在一起，構(gòu)成一個超靜定結(jié)構(gòu)，然后再對鋼絞線進(jìn)行張拉，起到提高結(jié)構(gòu)承載力的作用。

相比較其他傳統(tǒng)托梁法而言，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土托梁法就具有無可比擬的優(yōu)點。這種方法對于加固大跨度托梁有非常好的效果，同時不會影響結(jié)構(gòu)的使用空間，對環(huán)境也沒有嚴(yán)格的要求。對于三層以上改造結(jié)構(gòu)，也有效的減少了結(jié)構(gòu)的自重。

綜合來看，此種方法沒有傳統(tǒng)的托梁法的自重大，占用空間大等明顯缺點，適用面比較廣泛，作為一種較新的托梁法，適應(yīng)于當(dāng)前很多既有建筑的加抽柱托換。但是由于它較復(fù)雜的施工工藝和對施工人員水平要求較高也是限制其發(fā)展的原因，同時在使用過程中需要對鋼絞線進(jìn)行維護(hù)。

1.2 體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力托換法

體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力技術(shù)是預(yù)應(yīng)力技術(shù)的新發(fā)展[5]。和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土托梁法不同，此技術(shù)在對多跨梁進(jìn)行加固時，中跨和邊跨預(yù)應(yīng)力筋的布置不同，中跨在體內(nèi)，邊跨在體外，一根預(yù)應(yīng)力通過中跨延伸至邊跨從而加固邊跨周邊梁。

除此之外，這種技術(shù)在布線方式上也區(qū)別于普通預(yù)應(yīng)力托梁法。此技術(shù)采用交叉布線方式，而采用此布線方式主要是由于預(yù)應(yīng)力在布置過程中，需要繞過柱子，加固邊跨的相鄰梁。

另一方面，體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力技術(shù)由于布筋方式較復(fù)雜，在加固過程中，預(yù)應(yīng)力損失較多[6]。為了對損失的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行準(zhǔn)確的計算，必須對預(yù)應(yīng)力束進(jìn)行分類。同時，從中跨延伸出來的預(yù)應(yīng)力束中僅有部分是用來加固邊跨梁，剩余預(yù)應(yīng)力束則錨固在柱邊。

1.3 鋼桁架托梁法

在被抽柱層以上的樓層，利用組合桁架的方法來分擔(dān)荷載進(jìn)行加固，其中的桁架組合可以由兩層梁與新加的腹桿組成。由于桁架設(shè)置在兩層梁之間，因此所在層的使用高度并沒有受到影響，見圖1。

圖1 托梁圖法例

根據(jù)是否設(shè)置斜腹桿，將桁架托換法分為普通桁架法和空腹桁架法。

1.3.1 普通桁架法

普通桁架的組成包括豎向和斜向的腹桿以及兩層梁所構(gòu)成的弦桿。利用桁架來承擔(dān)被抽除柱的荷載，此方法需要在桁架中設(shè)置斜腹桿，并且可能多個桿件相交于一個節(jié)點，在既有的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行鋼筋的錨固與混凝土的澆搗等使得施工難度加大，因此其實際應(yīng)用受到了一定的限制。

1.3.2 空腹桁架法

空腹桁架的組成包括豎向腹桿以及兩層梁所構(gòu)成的弦桿。采用此種方法時，以鉸接的方式連接腹桿與上、下弦（梁）。由于上、下弦的受力與多跨連續(xù)梁類似，因此，對上、下弦（梁）彎矩的調(diào)整主要由原來兩根梁的剛度來決定，導(dǎo)致對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的調(diào)整有很大限制。但此種方法腹桿中沒有斜腹桿，因此，降低了施工難度。

1.4 方案對比

以上三種抽柱托梁法在影城改造中都可以使用，下面將其之間的適用范圍、施工難易以及優(yōu)缺點進(jìn)行對比分析，如表1所列。

從表1中可以看出，以上三種方法都有很多相應(yīng)的優(yōu)點，而預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法和體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力技術(shù)沒有改變原梁板的受力途徑，只是增強了原來結(jié)構(gòu)的承載能力，兩種預(yù)應(yīng)力技術(shù)自重較輕，可以降低托梁的高度，使得建筑物使用空間的凈高不會受到太大影響；同時提高了托梁的剛度，減小了變形，減小了托梁中的拉應(yīng)力，提高了抗裂能力；另外，充分發(fā)揮了鋼材抗拉強度高而混凝土抗壓強度高的特點，消除了應(yīng)力應(yīng)變滯后的缺點，更適合于影城改造的抽柱托換。

表1 三種抽柱改造方案的對比

2 工程實例應(yīng)用

2.1 工程概況

本工程為常州溧陽上河城商業(yè)廣場，原建筑用途為家樂福超市，地下二層，地上四層，房屋平面尺寸為87.35 m×71.85 m，房屋高度為23.45 m，一層層高為5.5 m，二、三層層高為5.55 m，四層層高為6.86 m，結(jié)構(gòu)體系為框架體系，基礎(chǔ)類型為平板式筏基，柱網(wǎng)間距為橫向10.8 m，縱向8.8 m，抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防?，F(xiàn)將三層和四層進(jìn)行改造，通過拆除、加固改造、加層將三層、四層改造為電影城和KTV。改造后三層結(jié)構(gòu)改造平面圖如圖2所示。

圖2 三層結(jié)構(gòu)改造平面圖

從三層結(jié)構(gòu)改造平面圖可以看出，10.8 m和8.8 m的柱間距均無法滿足影廳的水平跨度，將三層、四層變?yōu)橐粚雍螅總€影廳都會有一到兩根柱子，因此必須將這些影廳中的柱子進(jìn)行拆除。在抽柱改造過程中可以有多種方案：（1）預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法（2）體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力托換法（3）鋼桁架托梁法。

本工程采用預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法和體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力托換法進(jìn)行抽柱托換。其中典型的抽柱拆除法預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法加固[7]，其具體計算見下小節(jié)。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土托梁計算

以溧陽影城改造工程作為背景，以C軸1-3跨YWKL3跨中截面計算。

（1）縱向預(yù)應(yīng)力筋估算：

通過計算得到該梁需承擔(dān)的跨中最大彎矩∶

故選用16根Φ215．2鋼絞線，

（2）有效預(yù)應(yīng)力計算：

錨具內(nèi)縮損失：

混凝土收縮徐變：

此工程算例只考慮這兩種損失，則總損失∶

有效預(yù)應(yīng)力損失∶

（3）非預(yù)應(yīng)力筋計算：

取 PPR=0．6，則

偏保守受拉區(qū)配 10Φ25（AC=4 900 mm2）；受壓區(qū)構(gòu)造配 8Φ25（AC=3 200 mm2）。

（4）承載力驗算：

從結(jié)果看出，此預(yù)應(yīng)力加固滿足承載力的要求。

3 結(jié)論

通過影城改造抽柱技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，得到以下結(jié)論：

（1）影城改造對影城的樓層凈空、溫度、空間等有較高要求，普通的抽住托柱方法不滿足其要求，預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法、體內(nèi)外同索預(yù)應(yīng)力托梁法、鋼桁架托梁法均適用，每方法均有不同的適應(yīng)范圍及優(yōu)缺點。

（2）典型的預(yù)應(yīng)力混凝土托梁法通過具體工程實例進(jìn)行截面計算，承載力滿足要求，該預(yù)應(yīng)力加固方案滿足影城改造要求，該技術(shù)適用于影城改造的抽柱。