关于框架结构房屋的施工技术探讨

杨勇

摘要：本文从总则、一般规定、结构型式、材料选择、柱轴压比限值与梁板截面选择、其它等6个方面提出了套建增层预应力混凝土框架结构房屋的设计与施工建议，同时还分析了国内外增层工程实践情况，可为既有房屋采用预应力混凝土框架套建增层提供参考依据。

关键词：套建增层 框架结构 施工技术

Abstract: This article from the general, general provisions, structure, material selection, limit value of axial compression ratio of column and beam section, the other 6 aspects of the outer-jacketing prestressed concrete frame structure building design and construction methods, and also analyzed the domestic and foreign increasing layer engineering practice, for the existing building with prestressed concrete frame of outer-jacketing reference.

Key words: outer-jacketing frame structure; construction technology;

中图分类号：TU3 文献标识码：A文章编码：

1.引言

框架结构房屋套建增层，不但可使土地上房屋容积率增大几倍到十几倍，达到有效利用国土资源的目的，而且可使房屋的造型与周围新建房屋相协调，达到对既有房屋进行现代化改造的目的，提升城市现代化的整体水平。

我国虽然开展了一些既有房屋的套建增层实践，但系统的理论与试验研究尚需进一步深入。例如，东南大学宋健阐述了外套框架加层设计的一些基本要求并给出了外套一支撑框架加层结构、外套框架一剪力墙加层结构、外套框架一旧框架短梁连接加层结构弹性设计方法和施工方法。

另外，四川省建筑科学研究院主持编制了《砖混结构房屋加层技术规范》(CECS78:96)。在该规范中论述了加层的基本原则、直接加层法和外套结构加层法等内容。其中外套结构加层法中论述了可采用的几种结构体系:如可采用在原房屋外套“底层框架一剪力墙，上部各层为砖混结构”、“底层框架一剪力墙，上部各层为框架结构”、“底层及上部各层均为框架结构”等，并对外套结构房屋总高度和总层数进行了限制。但所提限值是根据全国各地已建成的分离式加层结构的实践经验并参考相关规范而制定的，没有可靠的理论依据。

2.套建增层预应力混凝土框架结构房屋设计与施工建议

2.1总则

为了在预应力混凝土框架套建增层结构设计中贯彻国家的技术经济政策，做到技术先进，安全适用，经济合理，确保质量，提出本方案。

2.2一般规定

（1）对既有房屋进行套建增层改造必须在充分论证的基础上进行。

（2）对既有房屋进行套建增层改造原则上应能保证在套建增层施工过程中原房屋的正常使用。

（3）对既有房屋进行套建增层改造应尽可能实现结构受力与施工措施的一体化。

（4）经套建增层改造的房屋结构的安全性、耐久性和适用性原则上不低于现行设计标准。

2.3结构型式

（1）套建增层预应力混凝土框架柱仍可采用普通钢筋混凝土框架柱。

（2）套建增层结构一层顶框架梁采用内置钢析架预应力混凝土组合框架梁，通过在(预应力)钢桁架下侧挂底模，并以底模为支承设置侧模，来实现在浇筑混凝土过程中由(预应力)钢桁架承担梁自重和施工荷载。待混凝土达到设计强度等级值的75%以上时，张拉梁体内曲线布置的预应力筋，形成预应力钢析架一混凝土组合框架梁。

（3）框架节点仍按普通预应力混凝土框架节点对待。

（4）套建增层结构一层顶的次梁采用内置钢箱——混凝土组合梁，内置钢箱可由二槽钢对焊而成。通过在钢箱下侧挂底模，并以底模为支承设侧模来实现施工过程中由钢箱来承担次梁自重和施工荷载，在使用阶段内置钢箱与其外围钢筋混凝土以组合梁的形式开展工作。

（5）板为普通混凝土板，但垂直于次梁内置钢箱焊接槽钢作主楞，在主楞上布置木方作次楞，在次楞上铺放板底模，这样在施工过程中板的荷载直接传给次梁。

2.4材料选择

（1）套建增层预应力混凝土框架结构房屋的材料选择原则上与新建预应力混凝土框架结构房屋相同。

（2）新增套建增层结构一层顶的内置钢析架与钢箱用型钢及焊缝用焊条应符合《钢结构设计规范》(CB50017一2003)的要求。

2.5柱轴压比限值与梁板截面尺寸选择

（1）关于套建增层框架抗震构造等级的划分原则上与新建房屋用预应力混凝土框架相同，但对于8度抗震设防区处于11类、111类场地土的套建增层预应力混凝土框架结构房屋，当新增套建结构底层结构层高为7.0m、7.5m，上部套建增层层数为2层时，其柱的内力增大系数按一级抗震框架柱取用柱的内力增大系数，相应的梁、柱及节点的抗震构造等级也按一级对待。

（2）套建增层混凝土框架柱的轴压比应按照下表选用

表1 套建增层混凝土框架柱轴压比限值

（3）梁板尺寸选择与新建房屋结构相同

2.6其它

（1）在设计内置钢析架预应力混凝土组合框架梁和内置钢箱混凝土组合梁时要合理考虑型钢的两阶段受力。

（2）次梁的内置钢箱通过连接焊板与框架梁应有可靠的连接。

（3）框架梁的内置钢析架及次梁的内置钢箱的安装就位应符合《钢结构工程施工质量验收规范》(CB50205一2001)的要求。

（4）套建增层预应力混凝土框架的抗震构造等级的划分应符合上述第61条要求。各抗震构造等级的套建增层预应力混凝土框架应符合《预应力混凝土结构抗震设计规程》(JGJ140一2004)的相关计算要求和构造要求。

3.我国增层工程实践案例

原纺织工业部办公楼 (由三层增至五层)。为解决外套框架上刚下柔问题，在原砖混结构局部横墙处采用钢筋混凝土夹板墙加固，夹板墙直通到顶，在上部新增楼层变成钢筋混凝土剪力墙。原楼梯间也采用夹板墙加固，直通顶层形成筒体。通过该方法将增层与对原结构加固有机地结合起来。

阳泉市信托投资公司红楼加层工程，将四层框架加至十三层。原建筑为4层框架结构房屋，总高度为17.5m，外轮廓尺寸为29m*26.60m，位于阳泉闹市区。业主要求在建设期间不能影响下部4层商场正常营业。最终方案为在五层和九层设承托转换层，每个转换层分别承担上部3层子框架荷载，每侧各设4个巨型柱，周边采用裙梁相连接，形成框筒体系抗侧力结构，并适当增大屋面梁的刚度，从而形成外套巨型框架内部为子框架的结构体系。底层转换层施工时利用原建筑框架柱和基础的富余部分承载力，通过简支在原框架柱上的钢析架来承托底层转换层及其子框架的自重及施工荷载。第二个转换层及子框架的自重及施工荷载通过设置层层支撑传递给底层转换层。

北京市建筑设计研究院设计的北京日报社综合业务楼接层工程采用了在原四层砖混办公楼外套建四层的组合框架。原建筑地上四层，地下一层，建筑面积为6150m2。为减轻自重，套建框架结构房屋的主次梁均采用钢结构。利用原屋面做新增楼层的楼面，以一层主梁托两层楼盖。主梁为钢板组合焊接工字梁，梁高1m。托层梁用I40工字钢。柱子采用了钢骨混凝土柱。

铁道部第四勘测设计院设计的某科研设计大楼加层工程采用在原四层砖混结构房屋外套两层预应力巨型框架，其巨型框架内含六层子框架。结构剖面其中考虑了分期分批张拉预应力筋及模拟施工过程对结构计算的影响，但针对罕遇地震下的结构性能未涉及。

中南建筑设计院的曾华卿和许敏尝试将外套钢筋混凝土空腹析架用于既有房屋套建增层中，其空腹部分作为楼层，可降低层高，减小工程造价，但文中对上刚下柔的空腹析架式框架未考虑抗震设计。

此外，国内其他单位也开展了一定的套建增层工程实践，这里就不一一列举。

参考文献：

[1]张雷明，刘西拉.钢筋混凝土结构倒塌分析的前沿研究[J]，地震工程与工程振动，2003，23(3):47一52.

[2]傅学怡.整浇钢筋混凝土建筑结构抗震设计理念探究—来自台湾、阪神和阿拉斯加等地震震害的启示[J].建筑结构.2005，(5).

[3]杨红，韦峰，白绍良，王珍.柱增强系数取值对钢筋混凝土抗震框架塑性铰机构的控制效果[J]，工程力学，2005，22(2):155一161.

[4]焦振刚，陶学康.预应力混凝土结构的抗震性能及设计反应谱的探讨[J].工程抗震，2000，(3):19一26.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。