屋顶花园改造项目中结构加固方案比选工作方法研究

周辉

摘 要 本文结合某医院屋顶花园改造结构加固方案比选的工作过程，在建设单位限制改造费用的前提下，尝试找到一种确定结构加固方案的工作方法。既有建筑改造项目的结构设计主要分方案阶段和施工图阶段。本文主要关注在方案阶段，综合考虑各种条件，如建筑、景观、现场条件、现有配筋、造价控制目标来确定结构加固方案，包含荷载选取，加固范围和加固方法等。

关键词 屋顶改造；结构加固；方案比选；成本控制

1 项目概况

通过调取本项目建筑图结构图纸，和两次现场踏勘，查明本项目概况。本项目为某三甲医院屋顶花园改造，地点为湖南省长沙市，原建筑为框架剪力墙结构，主楼15层，建筑高度58.17米，裙楼6层，高度20.37米。改造的位置为裙房屋顶，原为普通上人屋面，分别位于主楼的左右两侧的两个区域，屋顶改造面积共1384m2。屋顶建筑面层自重为3.8kN/m2（不含结构自重），设计活荷载2.0kN/m2。本工程原设计出图时间为2006年3月，工程竣工时间为2010年。裙房屋顶下为层高2.7m的设备夹层，设备夹层内主要为手术室净化空调设备。裙房屋顶梁板的下部不允许加固施工，设置梁板支撑系统也会受到限制。建设单位要求结构改造费用限制为80万元。

2 结构根据项目基本情况提出两个基本方案

方案一为对原屋面结构梁板进行核算，对不能满足要求的位置加固处理，具体如下：①拆除原屋面上表面建筑面层等至结构梁板；②原结构板上表面做叠合层，原结构梁经核算不足处加固；③重新设置建筑面层；④屋顶花园种植和铺装。

方案二为原屋面保持不变，新增结构梁板作为新的屋面层；①原屋面上表面仅结构柱顶范围拆除建筑面层至结构柱顶；②以原砼柱作为支座，新增钢梁和钢筋桁架叠合板；③重新设置建筑面层；④屋顶花园种植和铺装。

3 结构初步的计算分析

结构根据景观平面布置，初步确定荷载大小和位置，并提供给鉴定单位对原结构进行可靠性鉴定。鉴定单位初步确定按以上两种方案增加荷载后原结构柱都能满足要求，所以，本文的讨论主要围绕屋顶梁板加固方案的比选。

按照以上两个基本方案分别进行了计算分析，按照方案一对原结构配筋核算，对不满足要求的梁板初步确定加固方式。板配筋不足处采用上表面增加叠合层，对仅梁顶配筋不足处采用梁顶粘钢加固，对梁底配筋不足的采用在梁顶增大截面的方法。按此方案初步确定了具体加固工程量，计算得出结构加固费用为127万。按照方案二进行了钢梁和钢筋桁架叠合板的初步计算，得出方案二的结构改造费用为153万。方案一的优点是造价较低；缺点是梁加固施工需要在底面设置支撑进行卸载，施工非常困难；因梁板仅考虑加固上表面，提高承载力有限，所以需要限制荷载，采用轻质材料，减少种植范围。方案二的优点是施工期间对现使用影响小， 新增楼面不需限制荷载完全满足屋顶花园景观种植需要；缺点是结构改造造价较方案一更高，且两个方案均不能满足结构改造费用的控制目标。

结构分析了两种基本方案的优缺点和初步核算结果，提供给景观专业深化构造做法和平面布置。

4 深入分析屋面荷载大小和结构加固费用的关联

为分析屋面荷载大小与结构加固费用的对应关系，选取屋顶代表部位，对不同景观荷载作用下梁板配筋核算，并分别确定结构加固工程量，得出不同荷载条件时的结构加固费用。把分析结果提供给景观专业，深化景观平面布置和构造做法。

在选取代表位置时，因为前面的核算发现左侧梁板配筋明显富余，右侧梁板配筋富余不多，所以在左右两侧分别选取代表部位。根据景观提供的6种构造做法分别确定恒载：①青砖铺装5.6kN/m2；②草坪铺面4.4kN/m2；③灌木花池7.9kN/m2；④石材铺装4.9kN/m2；⑤木平台铺装4.4kN/m2；⑥塑胶铺装3.4kN/m2。不考虑其他构筑物荷载，代表部位的相邻跨均布置相同荷载，活载均取2.0kN/m2。

对屋面板经多次分析核算，②、④、⑤、⑥不需要加固板；①、③均需在板上表面粘钢处理。确定板加固工程量，由造价专业计算结构加固费用，详表1。

对屋面梁经多次分析核算，对配筋不足的梁采用梁顶加大截面法进行加固，并提供工程量给造价专业计算结构加固费用，详表1。

表1 不同屋面荷载作用下结构加固费用汇总表（活载均取2.0kN/m2）

序号 构造做法 屋面荷载（KN/m2） 加固费用（万元） 单方加固费用（元/m2） 平均值（元/m2）

左侧屋面 右侧屋面 左侧屋面 右侧屋面

1 青砖铺装 5.6 7.29 8.95 770 1234 1002

2 草坪铺面 4.4 0.66 3.07 70 423 247

3 灌木花池 7.9 9.15 12.32 966 1262 1114

4 石材铺装 4.9 0.66 3.88 70 535 303

5 木平台铺装 4.4 0.66 3.07 70 423 247

6 塑胶铺装 3.4 0 0 0 0 0

5 按景观深化调整的平面布置，结合方案一和方案二提出结构改造方案三

5.1 景观深化调整平面布置和构造做法

结构重新核算。按原屋面建筑面层不拆除核算，原屋面建筑面层自重3.8kN/m2，除塑膠铺装外的5种景观构造重4.4～7.9kN/m2，新增景观构造后，出现大面积梁板配筋不足，而加固施工均需拆除原屋面面层至结构表面。所以，为减轻改造后总荷载，原屋面建筑面层必须拆除。

5.2 按原屋面建筑面层拆除

再按景观构造施工，重新进行核算。右侧框梁KL17（截面350×700）在改造后荷载作用下计算配筋5330，实际配筋2940，是原来的1.8倍，仅加固梁上表面需要增加梁高700mm左右，并且加固施工需要在梁底设置支撑卸荷。结构拟在上表面新增钢梁和桁架钢筋叠合板，经试算梁高600mm，可不拆除原屋面面层，不在原结构上加固施工。根据景观平面和原结构梁柱的布置确定新做梁板范围，约455m2。除新做梁板外屋面改造范围面积共929m2，对该范围屋面重新核算。

5.3 根据核算结果

确定结构改造方案三：①原屋面面层拆除面积929m2，保留455m2，保留范围新增钢梁和桁架钢筋叠合板；②原屋面梁加固1处，拟采用梁顶增大截面法加固；③原屋面板加固7处，拟采用板上表面粘钢4处，板上增加叠合层3处；共计281m2。造价专业计算得出方案三结构改造费用共计81.79万，基本满足费用控制目标。

6 根据结构核算结果提出优化建议

（1）因为景观布置的构筑物如木亭子的木柱位置在板中，建议景观稍作调整，把木亭子的木柱位置调整至梁上或板边，可以减少板加固的范围，细部的调整可以取得很好经济效果。

（2）因板面增加叠合层的做法，增加了结构自重1kN/m2，

梁板荷载增加，是加固效率较低的一种方法。对板底配筋不足处的位置建议景观稍作调整，减少部分灌木花池（恒载7.9kN/m2）改做草坪铺装（恒载4.4 kN/m2），通过限制荷载，板底配筋均可通过核算。

7 结束语

综上所述，在加固改造项目中，建设单位限制改造费用的前提下，确定结构加固方案往往要考虑较多的因素，与以往新建项目的结构设计过程有很大的区别。通过本项目结构改造方案的形成过程，笔者总结的主要工作流程和方法：

①首先要查阅图纸并进行现场踏勘，深入全面调查现场的限制条件；②根据项目基本情况提出至少两个结构改造基本方案，并得到概算的造价与费用控制目标间的差距；③根据项目情况深入分析影响结构改造费用的关键因素，并建立关键因素与结构改造费用的对应关系，按照此关系形成给建筑和景观专业对于关键因素的控制建议；④根据建筑和景观专业提供的方案进行分析核算和反馈，不断修正关键因素的参数，直至达到费用控制目标。