某中學(xué)教學(xué)樓改擴(kuò)建技術(shù)方案
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李 崢1，高賀香2，秦 麗1，曾 博3
（1．湖北文理學(xué)院建筑工程學(xué)院，湖北襄陽 441053；2．黃淮學(xué)院，河南駐馬店 446300；3．中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北武漢430070）
[摘要]以湖北省某鎮(zhèn)中學(xué)磚混結(jié)構(gòu)的教學(xué)樓改擴(kuò)建為例，通過選擇合適的結(jié)構(gòu)形式、設(shè)置防震縫、墻體節(jié)能措施以及新、舊建筑連接處的加固及基礎(chǔ)處理等方案設(shè)計(jì)，保證工程具有較好的施工條件而不影響舊教學(xué)樓的正常使用；同時(shí)增強(qiáng)了房屋抗震性能，滿足結(jié)構(gòu)受力的要求，節(jié)約改擴(kuò)建的工程造價(jià)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
[關(guān)鍵詞]教學(xué)樓；改建；擴(kuò)建；加固；節(jié)能措施；節(jié)點(diǎn)
[中圖分類號] TU746.3[文章編號]1002-8498( 2016) 10-0076-03
1 工程概況
湖北省某鎮(zhèn)中學(xué)教學(xué)樓于2000年交付使用，總建筑面積2 081m2，5層磚混結(jié)構(gòu)，建筑層高均為3. 6m，單面外廊寬2.1m。隨著招生規(guī)模的擴(kuò)大和改善教學(xué)條件的需要，2014年5月學(xué)校決定對該教學(xué)樓進(jìn)行改擴(kuò)建，在暑假結(jié)束前基本完成擴(kuò)建部分的主體工程和原有教學(xué)樓的改造任務(wù)，施工工期緊迫。擴(kuò)建部分總面積1 996.2 m2，為框架結(jié)構(gòu)，建筑平面布置如圖1所示（陰影部分為原教學(xué)樓）。由于學(xué)校只有這一棟教學(xué)樓，在改擴(kuò)建期間，既要保證學(xué)生在原教學(xué)樓里正常上課時(shí)受干擾少，又要保證施工質(zhì)量及進(jìn)度要求，因此進(jìn)行合理的技術(shù)方案設(shè)計(jì)顯得極為重要。
2 原磚混結(jié)構(gòu)的檢測鑒定
原教學(xué)樓為純教學(xué)用房，墻體采用普通黏土燒結(jié)磚，基礎(chǔ)采用混凝土條形基礎(chǔ)，原混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級為C25，梁和構(gòu)造柱的受力鋼筋均采用HRB335，板的受力鋼筋和箍筋采用HPB235。為了滿足原有結(jié)構(gòu)繼續(xù)使用的安全可靠性，改建設(shè)計(jì)前，業(yè)主委托有關(guān)建筑質(zhì)量監(jiān)督檢測單位對主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢測。抽樣檢測結(jié)果表明：原砌筑材料黏土磚為MU10，砂漿強(qiáng)度等級為M7.5，原圈梁、構(gòu)造柱設(shè)置數(shù)量符合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010的要求，各受力構(gòu)件滿足原設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，梁、柱鋼筋配置符合原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及現(xiàn)行規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)外觀現(xiàn)狀情況：結(jié)構(gòu)情況良好，磚砌體無裂縫，混凝土構(gòu)件鋼筋無外露、無裂縫。整體來看，原磚混結(jié)構(gòu)教學(xué)樓部分不存在結(jié)構(gòu)安全問題，無須采取局部加固、加強(qiáng)措施。
3 擴(kuò)建建筑的結(jié)構(gòu)形式及材料選用
由于擴(kuò)建部分的實(shí)驗(yàn)室、多功能教室需要較大的使用空間，而且2008年汶川地震后國家對教學(xué)樓等特殊建筑的抗震設(shè)防提出較高要求，經(jīng)過綜合分析論證，采用整體性好、抗震性強(qiáng)、強(qiáng)度高的框架結(jié)構(gòu)形式，既滿足了與原教學(xué)樓磚混結(jié)構(gòu)連接容易處理，又符合造價(jià)不會太高的要求。但由于新、舊建筑采用不同的結(jié)構(gòu)形式，需要在連接處設(shè)置沉降縫。
擴(kuò)建部分材料特性：框架部分混凝土采用C30；梁、柱、板內(nèi)的鋼筋均采用HRB400；墻體材料：外墻采用250mm厚加氣混凝土砌塊墻體，內(nèi)墻均采用200mm厚加氣混凝土砌塊，采用粘貼EPS保溫板外墻保溫節(jié)能措施。
4 原教學(xué)樓改建方案
為不影響原教學(xué)樓的正常使用，縮短工期，減少濕作業(yè)，原教學(xué)樓除圓弧部分拆除外，其余均保留，結(jié)構(gòu)平面布置如圖2所示。原有建筑與新建建筑間設(shè)置抗震縫，縫寬≥100mm，并且該縫必須在基礎(chǔ)處斷開，即沉降縫和抗震縫二縫合一。
4.1 原教學(xué)樓節(jié)能保溫改造
由于該教學(xué)樓建造于20世紀(jì)90年代，其主體結(jié)構(gòu)經(jīng)過檢驗(yàn)安全性能完好，但是樓的外飾面陳舊、粉化、剝落、滲漏，外窗變形、窗縫過大，影響使用安全和立面美觀。外立面各部位傳熱系數(shù)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)限值規(guī)定，從而造成整個(gè)教學(xué)樓夏、冬季節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境極差，能耗大，完全不能滿足規(guī)范規(guī)定的新建及改建建筑的節(jié)能要求。外墻耗熱量占建筑總耗熱量的比例最大，因此，在這次進(jìn)行樓體擴(kuò)建的同時(shí)，對舊樓外立面進(jìn)行必要的節(jié)能改造，采用與擴(kuò)建部分相同的墻體節(jié)能技術(shù)，全部外墻采取粘貼EPS保溫板外保溫措施（見圖3），另外對全部舊門窗進(jìn)行更換。經(jīng)過改造以后，教學(xué)樓的節(jié)能效果符合規(guī)范規(guī)定的改建建筑的節(jié)能要求。
4.2 原教學(xué)樓改建部分施工技術(shù)方案
為保證房屋安全穩(wěn)定，應(yīng)先拆除圖2中圓弧處墻體及與之相連的樓板，從4層到1層逐層拆除。然后加固GZ4’，并從基礎(chǔ)到4層逐層加固，同時(shí)在2個(gè)被加固構(gòu)造柱的樓面層位置處設(shè)置拉梁，以保證2構(gòu)造柱共同作用，減少長細(xì)比，增加穩(wěn)定性。待GZ4’加固且強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后，方可拆除原走道橫向墻體。GZ4’加固措施如圖4所示，采用加大原GZ4’的截面方法，另套箍筋，保證新增部分與原構(gòu)造柱緊密結(jié)合，與傳統(tǒng)的加固方案相比更加牢固。原走道橫向墻體從4層到1層逐層拆除到圈梁底，同時(shí)加固相應(yīng)位置處的圈梁QL，圈梁QL加固措施如圖5所示。
4.3 原教學(xué)樓改建部分施工注意事項(xiàng)
1)改建部分必須由具有改造加固資質(zhì)的施工單位實(shí)施。
2)由于圓弧部分為現(xiàn)澆板，故較難拆除，但在施工中必須杜絕野蠻施工，不允許擾動原有結(jié)構(gòu)，保證原有結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性。
3)拆除走道墻體之前必須將上層樓板撐起，避免墻體受力，將不需要的磚掏出。避免拆除時(shí)出現(xiàn)墻體倒塌引起的安全事故，同時(shí)避免圈梁QL承載力過大引起較大變形，影響QL加固效果。
4)原教學(xué)樓改建部分混凝土采用C30，并嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范執(zhí)行。
5)加固QL時(shí)采用專用建筑結(jié)構(gòu)粘鋼用膠，保證粘鋼后有效增加QL的抗剪及抗彎性能。
6)加固GZ4’時(shí)，必須鑿毛原構(gòu)造柱截面，并在其外套箍筋，后用C30細(xì)石混凝土與新增部分構(gòu)造柱澆筑在一起，以保證與新增加部分結(jié)合為一體，共同承受荷載作用。GZ4’加固措施如圖4所示。
7)由于改建原教學(xué)樓后，GZ4’由原來的構(gòu)造柱改為受力柱，因此該GZ4’下的墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)必須保留并驗(yàn)算。經(jīng)驗(yàn)算該基礎(chǔ)滿足抗沖切及抗彎要求，并且相應(yīng)墻下條形基礎(chǔ)只能拆除圓弧墻基礎(chǔ)，延伸到原GZ4’邊緣。
5 擴(kuò)建部分與原教學(xué)樓連接處的基礎(chǔ)處理
由于擴(kuò)建部分不能影響原教學(xué)樓GZ4’的基礎(chǔ)，因此擴(kuò)建部分⑩軸／⑧，⑥軸框架柱及與原教學(xué)樓山墻相毗鄰的框架柱均不能生根于地基上，必須采取特殊措施：將該處框架柱生根于地梁。即在⑩上及⑩，⑩間增設(shè)短柱，兩短柱上設(shè)置地連梁，為了減少地連梁的截面及內(nèi)力，盡量減少地連梁懸臂端的長度，因此需要計(jì)算新增短柱( Z-A)的合適位置，并保證不影響原GZ4’的基礎(chǔ)。通過計(jì)算得到基礎(chǔ)處理方案如圖6所示。
6 擴(kuò)建框架建筑的熱工計(jì)算
對于擴(kuò)建框架結(jié)構(gòu)，需要滿足現(xiàn)行規(guī)范節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求。外墻采用250mm厚加氣混凝土砌塊墻體，采用粘貼EPS保溫板外保溫節(jié)能措施，通過對外墻主體部位熱工計(jì)算，得到外墻主體傳熱系數(shù)為0. 41W/( m2 .K)；對產(chǎn)生熱橋部位的梁、柱和門窗過梁部位進(jìn)行熱工計(jì)算，傳熱系數(shù)均為0. 8W／( m2．K)，再對整個(gè)外墻進(jìn)行平均熱工參數(shù)計(jì)算，滿足湖北省夏熱冬冷地區(qū)建筑節(jié)能要求。
7 結(jié)語
根據(jù)實(shí)際工程情況，經(jīng)過以上改擴(kuò)建方案設(shè)計(jì)，在不影響原教學(xué)樓正常使用的前提下，取得了較好的效果。
1)降低了改建部分的施工難度，有效縮短了工期。既解決了原有教學(xué)樓使用功能不齊全的問題，同時(shí)增加了建筑面積，改善了學(xué)校的教學(xué)設(shè)施條件。
2)如果把投入使用不久的原有教學(xué)樓重建，則與此改擴(kuò)建工程相比要多投入幾百萬甚至上千萬元。因此該方案既節(jié)約了資金，還避免了舊樓拆除產(chǎn)生的建筑垃圾破壞環(huán)境，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
3)在擴(kuò)建的同時(shí)，用不多的經(jīng)費(fèi)利用暑期教學(xué)樓空閑期對教學(xué)樓進(jìn)行改造，極大地改善夏、冬季室內(nèi)熱環(huán)境效應(yīng)。
