李春芳 王 東

將既有建筑的平屋面改為坡屋面建筑簡(jiǎn)稱為“平改坡”,“平改坡”工程一般情況屬于對(duì)屋面修繕整治,現(xiàn)在大量出現(xiàn)的“平改坡”工程多是對(duì)年代相對(duì)較長(zhǎng)的建筑進(jìn)行外觀美化,在不影響建筑安全使用的前提下改善其屋面防水隔熱的性能,極大改善了城市的住宅景觀效果。

1 “平改坡”設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題

“平改坡”涉及到的建筑大多為年代相對(duì)較早的老建筑,且多為普通多層住宅,鑒于老建筑的情況多種多樣,為了保證“平改坡”工程安全實(shí)施,對(duì)計(jì)劃進(jìn)行“平改坡”的建筑應(yīng)觀察是否有裂縫、沉降不均勻等現(xiàn)象,判斷建筑物的沉降是否已經(jīng)穩(wěn)定或者尚在進(jìn)行中,如果存在以上問(wèn)題,應(yīng)慎重處理,以免建筑物沉降時(shí)損壞新作屋面的防水層。對(duì)于底框結(jié)構(gòu)(即底層為框架結(jié)構(gòu),上部為磚混結(jié)構(gòu),底層的1層～2層框架托起上面3層～4層的磚混結(jié)構(gòu))、超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)或者層差較大的結(jié)構(gòu)以及單元拼接有過(guò)大彎折且未設(shè)置沉降縫的多層住宅非常容易出現(xiàn)裂縫、沉降不均勻的現(xiàn)象,對(duì)這些情況要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真復(fù)核,然后再考慮能否及如何實(shí)施“平改坡”?！捌礁钠隆惫こ炭梢悦黠@改善城市的建筑景觀,所以城市中的大量臨街多層住宅被列為“平改坡”對(duì)象,這類建筑可能存在破墻開(kāi)店作商業(yè)用房,有些還存在違規(guī)搭建的現(xiàn)象,此類建筑在進(jìn)行復(fù)核時(shí)要注意檢查是否有拆除承重墻的現(xiàn)象,如果有則需要謹(jǐn)慎處理。

“平改坡”工程的詳細(xì)復(fù)核需要對(duì)工程的原始資料進(jìn)行收集,這項(xiàng)工作繁瑣但是非常重要,需要收集的必備資料包括:總平面圖(了解“平改坡”建筑與周圍建筑的相對(duì)關(guān)系),建筑平、立、剖面圖,結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)平面圖,屋面結(jié)構(gòu)布置圖等全套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙及竣工圖紙,原有的屋面防水隔熱措施及作法。對(duì)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的建筑設(shè)計(jì)單位應(yīng)進(jìn)行實(shí)地踏勘,對(duì)收集到的資料進(jìn)行認(rèn)真分析后才可以進(jìn)行“平改坡”設(shè)計(jì)工作。

2 “平改坡”建筑屋面的結(jié)構(gòu)布置

1)僅在原有建筑屋面外墻的圈梁植入鋼筋,然后新澆筑一圈鋼筋混凝土圈梁,新、舊圈梁通過(guò)植入的鋼筋連接為整體,并以此新增加的鋼筋混凝土圈梁作為上部輕型剛架的支座。在此圈梁上需要支撐輕型剛架的位置預(yù)先做好埋設(shè)件,再將輕型剛架與埋設(shè)件連接,上部剛架的計(jì)算可按兩端簡(jiǎn)支的桁架進(jìn)行內(nèi)力和截面設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1),各榀桁架之間再通過(guò)系桿、支撐等聯(lián)系起來(lái),使其成為完整的受力體系。這種結(jié)構(gòu)布置方案的特點(diǎn)是:僅在外墻一周新增鋼筋混凝土圈梁與原有圈梁對(duì)齊,新舊屋面的連接及整體工作性能相對(duì)較弱,對(duì)于雙坡屋面上部的輕型剛架采用三角形桁架,兩端支座為鉸接,屋面的整體橫向剛度較低,荷載作用下三角形桁架的拋物線彎矩圖與屋架的三角形外形相差懸殊,致使這種屋架的弦桿受力不均,支座處內(nèi)力較大,跨中內(nèi)力小,弦桿截面不能充分發(fā)揮作用[1]。

三角形屋架的腹桿布置方式通常有人字式(見(jiàn)圖2a))和芬克式(見(jiàn)圖2b))。芬克式的腹桿較多,但是它的壓桿短、拉桿長(zhǎng),受力相對(duì)合理,而且可以分兩個(gè)小桁架制作和運(yùn)輸,較為方便。人字式腹桿的節(jié)點(diǎn)較少,受壓腹桿較長(zhǎng),適用于跨度較小的情況,但是人字式屋架的抗震性能優(yōu)于芬克式屋架,所以在強(qiáng)地震烈度地區(qū),常用人字式腹桿的屋架[2]。

“平改坡”工程中一方面考慮工程造價(jià)需要盡量減少用鋼量,另一方面,新增加的上部結(jié)構(gòu)的重量盡量要小,以減小對(duì)建筑物地基基礎(chǔ)的影響,所以對(duì)跨度較小(≤15 m)的建筑[3],可以采用在建筑物外墻一周新增圈梁,其上支撐兩端鉸接三角形桁架的方案。

2)在原有建筑屋面外墻一周布置圈梁,同時(shí)在需要支撐上部輕型剛架的橫向承重墻位置布置鋼筋混凝土臥梁,新布置的臥梁位置盡量與承重墻重合,不能重合時(shí),需設(shè)置架空梁,架空梁的兩端應(yīng)支撐在原有承重墻上,其余梁底均用20 mm厚聚苯乙烯泡沫塑料墊起,不與原屋面直接接觸。在圈梁、臥梁及架空梁上設(shè)置埋設(shè)件來(lái)支承輕型剛架的小立柱,再由小立柱支承屋面斜梁,此輕型剛架可按多跨連續(xù)梁進(jìn)行內(nèi)力和截面設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖3)。采用這種方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置,增加了臥梁及架空梁,與外墻圈梁連成整體,增加屋面整體剛度,整體工作性能得到改善,對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能有較大提高。同時(shí)通過(guò)內(nèi)力計(jì)算及截面尺寸比較,在合理的位置布置輕型剛架的小立柱,通過(guò)控制立柱的間距來(lái)調(diào)節(jié)屋面斜梁的跨度及截面尺寸,已達(dá)到受力合理,截面經(jīng)濟(jì)的效果。

所以,當(dāng)“平改坡”建筑物的跨度較大時(shí),可以在合適的位置增加臥梁和架空梁支承小立柱,在小立柱上架設(shè)屋面斜梁的結(jié)構(gòu)布置方式,屋面斜梁的跨度宜控制在2 m～3 m內(nèi),小立柱的高度控制在3 m之內(nèi)較經(jīng)濟(jì)[3]。

3 “平改坡”建筑的地基承載力

“平改坡”建筑在原有建筑基礎(chǔ)上增加了荷載,一般情況下“平改坡”使用輕質(zhì)材料,荷載增加較小,而且進(jìn)行“平改坡”的建筑物大多建成年代相對(duì)較長(zhǎng),對(duì)于沉降已經(jīng)穩(wěn)定的建筑或者經(jīng)過(guò)預(yù)壓的地基,可以適當(dāng)提高地基承載力[4]。對(duì)于一般的砂性土、黏性土的地基承載力提高值見(jiàn)表1[6]。

表1 地基承載力提高系數(shù)取值

性質(zhì)不同的土體在外荷載作用下完成沉降固結(jié)的時(shí)間也不相同。土體中控制其壓縮和抗剪強(qiáng)度的應(yīng)力稱為有效應(yīng)力[5]。土中應(yīng)力狀態(tài)變化引起的土體積變形即土體的壓縮和地基最終固結(jié)沉降,都只依賴于土中的有效應(yīng)力,而與時(shí)間無(wú)關(guān);然而,研究外荷載作用下地基土體壓縮、孔隙中部分水量視土透水性強(qiáng)弱和排水條件以不同速率排出時(shí),土體固結(jié)速率和相應(yīng)的有效應(yīng)力增長(zhǎng)速率則是時(shí)間的函數(shù),在固結(jié)過(guò)程中,土體強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng),而透水性也逐漸降低。在荷載作用下,透水性大的飽和無(wú)黏性土,其壓縮過(guò)程在短時(shí)間內(nèi)就可以結(jié)束。相反,黏性土的透水性低,飽和黏性土中的水分只能慢慢排出,因此其壓縮穩(wěn)定所需的時(shí)間要比砂土長(zhǎng)得多,其完成固結(jié)沉降的時(shí)間也相應(yīng)較長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)舊有建筑實(shí)施“平改坡”工程時(shí),要仔細(xì)調(diào)查了解建筑物的結(jié)構(gòu)體系、使用狀況,查找原始資料并結(jié)合實(shí)地踏勘,充分掌握待改工程的歷史、現(xiàn)狀后制定科學(xué)的施工計(jì)劃,以確保“平改坡”工程的實(shí)施既經(jīng)濟(jì)又合理。2)針對(duì)“平改坡”建筑的不同建筑功能、結(jié)構(gòu)形式,制定合理的結(jié)構(gòu)布置形式,比較文中所述兩種結(jié)構(gòu)布置方式,因地制宜,合理選擇。3)“平改坡”建筑會(huì)增加地基的荷載,通過(guò)控制外加荷載大小來(lái)盡量降低經(jīng)濟(jì)指標(biāo),地基原有的承載力就可滿足新的承載要求時(shí),則方案較為經(jīng)濟(jì),施工也比較方便。

[1] 魏明鐘.鋼結(jié)構(gòu)[M].第2版.武漢:武漢理工大學(xué)出版社,2002.

[2] 包頭鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院,中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].第2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[3] 03J 203,平屋面改坡屋面建筑構(gòu)造[S].

[4] GB 50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6] 張禮順,張力偉.對(duì)房屋增層地基承載力的評(píng)定[J].黑龍江科技信息,2002(12):62.