饭店改造之钢结构设计与施工要点

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摘要:我国钢产量的快速增长,促进了国内钢结构行业的快速健康发展,钢结构建筑已应用到了社会的各个方面。文章就某饭店的改造、扩建工程,简要介绍了钢结构方案的设计要点和施工要点,依据业主要求和原有建筑情况,采用钢结构扩建将新旧建筑有机结合起来,形成一个完整的建筑体系,满足了业主的经营需要,也为今后类似工程积累了一些经验。

关键词:饭店改造;施工要点;结构设计;设计方案

中图分类号:TU758文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)03-0158-02

一、工程概况

本工程为太原某饭店,根据甲方需要,在原建筑位置对饭店进行改造、扩建,如图1所示平面布置图:

图中,A、B、C区为砖混结构旧建筑,D为新建建筑。其中,A、B区为两层结构,一层标高5.3m,屋面标高9.4m;C区为三层结构,一层标高4.5m,二层标高9.0m ,屋面标高14.0m 。立面布置见图2:

按照甲方要求,在D区新建一个三层建筑,要求与A、B、C区的旧建筑自然相接,形成一个整体,以扩大饭店的营业面积,增强饭店的形象实力。

二、 方案选择

1.钢结构具有自重轻、整体性能好、工厂化生产程度高、建造速度快、劳动强度低等优点,结合本工程特点,通过造价、工期等综合比较,钢结构建筑要优于砖混等其他结构,尤其是在AB区的屋顶上,业主希望再加一层餐厅,这就非钢结构莫属。因此征得甲方同意,决定采用钢结构。为了达到新旧建筑的统一,经咨询旧建筑的原设计单位,通过验算同意在A、B区的二层顶上加接一层钢结构。因此,饭店的改造方案为:在D区新建一个三层钢结构建筑,层高按A、B区现有层高设计,在A、B区二层顶上加接一层钢结构,与C区的旧建筑一起,四个区形成一个三层楼房的整体经营场所。D区与C区层高不同,用台阶做错层连接。

2.钢结构设计使用中国建筑科学研究院PKPM系列之STS和SATWE电算软件进行建模、计算。建模的方案有以下三种:

(1)A、B区接层与D区三层按框架整体建模计算;

(2)A、B区接层与D区三层按框架分别建模单独计算;

(3)A、B区接层按门式刚架建模计算,D区三层按框架建模计算。

我们将三种方案经过论证、比较认为,太原地区属8度抗震设防,砖混结构与钢结构的弹性模量相差较大,地震来临时两者的变形差异较大,不利于抗震设防。A、B区接层与D区若按整体设计施工,结构除承受重力荷载外,还要承受两个结构体的变形及震动所产生的作用效应,使得整个结构的受力特性比较复杂,传力形式极不明确,因此A、B区接层与D区不宜整体建模计算,方案(1)不可行,应该将A、B区和D区分别建模计算。

A、B区接层可以按框架计算,也可以按轻钢结构门式刚架计算,按轻钢结构门式刚架建模计算的含钢量要低于按框架计算的结构含钢量,降低一定的造价。但门式刚架是按二维平面计算,在结构的纵向需设置柱间支撑,占用一定的空间,这将影响饭店的使用功能。而按框架建模进行三维空间计算,纵横向都设成钢框架,虽然要多用一些钢材,但省却了柱间支撑,门窗及隔墙能灵活设置,可提供较大的开间,便于用户二次设计,满足各种经营需求,加大饭店的使用空间,有利于饭店的经营活动。经过三个方案比较,我们采用方案(2)进行设计,A、B区接层与D区三层分别建模,按框架计算,屋面及墙面的维护采用保温彩钢板;D区的二、三层楼板采用压型钢板-现浇混凝土组合楼板,板厚加建筑装饰层共高180mm。

三、设计要点

设计时,有以下几个方面要注意:

1.D区新建三层结构的钢柱要离开A、B、C旧建筑一定距离,方便柱基础开挖和施工。

2.依照A、B区建筑的层高确定新建结构的层高,考虑建筑装饰层,确保各层建筑面吻合衔接。

3.屋面设计为双坡集中排水,为保证各区建筑的屋面能够平滑衔接过渡,屋面坡度采用檩托找坡法,安装时可以随时调整排水坡度和新旧区檩条的连接。

四、结构设计

1.按荷载规范和抗震规范的要求,确定计算原则,选取计算参数。(1)计算X、Y两个方向的风荷载,采用的基本风压要乘以修正系数1.05,在风荷载作用下,考虑风压高度变化系数,用插入法计算出变化系数为1.11;(2)采用扭转耦联振型分解反应普法计算双向水平地震作用下的扭转效应,同时考虑偶然偏心的影响;(3)太原属8度抗震设防地区,应考虑竖向地震作用的影响;(4)钢结构节点设计要确保节点的安全可靠,并尽量采用简捷、稳定、可靠的施工工艺,减少或避免现场的焊缝连接,便于现场安装。梁柱连接按刚性连接设计,钢梁上下翼缘开坡口与柱采用全融透的对接焊接,焊缝强度要求二级,腹板与柱采用高强螺栓连接;主次梁连接节点采用铰接,次梁的腹板与主梁的连接板用高强螺栓连接即可;(5)文章主要介绍D区二、三层的结构设计,其他设计不再赘述。D区钢结构框架的主要计算参数从SATWE计算结果文件的总信息中提取,详见表1:

2.鉴于旧建筑的C区为三层,基础要大于A、B区,为方便新建D区基础的开挖施工,确定将基础距离A、C区1.8m,距离B区1.5m。D区二、三层结构平面布置详见图3:

3.框架梁、柱均采用国标热轧H型钢,材质:Q235B钢,焊条使用E43系列。主要构件截面及最大内力详见表2:

注:对应钢柱,R1、R2、R3分别为正应力、X向稳定应力、Y向稳定应力与抗拉、压强度设计值的比值;对应钢梁,R1、R2、R3分别为正应力、整体稳定应力、剪应力与抗拉、压强度设计值的比值;考虑有压型钢板组合楼盖密铺在梁的受压翼缘并与其牢固连接,能阻止梁受压翼缘的侧向位移,可不计算梁的整体稳定性。

五、施工要点

1. D区基础施工时,要注意对旧建筑基础的保护,在雨季要做好基坑的防水排水工作,防止有积水浸泡旧建筑基础,引起上部结构沉降变形。

2.现场测量旧建筑的实际高度,根据A、B、C区的高差,控制好新建筑与各区建筑之间的相对标高,确保上部钢结构安装完成后的整体性。

3.钢柱是结构中的主要受力构件,钢柱的几何尺寸和加工精度决定了现场的安装质量。制作时要精确测量,把钢柱与二、三层钢梁连接节点处高强螺栓的位置尺寸严格限制在允许范围内,保证各层楼面安装后的标高达到设计要求。

4.安装钢柱前,要预先测量每根钢柱底板到二、三层钢梁节点的长度,把有误差的钢柱记录下来,待测量基础标高,确定钢柱底板安装高度时,把钢柱的正误差或负误差在此处通过调整柱底板的高低抵消掉。

5.屋面钢梁的安装标高误差在安装檩托板时调整。首先安装屋脊和屋檐处的檩托,然后在两个檩托上拉一条绷紧的钢线,按照钢线斜度安装其余的檩托,这样就保证了各个区屋面檩条、彩钢板的平滑过渡和统一坡度。

6.现场安装的计量误差要使用钢尺、经纬仪、水准仪控制,施工过程中严格按照《钢结构工程施工质量验收规范》执行。

六、结语

旧建筑的改造扩建是一个复杂的系统工程,从设计到施工都有其各自的特殊性,建模计算既要考虑周边建筑的格局,又要选择适当的结构形式;施工建设时必须根据现场实际状况测量放线,逐层安装。本工程设计采用钢结构框架形式,与其他结构形式相比有着明显的优势,且很好地解决了新旧结构连接过渡的问题,满足了业主的要求。经过装潢后的饭店,内部宽敞整洁,外形美观大方,完全达到了预期的效果。

参考文献

[1]建筑钢结构施工手册[S].中国计划出版社.

[2]钢结构工程施工质量验收规范(GB 50205-2001)[S].中国计划出版社.

[3]钢结构制作安装技术实用手册[S].金版电子出版公司.

[4]钢结构设计规范(GB 50017-2003)[S].中国计划出版社.

[5]建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)[S].中国建筑工业出版社.

[6]建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)[S].中国建筑工业出版社.

[7]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102-2002)[S].中国计划出版社.

作者简介:何锐(1965-),女,河北乐亭人,山西天桥钢结构有限公司中级工程师,研究方向:钢结构设计与施工。