浦東T1改造項目中，兩個連接廊上部增加三層結(jié)構(gòu)滿足航站樓貴賓、辦公面積的需求。擴建部分依托現(xiàn)有建筑進(jìn)行豎向加層擴建，既能滿足現(xiàn)代新功能的需求，同時又能大大降低建造成本，是目前既有航站樓改擴建的方式之一。加層擴建投資經(jīng)濟、用地節(jié)約，須堅持安全可靠、經(jīng)濟合理、有利抗震、方便施工、節(jié)約能源、立面協(xié)調(diào)等幾個原則。本文重點討論航站樓加層擴建的結(jié)構(gòu)問題。

1、加層擴建類型

加層擴建根據(jù)與老結(jié)構(gòu)的關(guān)系可以分為獨立于老結(jié)構(gòu)和依托老結(jié)構(gòu)兩大類，其中依托老結(jié)構(gòu)又分為完全依托和部分依托。根據(jù)加層結(jié)構(gòu)的材料又可分為鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

(1)獨立于老結(jié)構(gòu)

新老結(jié)構(gòu)完全脫開，互不影響。這種方案有利于保護(hù)原建筑、不需要考慮新老結(jié)構(gòu)協(xié)同工作、加層結(jié)構(gòu)布置較為靈活、結(jié)構(gòu)加固工程量小、方便后期再改建。主要適用于：歷史性保護(hù)建筑或有保護(hù)價值的建筑；老結(jié)構(gòu)承載力較差；老結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，資料不全等。

(2)完全依托老結(jié)構(gòu)

不增加豎向承重構(gòu)件，完全依靠老結(jié)構(gòu)承擔(dān)加層荷載。這種方案充分利用老結(jié)構(gòu)承載力、不涉及基礎(chǔ)工程、造價相對較低等。主要適用于老結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)跨度不大，承載力有較大富余的建筑。

(3)部分依托老結(jié)構(gòu)

增加豎向承重構(gòu)件，同時依靠老結(jié)構(gòu)承擔(dān)加層荷載。這種方案可盡量減少基礎(chǔ)工程、充分利用老結(jié)構(gòu)承載力、易于控制加層結(jié)構(gòu)高度保證建筑凈高等。主要適用于老結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)跨度較大，承載力有較大富余的建筑。

(4)鋼結(jié)構(gòu)：由于自重小、安裝方便、工期短、拆卸回收利用方便等優(yōu)點，因此加層改造較常采用。鋼結(jié)構(gòu)加層一般采用壓型鋼板與混凝土的組合樓板。

(5)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：造價低、耐久性好、維護(hù)成本低、結(jié)構(gòu)防火和隔聲性能好等優(yōu)點?；炷两Y(jié)構(gòu)加層一般采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，當(dāng)跨度較大且高度受限時，可采用現(xiàn)澆空心樓蓋、預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁樓蓋等減小加層結(jié)構(gòu)的高度。

目前航站樓加層擴建項目中采用鋼結(jié)構(gòu)體系較多，主要原因是：(1)重量輕。鋼結(jié)構(gòu)僅為混凝土結(jié)構(gòu)重量的2/3-1/2，降低了基礎(chǔ)及加固的工作量。(2)抗震性能好。鋼結(jié)構(gòu)強度高、延性好，彈塑性變形能力強；(3)鋼結(jié)構(gòu)施工速度快、工期短、方便不停航施工。

2、抗震加固

加層擴建可能引起原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、豎向構(gòu)件承受的荷載較大幅度的增加，整體結(jié)構(gòu)重量及振動特性變化導(dǎo)致地震作用改變。

傳統(tǒng)抗震加固常用的加固方法有增加豎向構(gòu)件的剛度(柱截面增大)、增加平面構(gòu)件的剛度(梁截面增大)、新增抗側(cè)構(gòu)件(鋼或砼支撐)。本質(zhì)上是通過增強結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力、延性及整體性能來“硬抗”地震輸入給結(jié)構(gòu)的能量。傳統(tǒng)加固施工時間較長、涉及到較多的濕作業(yè)、加固完成后的構(gòu)件外觀尺度相對較大等，這些問題會影響航站樓運營。

減震加固法是通過在結(jié)構(gòu)物的某些部位設(shè)置耗能器或耗能構(gòu)件，耗散掉部分或絕大多數(shù)的地震輸入能量，以減小結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，從而提高建筑物的抗震能力。與傳統(tǒng)加固技術(shù)相比：1)施工現(xiàn)場主要為干作業(yè)，基本不影響正常使用功能；2)保持原建筑外貌不變，實現(xiàn)提高抗震能力和改善使用功能的協(xié)調(diào)；3)消能效果明顯；4)有效節(jié)約經(jīng)費和縮短工期；據(jù)國內(nèi)外工程應(yīng)用總結(jié)資料，消能減震體系比傳統(tǒng)抗震加固方法節(jié)約造價10-50%。目前加固工程中常見的耗能器有：摩擦耗能器、金屬耗能器、黏滯阻尼器、黏彈性阻尼器等。屈曲約束支撐(BRB)屬于金屬耗能器，設(shè)置可以達(dá)到耗能減震目的，但小震下自有剛度會放大結(jié)構(gòu)的地震力，增加結(jié)構(gòu)加固量；屈曲約束支撐小震時耗能不明確，多遇地震下的阻尼比難以確定。粘滯阻尼器不產(chǎn)生剛度，為速度相關(guān)型的耗能器，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移即進(jìn)入耗能狀態(tài)，各種地震工況下的耗能狀況比較確定。

隔震加固法是通過設(shè)置隔震層，將地震作用集中到隔震層，限制能量向上部結(jié)構(gòu)傳遞，減少結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，提高建筑物的抗震安全度。隔震技術(shù)的優(yōu)越性：1)提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力；2)不影響上部建筑結(jié)構(gòu)的正常使用；3)不僅保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)，而且保護(hù)建筑內(nèi)的儀器設(shè)備；4)對于重要建筑，通過對建筑物進(jìn)行隔震加固，造價比傳統(tǒng)抗震加固低。隔震層通常具有較大的阻尼，使得老結(jié)構(gòu)所受地震作用較非隔震結(jié)構(gòu)有較大的衰減；其次，隔震層具有很小的水平向剛度。

隔震實質(zhì)上是將整個建筑放置于隔震支座上，隔震支座的數(shù)量基本不變，允許改變的僅為支座的大小和參數(shù)；減震則是在老結(jié)構(gòu)特定位置增設(shè)耗能阻尼器，數(shù)量根據(jù)需要控制。建議：1)對于新建不久需要局部加強的建筑，宜優(yōu)先選用減震技術(shù)加固；2)當(dāng)?shù)卣鹱饔眯枨筇岣咻^小時，宜優(yōu)先選用減震技術(shù)加固；3)對于選用隔震技術(shù)受到條件限制，宜優(yōu)先選用減震技術(shù)加固；4)當(dāng)?shù)卣鹱饔眯枨筇岣咻^大時，宜優(yōu)先選用隔震技術(shù)加固；5)對于選用減震技術(shù)受到條件限制，宜優(yōu)先選用隔震技術(shù)加固。

3、構(gòu)件承載力加固

構(gòu)件承載力不足的常規(guī)設(shè)計方法有：增大截面、粘鋼加固、碳纖維加固、體外預(yù)應(yīng)力、增加支點等。各種方案有其制約條件，各方案的實施需根據(jù)現(xiàn)場條件進(jìn)行調(diào)整和變化。

(1)增大截面法，在混凝土梁柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件外加鋼筋混凝土、聚合物砂漿鋼絞線、加型鋼等加大構(gòu)件截面面積，提高結(jié)構(gòu)承載力和剛度。該方法的技術(shù)特點是加固后截面中的新舊鋼筋應(yīng)焊接，以保證新舊混凝土整體工作，該方法操作簡單，但現(xiàn)場施工濕作業(yè)，養(yǎng)護(hù)時間較長，影響航站樓的正常運行，且減少了建筑使用面積，對室內(nèi)空間影響較大。航站樓中因為運營的原因，可以在梁面上增加疊合層，增加正截面承載力。在浦東T1航站樓改造中，利用梁下增加型鋼來增加梁的正截面承載力。

(2)體外預(yù)應(yīng)力方法，結(jié)構(gòu)不能滿足正常使用或承載力不足時，可在結(jié)構(gòu)體外采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)加固。該方法相對常規(guī)的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點：預(yù)應(yīng)力筋便于檢查、監(jiān)測和替換，預(yù)應(yīng)力筋與結(jié)構(gòu)無過多接錯導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失少。浦東機場計時賓館改造中采用了該技術(shù)。

(3)增加支點法，水平構(gòu)件承載力不足時，采用梁下設(shè)立柱或梁上設(shè)吊柱的方法增加支點減少水平構(gòu)件的跨度從而較少梁的荷載效應(yīng)。浦東機場T1航站樓改造中因功能原因，部分承重墻需拆除，采用增加支點法的加固。

4)外包型鋼法，在承重構(gòu)件外包型鋼，從而增加結(jié)構(gòu)的承力的加固方法，分為干式外包型加固和濕式外包型鋼加固。干式加固法是型鋼直接外包于構(gòu)件外側(cè)，兩者之間填塞的水泥砂漿不能保證將二者可靠粘結(jié)(即應(yīng)力不能有效傳遞)；濕式外包是在型鋼和原構(gòu)件間填乳膠水泥、環(huán)氧砂漿或細(xì)石混凝土，從而使兩者粘結(jié)成一體。這種方法優(yōu)勢是在不擴大結(jié)構(gòu)尺寸的同時，結(jié)構(gòu)承載力増幅大，施工簡單，周期較短。不足之處是消耗鋼材較大，投資成本高。

5)增補受拉鋼筋法，一般用于梁的加固，是在構(gòu)件受拉力較大的區(qū)域增補受拉鋼筋來提高承載力。增補的鋼筋與原來的梁采用全焊接法、半焊接法或者粘結(jié)法進(jìn)行連接。特點是増補筋應(yīng)力滯后于原筋，增補筋屈服時梁產(chǎn)生了大的變形和裂縫；對于全焊接法連接，會使原鋼筋變形，從而導(dǎo)致鋼筋的應(yīng)力滯后現(xiàn)象。

6)纖維加固法，用高性能粘結(jié)劑把纖維布或片材貼在原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件(可以是鋼結(jié)構(gòu)、混凝土或者砌體)表面，或嵌入構(gòu)件，使兩者共同工作的方法。纖維增強材料可以是碳纖維CFRP、玻璃纖維GFRP或芳綸纖維AFRP。該方法不增大截面和結(jié)構(gòu)自重、強度高、增強構(gòu)件的耐久性和延性，施工簡便經(jīng)濟、速度快等。

4、結(jié)語

1)加層擴建后建筑的高度發(fā)生變化，如果加建后建筑高度超過24m，改建后的建筑要符合高層建筑的設(shè)計規(guī)范，因此加建后的高度應(yīng)盡量控制在24m以內(nèi)。

2)結(jié)構(gòu)加層時，需要從結(jié)構(gòu)體系、地基基礎(chǔ)的方案選擇中預(yù)估加固總量和工期綜合判定加層改造結(jié)構(gòu)方案。應(yīng)注重從整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，系統(tǒng)提高結(jié)構(gòu)的整體性能，提高結(jié)構(gòu)加固的效率。

3)剛看到泉州欣佳酒店的倒塌事故，很痛心！結(jié)構(gòu)改造一定要遵守規(guī)范、不能擅自改變功能用途……尊重科學(xué)、尊重生命！

參考文獻(xiàn)：

1.周健等，上海浦東機場T1航站樓改擴建設(shè)計，工程抗震與加固改造，Vol.38，No.5，2016

2.蘭香等，隔減震技術(shù)在既有建筑加固中的應(yīng)用與選擇，建筑結(jié)構(gòu)，Vol.48，No.18，2018

作者簡介：