发布时间：2023-10-11 15:55:23
绪论：一篇引人入胜的古建筑结构设计，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
中图分类号：TU318
文献标识码：B
文章编号：1008-0422(2006)04-0121-02
收稿日期：2006-02-25
作者简介：邓晓春(1973-)，女，1995年毕业于华中理工大学工业与民用建筑专业，湖南省建筑设计院内聘高级工程师，一级注册结构工程师。
1 引言
中国古建筑虽然历经了数千年的演变，但其独特的结构方法和布置规模始终没有改变，并且是世界上独具风格的一门建筑学科，是世界建筑艺术宝库中的一颗璀璨明珠。中式传统古建筑以木结构为主，在材料选用、平面处理和艺术造型等方面都有许多自己的特点，但随着社会的发展与进步，传统木结构在防火与防腐方面的缺陷也日益明显，新技术、新材料的运用使仿古建筑的设计和建造成为可能，这也是对中国古建筑文化的继承与发展。现代仿古建筑以钢筋混凝土为主体结构，改变了传统中国古建筑以木结构组合为主的受力系统，吸收了传统中国古建筑风格的精华，在钢筋混凝土结构的基础上，将传统古建筑的造型、部件等，作为装饰效果，从而达到建筑上的仿古目的。以下本文将就某工程实例对此种建筑的结构设计谈几点体会，能为同行在设计工作中提供一些参考。
2 中国古代建筑的特点
中国古代建筑是以木构架为主的一种结构方式，平面布局内向含蓄，层次丰富，均衡对称，空间布局灵活，承重与围护结构分工明确；在建筑的设计和施工中很早就实行了模数制和构件的定型化，对于建筑整体到局部的形式、尺度和做法都有相当详细的规定。中国古代建筑还独创了斗拱的结构形式，并充分运用色彩的装饰手段，使建筑物显得庄重而华丽。
中国古代建筑的结构方式有“叠梁式”、“穿斗式”、“井干式”三种，屋顶形式有硬山顶、悬山顶、庑殿顶、歇山顶、攒尖顶和复合顶。
3 仿古建筑的结构设计要求
现阶段的仿古建筑多采用钢筋混凝土结构代替木结构，为了达到油漆彩绘之后与木构架相同的外观效果，与传统的钢筋混凝土结构相比，仿古建筑的结构设计具有以下特殊要求：
3．1模数要求和构件定型化
各受力构件的规格需满足古典建筑的模数要求，传力体系的构成极其各构件的尺度和形体完全仿照古代木结构中柱、梁、枋、檩的相应做法。
3．2屋面造型要求
屋面变化显著，造型要求高，构架体系采用了步架和举架的处理方法，使屋面坡度越往上越陡峻，越往下越平缓，形成了曲线优美、出檐深远的特征，体现了我国古代建筑的造型特点。
3．3建筑中有大量的具有独特装饰作用的结构构件，其中最具有代表性的是斗拱和雀替。
斗拱：斗拱中方型的底座叫做斗，上面错落搭建的船形木块叫做拱。斗拱是中国传统古建筑特有的型制，它位于木结构梁和柱子之间，具有传导屋面荷载、加大屋檐挑出长度、缩短梁枋跨度、吸收地震能量等结构作用和装饰作用，是中国古代建筑中最具特色的部分之一。对于仿古建筑而言，因主体结构为钢筋；昆凝土，装饰常常成为斗拱的主要作用。
雀替：用于额枋(檐枋)与檐柱相交处，近似于三角形，表面有雕刻装饰的构件。可以缩短梁枋的净跨距离，具有辅助拉结和装饰双重功能。
4 工程实例
4．1工程概况
开福寺位于长沙城北，它是一座殿字宏伟、气势非凡的千年古寺，具有“三湘名刹”之称。开福寺始建于五代时期，距今已有一千多年的历史，现有的寺院规模已不能满足佛教事业的发展需要，自2004年开始修复扩建，大悲殿的建设就是其扩建工程子项之一。大悲殿为南方单层双重檐仿古建筑，建筑面积1200m2，总高度25m，面阔七间，共37．8m，进深六间，共30．6m。屋顶形式为歇山顶，黄色琉璃瓦铺盖，飞檐翘角，气魄雄伟，檐下为七踩斗拱。室内采用“露明造”，使空间更高大、更宽敞。该建筑采用了钢筋；昆凝土仿木结构。
4．2大悲殿的结构体系
采用现浇钢筋混凝土仿木框架结构，用SATWE程序进行整体计算，主受力框架用PK程序复核计算配筋。结构方式按照古建筑中的“叠梁式”，构架体系采用了步架和举架的处理方法，其传力途径也明显不同于传统钢筋混凝土建筑，屋面荷载通过T形屋面板传给屋面檩条梁，再由梁架逐层往下传递，最终通过最底层的梁传给框架柱。主受力框架立面详见图1。由于大殿建成后需供奉大尊佛像，故殿内抽掉了两根里金柱，使相临柱子间跨度分别达到了19．8m和18．6m。建筑平面图详见图2。这么大的跨度在传统古建筑中是罕见的，而为了保持室内“露明造”的完整性，在15．5m标高处设3根断面为400x1200的交叉转换梁(位于4轴、5轴、C轴上)，共同支撑其上的柱子和屋面梁架体系。
4．3屋面板的设计
木结构的屋面木基层是由望板和椽组成的，这就使得仿古建筑的屋面板截面形式为T形，单向受力，板肋之间的距离很近、肋高较小见图3，加上屋面陡峻图4(大悲殿屋脊处为九五举)、造型复杂，屋面一次性全现浇施工难度很大，支模困难，混凝土浇注质量和外观效果均难保证。故将屋面板设计成叠合板，先预制单块的预应力混凝土T形板(或几块T形板组合)作为底模，再在底模上绑扎钢筋网，用细石混凝土浇注叠合层，完成后二者形成整体共同受力。设计时按叠合前和叠合后分阶段对T形板进行强度计算、抗裂验算、挠度验算。分别满足施工阶段和使用阶段的受力要求。
4．4斗拱和雀替的设计
在主体结构为钢筋混凝土的仿古建筑中，斗拱是作为受力构件还是纯装饰构件?采用木结构还是钢筋；昆凝土结构?这就值得探讨了，笔者在考察其他仿古建筑时了解到其斗拱大多是采用钢筋；昆凝土预制构件，各级斗与拱之间通过预埋件焊接连接(尺度较大时)或座浆连接(尺度较小时)，斗拱在结构中为受力构件。这种做法的主要缺点是做工较粗糙、不美观，而且前者由于构件数量太多防腐和维修费用较高，后者受力不太可靠。故本工程的斗拱采用木结构，且仅作为装饰构件，不考虑其受力。屋檐荷载通过斗拱上方的现浇；昆凝土桃尖梁以及斗拱中间的现浇混凝土剪力墙传给剪力墙下方的额枋，斗和拱在桃尖梁施工前安装就位。
雀替仅作为装饰部分，不考虑其受力，采用钢筋混凝土预制构件，用定型模板在施工现场制作。主体结构施工时在相应位置留设预埋件，预制的雀替通过预埋件与主体结构的额枋(檐枋)和檐柱焊接连接。
木斗拱与混凝土的预制雀替都是作为装饰构件，与主体结构不是一起现浇成型，但采取了上述方式与受力构件连接后，再经过油漆彩绘处理，整个建筑物浑然一体，完全达到了传统木结构的艺术效果。建成后的大悲殿入口屋檐照片图4。
5 结束语
钢筋混凝土结构的仿木仿古建筑，因组合形式变化大，构件形状复杂，其空间梁板的形状定型和模板、钢筋施工是最大的难题，给传统的钢筋混凝土结构设计带来了许多挑战，本文探讨了一些新的思路，力求用现代的构造和装饰处理，还原其传统古代建筑的风格。大悲殿于2004年4月完成设计，同年5月开工，2005年年底建筑竣工图50
参考文献：
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
某大厦高层建筑原主体楼15层，地下1层面积3980m2，主体楼面积43200m2。原主体采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，抗震设防烈度为7度，剪力墙抗震等级为二级，框架抗震等级为三级。基础采用高强预应力混凝土管桩Φ500，壁厚125mm，AB型，桩端持力层为砂土状强风化花岗岩，桩长约25米，单桩竖向极限承载力标准值为5000kN。由于业主提出加层要求，由原15层加至21层，建筑屋面高度由50.6米加高到79.7米，增加面积约9800m2。该工程为在建时加层续建，前后两次设计均采用同一现行规范，故本工程不存在设计使用年限和新老规范衔接等相关标准问题。
2结构加层设计分析
在建项目由15层扩建到21层，关键是解决好在新增的竖向荷载和地震作用及风荷载作用下结构体系的整体性能、已建结构构件的承载能力及加固方法等问题。首先进行结构整体分析计算，初步判断加层的可能性。为了充分发挥原已施工完成的各结构构件及抗侧力体系，先按原结构布置方案直接增加6层进行分析计算。采用刚性楼板假定，按模拟施工加载方式，考虑±5％偶然偏心及双向地震扭转效应作用，对结构进行了弹性静力分析，由计算结果可知：结构整体刚度偏柔，周期偏长，楼层层间最大位移与层高之比为1/720，超过规范1/800限值，楼层最小地震剪力系数值为1.51％，小于7度区的规范0.016限值，底部框架部分承受的地震倾覆力矩大于总力矩的50％，部分框架柱轴压比达到1.15，严重超限，框架梁、剪力墙存在超筋现象。根据原结构直接加层存在的问题，经过多轮方案试设计，确定采用增设钢筋混凝土剪力墙，加大剪力墙和框架柱截面尺寸，既提高结构刚度又提高承载力的结构加层加固的基本方法，上部续建结构也采用框架-剪力墙结构体系以保持与原结构的一致性和协调性。根据建筑使用功能的要求，以及结构加固效果的需要，设计时在建筑的角部增设剪力墙，在原中部核心筒楼电梯处增加剪力墙的长度。结合原框架柱轴压比的严重不足，采用增大截面法加固，同时适当增加刚度。结构整体分析主要结果见表1，可以看出：在风荷载和地震荷载作用下，结构的最大层间位移角均满足现行设计规范的要求；结构的第一自振周期为平动周期，且结构以扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比小于0.9；结构的剪重比、底部框架部分承担的倾覆力矩以及墙柱轴压比（柱最大轴压比0.79）均满足规范要求。
表1结构整体分析结果表 图1斜柱大样
新设计方案由于建筑立面需要退台，在十四层处有五根框架柱内退1500mm，造成竖向构件不连续，按常规抬柱转换将形成高位转换，对结构抗震不利。本设计采用从十二层至十三层增设斜柱（撑），斜柱上方与十四层内退框架柱连续，其倾斜仅为1:6，下部外排框架柱又向上延伸两层至十四层楼面，并且在十二层和十四层斜柱转折处楼层框架梁予以加强（梁截面为600×1000），其剖面见图1。根据电算分析，十四层侧移刚度与下一层之比为0.93，不存在刚度突变。由于斜柱作用，对十二层处与之相连的梁板产生642kN的水平拉力，在该影响范围内楼板加厚到180mm，另加该方向受拉钢筋上下各20Φ12@100，同样与之相连的框架梁另加6Φ25通长受拉钢筋。在此范围内的各构件均相应提高配筋率和加强构造措施，提高其承载力和延性，关键构件斜柱及其下层柱和12、14层与之相连的框架梁按中震不屈服进行分析计算，确保结构安全可靠。
3结构构件加固改造
3.1地基基础加固
在房屋加层续建工程中，必然要遇到地基基础问题。为了减少基础改造的工作量，要最大限度挖掘上部荷载潜力。首先是墙体材料，把原先使用的保温烧结空心砖和砼空心砌块均改用容重较低的加气砼砌块，办公区内的砖砌墙改用轻质隔墙，同时首层地面回填土部分根据情况采用架空板，以及电算荷载按实际情况输入等措施，多方面多渠道合理卸载。通过在基础上埋设锚杆固定压桩架，以建筑物自重荷载作为压桩反力，用千斤顶将预制桩逐段压入土中，并与原基础连接，提高桩基总承载力。锚杆静压桩采用 ZHB30，采用焊接接头，桩身砼为C30，锚杆静压桩桩长约8-10米，持力层为土层⑤砂质粘性土，桩端进入持力层不少于2米，单桩竖向承载力特征值为500kN，施工压桩力为1000kN，共增补锚杆桩130根。为保证新补的锚杆桩能与原桩基形成有效整体，共同受力，需扩大原承台截面，使得补桩反力作用在新浇捣的混凝土扩大部分上，新旧混凝土通过凿毛和植筋方式形成一体。新承台尚应重新进行受力验算，根据计算需要利用建筑面层200-300mm厚度加高承台，满足受力要求。承台加固大样见图2。为了更好发挥补桩的作用，避免应力滞后，确保新、旧桩基共同受力，要求上部结构应待桩基补强结束后方可继建。
图2承台加固大样图3梁粘钢加固大样
3.2上部构件加固
考虑尽可能减少加固施工对原结构构件的损害，遵循对原有构件不动或少动的加固原则，对构件进行强度和刚度的补强。
部分框架柱存在轴压比超限严重，必须进行加固。在高层建筑结构的墙柱加固设计中，最简单、最优先采用的方法是加大截面加固法。该方法简单、可靠，符合强柱弱梁抗震原则，同时对框架梁采取粘钢加固时的节点锚固处理很有帮助，故本工程墙柱加固均采用此方法。在柱截面加大设计中，会遇到新加柱的纵筋与钢筋混凝土框架梁相碰的问题，纵筋排列应全部或大部分绕过框架梁，然后采用1:6的坡度内收至设计位置，为满足规范规定的竖筋间距要求，在框架梁上下各增加附加钢筋植入梁内。柱纵筋实配时可考虑原柱纵筋能够承担的部分弯矩。为保证加固效果，构件截面加大尺寸均不小于100mm，新浇注混凝土强度等级比原构件混凝土强度提高一级，新旧混凝土交接面均应凿毛，并在浇捣前除尘洗净后涂刷界面剂。
中图分类号：S611文献标识码： A
本文主要探讨一下某商场板柱结构加固改造工程中结构设计问题，对设计中存在的问题进行分析，并提出相应的解决措施，以满足工程需要。
1 工程情况分析
某大型商场为三层板柱结构，因无法满足当前经济发展的需求，需要进行改造处理。该建筑层高6m，需要在原来三层的基础上加高至五层，并采取相应的加固措施。依据检测单位提供的检测数据，该建筑主体结构混凝土强度基本达到C20以上，满足加固改造的条件，因此，可以进行加固改造设计。
2 基础加固方案
由于该房屋作为商场使用，需要比较规则且较大的空间，限制了竖向构件的位置和数量。基于规范规定和建筑功能限制，我们选择了板柱-剪力墙结构类型。
2.1 桩型选择
该建筑原桩基础的桩型为预制方桩，根据新老桩型宜相同的选择原则，加固桩型仍然选择预制桩为宜。经对地勘报告进行详细分析，场地持力土层层顶埋深约为15m，持力层以上各层土的压缩模量均在10MPa以下，多在5～6MPa，小型压桩设备可以使桩穿透这些土层；同时我们按250×250方桩估算桩侧阻力，单桩侧阻力特征值约240kN。据此，我们选择了锚杆静压桩作为基础加固桩型，桩尖持力层与原预制桩持力层相同，单桩承载力特征值取300kN，最大压桩力要求大于600kN，采用桩长和压桩力双控进行压桩施工。考虑到桩长较长，设计要求采用焊接接桩确保接桩质量。
2.2 基础传力
确定桩型后，需要确保上部结构增加的荷载能够有效的传递到新的静压桩上去，以保证基础加固的成功。通常有两种做法来处理基础传力：（1）将增加的桩布置在原桩承台周围，原桩承台加大加厚，这样上部荷载通过柱传递到承台，再传递到新老桩上；（2）将增加的桩布置在承台周围，采用包柱式承台将柱荷载传递到新桩上。本工程中，原基础采用桩承台，但没有基础连梁。我们考虑到：如果把桩承台加大加厚，不外乎向上加厚和向下加厚，则要么向上加厚时承台底部钢筋不能通长，只能采用植筋或焊接接长底部钢筋，所有接头均在同一截面；要么向下加厚保证承台底部钢筋通长，但把承台底部挖空施工难度极大，且难以保证施工质量和安全。结合原基础桩承台之间无基础连梁、基础整体性较差、加固设计考虑增加基础连梁的情况，我们决定将桩布置于新增基础梁下，基础梁纵横全部拉通，形成类似于无板的桩筏基础。基础梁受弯剪较大，采用了800mm×800mm的大截面尺寸，设计的基础梁底标高与原承台面相同，如图1所示。
图1 基础梁与柱及承台连接
这样处理有如下好处：（1）新增桩位置易于布置，可以保证与原桩之间的桩间距；（2）新基础梁宽度比加大截面后的柱大，梁纵筋大部分可以通过柱侧，中间少量纵筋可植入柱中，新增柱纵筋可以锚固在基础梁内；（3）新基础梁可以完全包裹柱根，传力合理有保证；（4）基础梁底与原承台连接面凿毛植筋连接，新老基础共同作用效果好；（5）新增剪力墙下无需另设基础；（6）基础整体性大大增强。
3 节点处理
板柱结构房屋改造的另一个难点在于柱帽结点的处理。柱帽节点一般面积大，厚度大，剖面边缘线处于非水平或竖直位置，给改造增加梁或墙的连接增加了难度，之前有关的加固项目中采用加大截面对柱帽进行加固处理，取得了较好的效果。在本工程中，柱帽的处理主要涉及柱帽与新增墙的连接、柱帽与新增梁的连接、柱帽与上部加层接长柱的连接、以及柱帽本身的加固处理等。下面对本工程处理以上连接或加固的方式进行逐一介绍。
3.1 柱帽与剪力墙连接节点
根据结构的平面布置和建模试算，本工程确定新增12处“L”形布置的剪力墙，其转角处为原结构柱。为保证尽可能多的剪力墙纵向钢筋的上下贯通，设计采取了如下措施：（1）将剪力墙截面范围内原楼板的混凝土凿除，钢筋保留，方便楼板范围内剪力墙钢筋贯通施工；（2）由于柱帽分为两节，上节厚度较小，平面尺寸大，下节厚度较大，而平面尺寸小。设计中综合考虑结构安全和施工方便，要求对柱帽上节部分按板处理，凿除剪力墙截面范围内混凝土，保留钢筋，下节则视为柱的一部分，不得破坏。这样做，保证了绝大部分剪力墙纵向钢筋的一下贯通，柱帽下节范围内剪力墙纵向钢筋不能贯通，但数量较少。同时，对于凿除了两个方向部分上节混凝土的柱帽，又可以通过合理的支撑，确保结构安全。柱帽与剪力墙连接处理如图2所示。
图2 剪力墙、连梁与柱帽连接节点
剪力墙水平钢筋均采用植筋锚入柱内，柱则采用加大截面进行加固，便于处理转角处边缘构件钢筋。
3.2 柱帽与梁连接节点
本工程新增梁主要为将剪力墙纵横拉通的连梁，该连梁平时除自重外基本不承担任何荷载，在地震时则主要承受剪力。根据其受力特点，经专家论证，为方便施工和保证新老连接的加固效果，连梁设置在楼面以下，高度位于柱帽下节范围内。
为了保证梁在柱帽处的锚固，设计将梁的纵筋植入柱帽，同时在梁截面中间无纵筋的空白处，增加了6根直径18mm的抗剪短钢筋，也采用植筋锚入柱帽内，如图2所示。特别的，所有有梁相连的柱帽，其下节还采用加大截面进行加固处理，进一步加强连接锚固效果。柱帽下节加大截面的钢筋，环向箍筋要求封闭，倾斜的纵向钢筋锚入柱加大截面混凝土内，另设置梅花形布置的植筋拉筋，保证新老混凝土的结合。
3.3 柱帽与上柱连接节点
加层结构与原结构除剪力墙可保证纵向钢筋贯通外，柱纵筋基本上都无法贯通，只能依靠植筋等后锚固技术将加层柱纵向钢筋锚入原柱帽内。为增强连接效果，设计上采取了三个措施：（1）研究表明，钢筋植筋的极限拉拔力随钢筋直径的增大呈线性增长趋势，说明多根小直径钢筋比同样截面积的大直径钢筋植筋的极限拉拔力要大。因此设计要求在严格控制柱纵向钢筋植筋深度、质量和保证植筋间距的前提下，多采用直径16～18mm的钢筋而不采用直径20～25mm的钢筋，保证植筋效果；（2）要求对新老混凝土接触面进行凿毛处理，在浇筑混凝土前按要求涂刷界面剂，增强混凝土结合，同时在柱截面中间空白处，增加6根直径18mm的抗剪钢筋；（3）在柱下部加密箍高度范围内，设置钢板方筒（兼作模板），方筒钢板上按拉筋位置钻孔，拉筋穿孔塞焊，筒底设置钢板底座，采用锚栓锚固在柱帽上，如图3所示。
图3 加层柱与柱帽连接节点
3.4 柱帽加固
由于该建筑使用已30年，为保证安全，设计决定对柱帽进行加固。所有柱帽上节，均采用6mm钢板包裹，设置梅花形布置的锚栓，钢板与混凝土接触面采用包钢工艺处理，用专用包钢灌浆料灌实。柱帽下节则根据柱的加固情况分为两种情况，当柱采用加大截面加固或是剪力墙转角时，柱帽下节也采用加大截面进行加固；如果柱采用包钢加固时，则柱帽下节也采用和上节相同的方式进行加固处理。
4 结语
该工程自建成投入使用后状况良好，沉降基本稳定，无明显沉降不均引起开裂等现象，得到了业主的好评，说明该工程的改造加固是合理、有效的。通过本工程的实践，展示了板柱结构房屋改造的潜力，为类似工程的改造加固提供了参考实例。
参考文献：
[1] 曾春航，吴如军.建筑物基础加固承台连接方式的探讨[J].广东建材，2003（09）.
[2] 金国芳，金洪涛，李思明，等.无梁楼盖结构柱帽加固方法的探讨与分析[J].四川建筑科学研究，2007（2），33（1）.
