皖西大戏院修缮加固改造

皖西大戏院加固改造
1 概述
皖西大戏院位于我省六安市，1959年建造，1963年初建成并投入使用。

原剧院主体建筑面积约4000m2,观众厅25×32m，端部设置一层挑台，观众厅1600座。

门厅部分宽30m，池座最远视距28.8M，楼座最远视距32.4m，观众厅平顶高度为10—11m，舞台21×30m，舞台下弦高19.2m。

经过40多年的使用，戏院结构老化，且抗震设防及消防设施均存在安全隐患；戏院的内部设备落后，声光效果较差，内外装修陈旧，部分混凝土构件（梁板）断裂，且严重碳化，钢筋锈蚀，墙体多处裂纹、渗漏。

木屋架下沉严重，屋面漏水，虽经维修但不能满足安全和使用要求。

2002年对皖西大戏院进行加固改造，建筑专业对该戏院进行功能性调整，增加出入口和附属用房；建筑及设备专业对戏院声、光、电、空调方面进行全新设计，使此满足使用要求、符合消防要求。

本文主要介绍该工程主体结构加固和改造，内容有：结构的整体性及抗震加固；构造节点、砼构件、墙体的加固；剧院楼座大跨度悬臂梁的加固；屋盖系统的更新等。

2 结构整体分
该戏院为混合结构体系。

舞台、观众厅为砖混结构，门厅为框架结构、屋面为木屋架结构，基础为条形基础为主。

舞台、观众厅墙体一至二层为490厚实心粘土砖墙体，三层、三层以上为370厚砖墙。

两侧附属用房为两层砖混结构，主要构件选型合适，受力较为合理，由于该工程使用40多年，墙体剥落风化较为严重，砌筑砂浆强度等级较低，存在局部应力集中，且屋面高度11.7m，墙体稳定性存在问题，通过结构分析和计算采用如下加固方案：
1.1 加强二层附属用房楼面刚度，并增设横墙，增强楼层刚度。

1.2 舞台后台附属用房由二层增至三层，增设纵横墙且角部楼梯移至中部。

1.3 封堵门窗洞或增设混凝土门窗套，增大墙体净面积。

1.4 剔除风化较为严重的墙体和原施工中垂直度、平整度存在问题较大的墙体，用高标号砂浆掺水泥膨胀
剂，设钢筋网片进行加固。

1.5 增设各楼层组合圈梁和构造柱。

1.6 图1为结构加固平面图。

3 抗震加固设计
该工程原设计于1959年，建筑结构设计末考虑抗震设防，1989年该工程门厅进行抗震加固和改造，但整体工程不满足《建筑抗震鉴定标准》和《建筑抗震设计规范》的要求。

根据工程质量检测报告，承重粘土实心砖强度评定等级为MU10，但砌筑砂浆强度等级小于M2.0，
作者简介：曾伟（1958.2~），男，高级工程师、总工程师。

钱礼平（1964.6~）女，高级工程师、副总工程师。

不能满足抗震规范要求。

且外墙砌体风化剥落较严重，该工程由于建筑功能方面的要求，高而空旷，屋面木屋架刚度较差且不利防火。

采用PKPM系列程序，对墙体进行抗震验算，大部分墙体的抗侧力小于地震效应，不满足抗震规范要求。

图1.结构加固平面图
该工程原设计的构造柱，圈梁末按抗震规范要求设计，门窗洞口端尺寸和洞口尺寸不满足规范要求，除从整体方案加固改造外，作如下加固处理：
3.1 用双面钢筋网水泥砂浆加固承重墙体，提高墙体的强度及抗侧力。

铲除墙体内外粉刷，双面剔缝10～30，清洗墙面，用1：3水泥砂浆勾缝，墙面凿孔，锚入φ6@500钢筋固定φb4@250 钢筋网，墙面分两至三次粉刷30厚1：3水泥砂浆。

3.2 在房屋四角、纵横墙交接处、楼梯四角、大房间四角墙体设置组合构造柱。

做法：在相应部位设置φ14或φ16或纵向钢筋，用穿墙箍筋固定，抹1：3水泥砂浆20～30厚。

在地坪下，楼屋盖处墙体设组合圈梁。

做法：在相应部位设φ12或φ14水平筋，用穿墙钢筋固定，抹1：3水泥砂浆20～30厚。

水平筋宜嵌入墙缝中，以便于施工和钢筋的锚固。

3.3 增设部分砖砌抗震墙，用附墙构造柱连接新老墙体。

3.4 对宽度≥1.0m的门窗洞口进行加固；对宽度≥1.5m的门窗洞口增设钢筋混凝土过梁或门窗框。

3.5 对大梁支座下，应力集中部分进行加密钢筋网加固，另增设3～5φ12水平筋，并嵌入墙体中。

3.6 拆除舞台口上3.5m高悬墙，采用轻钢龙骨双面防火GRC板封闭，以满足结构安全要求及消防要求。

3.7 图2为节点加固详图。

图2.节点加固详图
4 屋盖系统更新
观众厅、舞台、侧台屋面原设计为木屋架结构，由于常年失修，木质材料干燥，榫头，锚钉在长期荷载作用下变形较大，同时存在防火隐患，木屋面脊顶较高，纵墙，山墙砌筑同时要求高度较大，不利于结构稳定和抗震设防要求，从结构安全、施工便捷的角度考虑，屋盖采用网架—彩钢板体系。

4.1 观众厅25×32m，采用下沉式网架，舞台12×25m，采用普通网架体系。

屋面板用保温彩钢板。

4.2 封堵原设计观众厅、舞台厅处的隔热层通气窗，墙体折除1.0m，网架支座处增设370×500mm圈梁且封闭，网架端部浇筑砼侧板和构造柱。

4.3 通过网架支座调整，使舞台和观众厅屋面支座在统一面层上，防止屋面错层，有利于抗震设防。

5 钢筋混凝土构件的加固
5.1 对已露筋且锈蚀严重的钢筋混凝板，须凿除重新浇筑，跨度＜8m主梁表面进行阻锈处理后抹20厚1：2 水泥砂浆+水泥用量5%膨胀剂。

5.2 针对不同砼构件不同受力状态采取不同的碳纤维布加固方案：
5.2.1砼板抗弯强度不足时，通常在板底（或板面）粘贴条状碳纤维布，并在碳布的端部粘贴压条作为锚固。

碳布的用量根据强度等量代换的原则进行设计。

5.2.2 砼梁抗弯强度不足时，在梁底（或梁面）粘贴碳纤维布，并在梁支座处粘贴U型碳纤维箍筋。

试验表明：仅贴二层碳纤维布的梁，其极限承载力仅提高20%。

破坏特征为砼在碳纤维处剪切破坏。

增设U型箍的梁其极限承载力提高62%，破坏特征为受压区砼压碎。

加固设计的计算模型采用以下基本假定：
①、砼、钢筋、碳纤维的变形协调符合平截假定。

②、应力、应变关系：
砼：ε≤ε
0时，σ=f
c
〔2ε/ε
-(ε/ε
) 2〕；
当ε
0<ε≤ε
u
时，σ=f
c
，其中ε
=0.002，εu=0.0033。

钢筋采用理想弹塑性应力一应变关系。

碳纤维采用弹性应力一应变关系。

5.3 砼梁抗剪强度不足时，在梁支座一定范围内粘贴U型碳纤维箍筋，并在U型箍端部设碳布压条，能有效提高梁斜承截面承载能力，并改善斜截面裂缝状态。

5.4 利用碳纤维布加固柱时，通常采用环向箍筋包裹砼柱。

国外大量试验证实，碳纤维环箍的约束作用不仅使柱受压承载力得到提高，更能有效改善砼柱在反复地震荷载下的延性，使柱的变形能力得到提高、抗震性能明显加强。

6 楼座悬臂梁加固
该工程楼座悬臂梁伸出柱面6.0m，梁截面尺寸400×1000～450mm，混凝土强度等级为C20，由于楼座静活载较大，悬臂大梁强度及刚度严重不足，在使用过程中存在安全隐患，加固方法如下：
6.1 采用梁底加腋方法增加梁刚度。

6.2 在浇筑砼之前设支撑卸载，并在悬臂梁的转角部设置千斤顶，使梁底顶升10mm，并加以固定后，再浇筑加腋部分混凝土，28d后拆模。

6.3 顶升反拱10mm,产生反向预应力的计算方法为：
当顶升只考虑梁的弯曲变形时，Δf=∫
0l PX/（EJ）dX,J=（b×h
x
3）/12;
其中P－反向预应力
E——混凝土弹性力模量；
b——梁宽；
Δf——高度10mm；
h
x——
梁高；
X——顶升点距梁某一截面的距离；
有关数据代入公式
P=10Eb/12L3∫
4000x/(550x+450L) dx KN
6.4 梁表面粘贴碳纤维布。

6.5 增设悬臂大梁配重墙体（或加厚墙身），悬臂梁端拦板改为轻质材料。

6.6 增强柱的强度和刚度，扩大柱基础截面。

7 施工要求
7.1 在拆除屋面、屋盖前，做好部分悬墙支护防护工作。

7.2 铲除墙体内外粉及梁板面层粉刷时，应先楼上后楼下，先楼板后墙体。

加固处理时，应先楼下后楼上，先墙体后楼板。

7.3 在铲除构件粉刷层时，施工单位和监理部门应认真检查原结构质量，作为加固设计的依据。

7.4 在梁板及墙上开洞时，应轻打慢凿，避免扰动原结构。

7.5 设备管道应尽量沿墙侧或梁侧敷设，必要时对支撑管道的梁、墙进行加固处理。

7.6 碳纤维布加固须由具备专业资质的单位施工。

施工完毕后，应对碳纤维布加固的梁进行荷载试验。

通过设计单位、施工单位、监理部门、工程质量检测部门、业主共同努力，一座功能齐备、设备先进、外观保留原貌、结构安全、全新的皖西大戏院展现在皖西大地上。

该工程施工工期10个月，加固改造土建费用为230万元，做到了安全高效、经济合理。