火车站更新改造中的结构设计
【关键词】火车站；更新改造；粘贴型钢加固；组合砖砌体加固
1. 引言
随着我国国民经济的发展和现代化进程的加快，铁路运输在经济发展中的地位越来越重要。在国家拉动内需、大力发展基础设施建设的背景下，许多上世纪七、八十年代修建的火车站站房都进行了现代化的升级改造。在站房改造工程的结构设计中，由于受原站房的结构形式、构件的老化、新旧规范的变化、使用功能的增减等诸多因素的影响，出现了原有结构承载力不足、原结构构件损伤不满足新的使用要求、新旧结构沉降不同无法共同受力等问题。如何合理解决这些问题就成为改造工程结构设计的关键，以下笔者就具体工程中遇到的问题作详细的阐述。
2. 工程概况
上海铁路局管内某火车站站房建于上世纪八十年代初期，由一栋两层框架结构主站房和一栋局部二层的砖混辅助用房构成。现要求在不影响使用的前提下，将原有两栋楼结合在一起，砖混一层部分加为二层作为客运区，和原框架主站房实现功能上互通，在紧贴框架主站房旁边新设框架结构塔楼作为贵宾候车区（详见图1），同时在原两栋主、辅房屋上新设钢结构外壳，正立面为全玻璃幕墙，使改造后的站房更具有现代感（详见图2）。
3.结构处理
在塔楼结构设计时，按照新、老结构完全脱开的原则，将塔楼与主站房连接处塔楼柱内偏1.5米，采用悬挑形式与主站房连接，相连处设100mm沉降缝。在钢结构外壳设计时，考虑原主站房与辅助用房在结构形式和高度上都不一致，受外力后的沉降也不会一致，所以屋顶不能作为新建钢结构外壳的支点，只能采用26米单跨钢管桁架梁一次跨过。同时塔楼与钢结构外壳基础全部采用250x250锚杆静压桩基础，桩承台底面标高与主站房独立基础底面标高相同，这样在施工过程和结构受力上对主站房都不会产生影响。经过以上处理后，塔楼和钢结构外壳可以作为独立的新项目来设计，对原结构不造成影响。但在进行内部功能调整时，就必须对原结构进行改造，这也是本次改造工程设计上的重点和施工上的难点，同时对原站房局部的结构处理也关系到整个项目结构设计的成败。
3.1框架结构主站房改造的结构处理
框架结构主站房改造主要包括将原一层控制机房搬至二层，拆除原楼梯，在12-13轴间新建混凝土楼梯，同时在二楼新增候车平台。经计算，原结构增加荷载后，梁配筋及断面基本能满足设计要求，但原350x350框架柱配筋及断面略小于设计要求，特别是新增控制机房处的柱与设计要求有较大差距。同时原结构是按照老规范设计，不能满足现行规范的要求，主要表现在柱箍筋无加密区，新设楼梯处形成短柱，柱箍筋未全程加密。按照混凝土规范及抗震规范要求，必须对柱进行加固处理，在众多加固方案中，因为外包型钢可大幅度提高承载力和刚度，且操作简单、施工期短，抗裂、抗弯、抗压效果好，考虑造价及建筑要求，决定对柱采用外包型钢加固法进行加固处理。外包型钢加固法分为干式包钢和湿式包钢两种，干式包钢是指型钢和柱间无任何连接，中间虽填有水泥，但不能传递结合面的剪力，湿式包钢是指型钢和柱间用乳胶泥和环氧树脂粘贴，能确保结合面的剪力传递。干式包钢虽然施工方便，造价低廉，但不能满足本工程柱加固的设计需要，所以确定设计采用湿式包钢，型钢与混凝土框架柱间采用改性环氧树脂胶粘剂进行灌注，钢材尺寸按规范要求取下限，四周角钢取75x5，缀板取40x4,,加强角钢箍取150x4，外侧涂抹30mm高强砂浆防护层。
3.1.1加固计算
取新增控制机房处受力增加最大的柱，柱轴向力设计值为N。
式中—构件加固后轴向压力设计值；—轴向受压构件的稳定系数；—新增型钢强度利用系数，除抗震设计取外，其它取；--新增型钢抗压强度设计值；--全部受压肢型钢的截面面积。经计算，处理后柱的承载能力及构造均能满足规范要求。
3.1.2施工流程
3.1.3施工方法
湿式包钢的施工主要包括以下几个方面：1.基面处理：基面打磨平整，四角磨成圆角，刷毛并吹净，刷涂树脂。2.钢板处理：型钢除锈用二甲苯擦净，贴附在柱表面。3.焊接固定：用卡具卡紧并焊牢，用胶把四周封闭，留出排气孔，注浆孔间距23mm。4.封口检验：通过检验试压粘好灌浆嘴。5.灌胶：用胶将排气口封闭。6.养护检验：保护好型钢，不要锤击，移动。
3.1.4注意事项
在湿式包钢加固处理的设计和施工中，要注意以下几个方面：1.应控制加固构件的承载力提高的幅度，不宜过大。2.角刚应伸至加固层的上一层楼板底或屋面板底。3.型钢两端应有可靠的连接和锚固，柱角的角钢下端应锚固于基础中。4.型钢胶缝控制在3-5mm以内，且注胶应在焊接完成后进行。5.型钢表面应抹不小于25mm厚的高强砂浆作防护层，并有防腐蚀、防水措施加以保护。
3.2砖混辅助用房的结构处理
砖混辅助用房的结构改造主要就是在局部一层处增加一层，与框架主站房和新增候车平台相连，成为二楼候车室的一部分。经计算，加层后原基础宽度仍满足承载力要求，不需要进行基础的加固处理。难点在于建筑要求将14轴一层砖混横墙拆除，只在中间E轴处保留240X400墙体，形成2个大的门洞。因此处墙体为主要承重横墙，上面还有一层为办公用房。为确保拆除过程中二层及以上墙体不发生破坏及变形，考虑采用局部组合框架的形式将这段横墙进行置换。原则为先做柱、梁后拆墙，具体做法如下：
1.在纵横墙相交处及中间位置各取一段墙体，外包钢筋混凝土，形成组合砖柱。为方便钢筋的绑扎及混凝土的浇筑，可先在柱两侧墙上先开一竖槽，包柱可一直伸至二层楼面圈梁顶。
2.在二层楼面下取360mm高墙体作为托梁，在墙两侧新浇200宽混凝土夹梁，梁底每隔500mm设1根担梁，担梁采用短工字钢穿过原墙体嵌入夹梁，同时担梁上每隔100mm设一排直径25钢筋穿过墙体锚入夹梁。
3.待梁柱混凝土强度全部达到设计要求后，可将框架内的墙体拆除，这个新的框架就可代替原承重砖墙承担上部结构荷载。
4.由于承重砖墙拆除后，墙下条基将成为柱下条基，改变了受力状态，需要对基础进行加固。具体做法为将基础顶面以上留下800mm高砖墙，在砖墙两侧新浇250x800高夹梁，中间用钢筋拉通，做法同托梁，这样柱传来的集中力就可以在基础底面均匀分布。经抗震及承载力验算，处理后的结构能满足设计要求。
4.结束语
火车站站房的改造难度大、要求高，如何做好改造中的结构设计一定要把握好以下几个原则：
（1） 结构设计方案的选择要以不影响车站的正常运转为前提，采用合理的改造技术、施工方法及流程。
（2） 结构设计时要处理好新老结构之间的关系，能与原结构脱开的尽量脱开，以避免对原结构产生影响。
（3） 结构设计要充分保证结构的安全性和可靠性，对原站房结构不满足设计要求的一定要进行加固处理，使房屋的各项指标均能达到现有规范的要求。
参考文献：
[1]董吉士等编著.房屋维修加固手册.中国建筑工业出版社.1988-10.
[2]张力人主编.建筑结构检测、鉴定与加固.武汉理工大学出版社.2003-09.
[3]混凝土结构加固设计规范.GB50367-2006.
[4]混凝土结构设计规范.GB50010-2002.
[5]天津大学，同济大学，东南大学主编，混凝土结构（下册）.2000.
[6]砌体结构设计规范.GB50003-2001.