建筑增层是一种常见的工程改造形式。采用轻体结构或轻钢结构可以使原基础和结构条件较好的建筑增加1~2层，其施工时将影响下一楼层的日常使用。采用外套式混凝土框架可以在不影响原建筑曰常使用的情况下实现建筑增层。一般外套式混凝土框架仅适于小平面建筑的增层，且因平面面积小即建筑高宽比大而不能增加过多楼层。外套式巨型混凝土框架可以使大平面建筑增加较多楼层，但由于其梁、柱截面都很大，使建筑层间高度及自重过大，若增加的楼层过多，既不经济也不利于结构抗震。利用具有多个预应力梁式转换层的外套式巨型混凝土框架（以下简称预应力巨型框架），能够在不影响原建筑日常使用的条件下，大限度的控制建筑的层间高度和自重，使普通的多层建筑增层形成有一定抗震能力的高层建筑。这对于用地较紧张的城市市区的旧房改造，是一种既经济又有实用的建筑增层改造方法。山西省阳泉市信托投资大楼扩建工程是目前国内采用预应力巨型框架进行增层改造，使大平面的三层建筑增加九层形成高层建筑的典型工程。本文阐述该工程设计与施工要点。

　　2工程概况和增层改造方案位于山西省阳泉市中心的信托投资大楼扩建前的原建筑称为红楼，是一幢面积约为3000m2的三层红色饰面中心商业楼，在阳泉市享有盛名。红楼的主体为混凝土框架结构，楼板和屋面板为现浇混凝土板，因使用期较短，建筑各构件完好无损。

　　为扩大经营业务范围的需要，建设方希望能对原建筑进行增层改造。具体要求是在不影响原建筑使用及商业经营的同时尽可能的增加楼层，在扩展建筑使用面积的同时尽可能节省投资。为达到这样的目的，信托投资大楼的增层改造经论证采用了外套式巨型混凝土框架的结构型式。由于需增加的楼层较多，原建筑的平面尺寸为27mX 29.7m，如果各楼层楼面梁均设置大跨度混凝土梁，就会使建筑的层高过高、层间自重过大，既不经济也不利于结构抗震。为此，该增层改造工程的楼层设置采取了以梁式转换层支承多个普通楼层的作法，用以降低各楼层的层高和自重，同时刚性的转换梁还可以加强巨型框架的整体刚度。为提高在超重荷载作用下大跨度转换梁的刚度和抗裂度，梁内需配置一定数量的预应力筋。

　　鉴于上述原因，阳泉市信托投资大楼增层改造工程的结构方案为：采用具有两个预应力梁式转换层的预应力巨型框架结构，每个转换层支承四个普通标准楼层，使原有三层的多层建筑扩展为12层的高层建筑，建筑面积由3000m2增加到12000m2.预应力巨型框架柱沿原建筑的周边设置，每边四根共16根，其截面尺寸为：4层顶板（第1个转换层）以下4层顶板以上1000mmX1500mm.每个转换层由八根相互正交的预应力转换梁组成，转换梁的截面尺寸为800mmX2500mm，其中横向转换梁跨度为32.4m，纵向转换梁跨度为29.77m.预应力巨型框架立面见，预应力梁式转换层平面见。

　　3预应力巨型框架设计与施工要点在预应力巨型框架设计与施工时应重点解决的主要技术关键问题是：巨型框架与原建筑之间的基础处理；巨型框架与原建筑结构的连系；大跨度预应力转换梁设计；大体积混凝土施工中的抗裂措施；预应力转换梁张拉前的支护和张拉时机。

　　3.1巨型框架与原建筑之间的基础处理利用巨型框架对原建筑进行增层改造时，框架柱通常与原建筑墙体非常接近甚至紧密接触，作为多层建筑的原建筑其基础埋深相对较浅，而巨型框架的基础通常应埋置很深，因此在巨型框架的基础设计时必须注意采用合理的基础型式和防止原建筑基础的滑移。

　　阳泉市信托投资大楼增层改造工程的巨型框架基础，经方案比较采用了23.5m深大孔径人工成孔混凝土灌注，身与原建筑的独立基础轴线左右错开并紧靠原基础向下嵌入基底微风化层。利用人工成孔灌注作为巨型框架基础的优点在于其施工过程是人工挖孔且边挖孔边支护，施工时对原建筑基础扰动很小，每次挖掘深度很小即用现浇的厚壁环形混凝土井套进行支护，可以防止原建筑的基础滑移。为约束身的位移，在原建筑基底以上标高处用混凝土地梁将各灌注的身沿原建筑周边封闭连接，在基础顶部支承巨型框架柱的顶承台厚度为1200mm. 3.2巨型框架与原建筑结构的连系1994-20图预应力巨型fc架丨立面Publish套式框架与原建筑结构的连系1般/有两种处理方当采用外套式框架进行建筑的增层改造时，外法。一种方法是外套式框架的框架柱与原建筑结构之间保持一定缝隙，在此缝隙间设置减震带，新旧建筑在水平荷载作用下可以分别变形，并通过减震带的作用避免相互撞击，这是一种软连系的方法。减震带常用减震橡胶制作，如桥梁结构中的减震橡胶垫，其价格昂贵；另一种方法是外套式框架的框架柱与原建筑结构紧密连系，并用周边封闭式连梁在原建筑的楼板标高处将各框架柱连结在一起形成约束圈梁，如同目前常见的抗震加固一样，新旧建筑在水平荷载作用下可以同时变形，这是一种硬连系的方法。当新旧建筑之间为硬连系时，若框架柱刚度较小，在水平荷载作用下外套框架随原建筑的变形而变形；若框架柱刚度较大，则框架柱可以约束原建筑在水平荷载作用下的变形，原建筑随外套框架的变形而变形。

　　阳泉市信托投资大楼增层改造工程的巨型框架与原建筑结构之间采用的是硬连系方法。由于巨型框架的框架柱刚度充分大，完全能够约束原建筑的水平变形，使新旧建筑形成整体因此可以不考虑新旧建筑在水平荷载作用下的相互撞击及在竖向荷载作用下原建筑因基础曾被轻微扰动所产生的基础不均匀沉降。

　　3.3大跨度预应力转换梁设计在预应力巨型框架设计中，结构的计算模型是由支承于预应力转换梁上的各楼层梁柱与预应力转换梁叠合在一起形成的集中质量组合框架梁和巨型框架柱组成的巨大的框架。其中巨型框架柱是主要受力构件，预应力转换梁是关键受力构件。预应力转换梁必须承担大量的重力荷载作用，包括本层楼面传递的均布恒载及活荷载和由作用其上的各楼层恒载和活荷载组成并通过各上层柱传递的超重集中荷载；与此同时，预应力转换梁还必须协同框架柱承担水平荷载作用。无论是风荷载还是地震荷载，水平荷载总是往复作用于巨型框架，用两方向作用的水平荷载分别与重力荷载组合，使梁的内力截然不同，因此对于预应力转换梁这种关键受力构件进行配筋设计时，不应考虑预应力筋作为构件的极限承载力配筋，而仅作为用于提高构件刚度和抗裂度的配筋。

　　阳泉市信托投资大楼增层改造工程中的预应力转换梁为两端嵌固于巨型框架柱的单跨梁，轴线间计算跨度324m，梁的截面高度2. 5m，为跨度的框架，因此结构计算模型可视该巨型框架是由巨型框架柱和两层集中质量组合框架梁及屋顶梁组成的巨大的三层框架。预应力转换梁除承担水平荷载作用外，尚承担大量重力荷载作用，包括本层楼面传递的均布恒载和活荷载及上面三个楼层的恒载和活荷载组成的集中荷载，预应力转换梁各跨中节点处的重力集中荷载作用值约为5000kN.因此，该工程中的预应力转换梁具有大跨度、大体积、重荷载的特点。

　　鉴于上述特点，在进行预应力转换梁设计时的配筋原则为：普通钢筋配筋应满足梁的极限承载力要求；预应力筋配筋应满足梁的刚度和抗裂度要求；在集中荷载作用点密布抗剪箍筋用于抵抗集中荷载对梁的冲切作用；梁的抗裂构造筋以握裹力较好的小直径螺纹钢筋小间距均匀布置。

　　因该工程转换梁中的预应力筋仅用于提高构件刚度和抗裂度，所以转换梁采用后张无粘结预应力梁以便于施工，梁的混凝土强度等级为C40，预应力筋为1860MPa级。在按现行国家规范计算预应力筋配筋时，为严格控制转换梁的抗裂度，取混凝土拉应力限制系数a=0，即不允许梁的受拉区边缘混凝土出现拉应力。预应力筋的张拉控制应力0.7/ptk（/ptk为钢绞线强度标准值）。

　　3.4大体积混凝土施工中的抗裂措施目前，国内已建成的大量大跨度大平面混凝土建筑，在使用初期即出现很多因温度变形产生的收缩裂缝，构件中的这些裂缝不但影响建筑的正常使用和耐久性，甚至会影响结构的承载能力。当现浇混凝土构件为高强度大体积时，因水泥用量大，构件中的水泥水化热不易及时排出，以致过多的热应力积累使构件更容易出现温度变形和收缩裂缝。

　　阳泉市信托投资大楼增层改造工程中的预应力转换梁截面和跨度均很大，已构成现浇大体积混凝土的施工，因此必须采取有效措施，减轻水泥水化热的影响，避免梁的温度变形和收缩裂缝以及预应力张拉前梁的下垂引起的裂缝。

　　经施工方案的研究，对预应力转换梁的施工采取两种抗裂措施：一是在支模时使转换梁起拱，拱高取梁跨的1.5/1000即50mm；二是混凝土分三层浇注，以便使水泥水化热有一定的时间排出，混凝土分层浇注的处理方法按现行国家规范执行。按上述设计和施工方案施工的预应力转换梁，经近一年的检3.5预应力转换梁张拉前的支护和张拉时机在预应力转换梁的施工过程中，转换梁的混凝土浇注后在未达到要求的强度之前不能张拉预应力筋，这是众所周知的常识。因为在没有强度的混凝土中不可能建立起预应力，如果此时进行预应力筋张拉只会引起构件的破坏。但是，当转换梁的混凝土已达到所要求的强度而其上没有其它楼层作用时仍不能张拉预应力筋。这是因为在预应力转换梁的设计时，预应力筋配筋计算是以预应力转换梁及其所支承的各楼层重力荷载之和为平衡荷载的，如果转换梁上没有其它楼层或只有很少楼层，则总重力荷载过小，转换梁中预应力提供的平衡荷载过大，将使转换梁反拱过大而引起反向裂缝。因此，转换梁中的预应力筋张拉必须在转换梁及其所支承的多个楼层基本完成混凝土浇注施工后才可进行。也就是说，在转换梁上已作用的重力荷载接近预应力提供的平衡荷载而不致引起转换梁反拱过大的情况下才能张拉预应力筋。由于上述原因，引出预应力转换梁施工中的两个问题：其一是在张拉预应力筋之前转换梁不可能支承多个楼层传递的重力荷载，所以必须采用有效的支护；其二是转换梁上有多少个楼层的重力荷载作用时其值才能接近预应力提供的平衡荷载，而不致引起转换梁的过大反拱，这也就是预应力筋张拉时机问题。这两个问题涉及到施工时的支撑体系和支撑周转。

　　阳泉市信托投资大楼增层改造工程中的个转换层是在大楼的第4层，所以预应力转换梁的支撑应作用于3层顶板上，即原建筑的屋面板。该层板在原设计中虽然是上人屋面，但其单位面积上所能承担的重力荷载很小，不足以支承预应力转换梁和作用于转换梁上的多个楼层的重力荷载。为此，该工程的个转换层各转换梁下的支撑采用了钢桁架，并通过钢桁架将支承的重力荷载均匀的分配到原建筑的框架柱顶上。

　　经计算分析，当预应力转换梁上作用有70的计算重力荷载时，预应力提供的平衡荷载才不致引起转换梁的过大反拱，因此转换梁中的预应力筋张拉必须在完成三个标准楼层的混凝土浇注施工后才能进行，所以工程中的周转支撑应满足三层楼面的施工支护。为减少周转支撑的用量、节省投资和避免过大的楼层自重和施工荷载作用于3层顶板，施工中采用了分级张拉预应力筋的方法，使预应力转换梁能够逐步承担其上各楼层的自重荷载及施工荷载。

　　4小结目前，国内正在进行大量的旧城改造工作，利用原结构较好的建筑，采用预应力巨型框架增层改造，可以节约大量投资，扩展出希望得到的建筑使用面积，是一种值得推广的建筑改造方法。本文介绍了山西省阳泉市信托投资大楼用预应力巨型框架增层改造的典型实例，简明扼要的阐述了设计与施工中的主要技术关键问题和相应的处理措施，可以总结为：用预应力巨型框架进行建筑增层改造时，其基础可以使用人工成孔灌注。其特点是：人工挖孔且边挖孔边支护，可以基本不扰动原建筑基础并能够防止原建筑基础的滑移。

　　用预应力巨型框架进行建筑增层改造时，框架柱与原建筑结构宜采用硬连系的方法，既可以实现建筑的增层改造，又可以约束原建筑，同时还可以防止新老建筑在水平荷载作用下的相互撞击。

　　在预应力转换梁设计中，配筋原则为：普通钢筋配筋应满足构件极限承载力的要求；预应力筋配筋应满足构件刚度和抗裂度的要求；集中荷载作用点应密布抗剪箍筋；构件抗裂构造筋应以握裹力较好的小直径螺纹钢筋小间距均匀布置。配筋计算时应取混凝土拉应力限制系数a=，以便严格控制预应力转换梁的抗裂度。

　　受弯构件大体积混凝土施工时，为防止温度变形和收缩裂缝，宜采用支模时预先起拱和混凝土分层浇注的方法。

　　在预应力巨型框架施工时，第1个转换层的预应力筋张拉前应进行模板的有效支护，并将施工期的重力荷载分散传递到原建筑的竖向构件上，张拉时机应根据计算分析确定。

　　按上述技术要点进行设计和施工的阳泉市信托投资大楼增层改造工程现已竣工近一年其基础、主体结构、预应力转换梁均良好，尤其是大跨度重荷载的预应力转换梁未发现任何裂缝。可以说该工程是一个典型工程，本文所述内容具有一定的工程。