【摘要】本文结合工程实例，对火车站更新改造中的结构设计及原有结构的加固进行了较为系统的总结，详细阐述了新、老结构在各设计阶段的主要受力特性与结构加固计算要点，以及设计和施工中的主要技术问题。
【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）。
图1平面布置图
图2效果图
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（详见图3）。
图3图4
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（详见图4）。
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.
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[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.
