安徽建筑大学南校区体育看台位于合肥市经开区安徽建筑大学南校区校园内，该项目2006年设计，2010年竣工投入使用。原设计底座为钢筋混凝土框架结构，项目横向长99.5m，纵向长12.5m，中间主席台和两侧的体育看台通过抗震缝分为三个独立的结构单元(图1)，仅中间主席台上空有网架结构作为屋盖遮阳挡雨，建成十多年来，结构在露天环境风雨雪霜的侵蚀下网架杆件老化，不能适应新时期下高校举办大型活动的需要，于2020年对该看台进行维修改造，拆除中间主席台上空原有网架(图2)，在三个单体看台上空全部增设膜结构罩棚，本工程于2020年9月竣工已投入使用(图3)，使用情况良好。本文主要阐述膜结构罩棚与既有钢筋混凝土看台基座之间的连接和随之引起的改造加固的结构设计内容。

既有结构看台为单层钢筋混凝土框架结构，仅中间局部看台面有伸出屋面的楼梯间顶和构架柱作为原设计的网架支点。基础形式为天然地基柱下独立基础，基础埋深1.8m，原设计框架柱截面尺寸为400X400，基础及主体结构梁板柱混凝土强度等级均为C25。根据《混凝土结构加固技术规范》（GB50367-2013)[1]第1.0.3条规定，本工程对既有看台混凝土结构进行了检测鉴定，抽检的10个框架柱混凝土芯样试件抗压强度值在18.6MPa～28.1MPa，上部承重结构安全性等级评定为Bu级，本工程结构整体性安全性等级评定为Au级[2]。

看台②～⑰轴上空增设膜结构罩棚平面投影呈矩形，立面呈弧形，造型优美，具有良好的视觉效果。水平投影外轮廓长85.8m，最大悬挑长度约10.5m，建成后的整体实景图见图3。本看台上空罩棚采用立体桁架钢结构体系，由悬挑主桁架、纵向次桁架及稳定支撑组成。②～④轴及⑮～⑰轴钢柱落在原看台面4.92标高混凝土柱顶，单柱两侧悬挑（图4）；⑤～⑭轴钢柱落在原看台出屋面楼梯间顶8.75标高混凝土柱顶，双柱两侧悬挑（图5）。整个上空钢结构连为一个整体，通过钢柱高度调节弧形罩棚顶的桁架标高。

悬挑桁架的上下弦杆和腹杆均采用圆钢管，圆钢管管材采用热轧无缝管或冷成型直缝管。无缝管采用20#钢。主钢构件、封口板及钢索耳板应符合《碳素结构钢》（GB/T 700-2006）规定的Q235B要求。上下弦杆主要截面均为Φ168X5；腹杆主要截面为Φ76X4。尽量采用工厂焊接，并优先采用自动焊接和半自动焊接。桁架的弦杆，钢管之间对接焊缝的质量等级为一级；其他对接焊缝质量等级为二级。与支座相连的拉杆截面为Φ180X5。销轴采用Q345B钢材，拉索为公称抗拉强度为1670MPa的钢芯钢丝绳。

本工程建筑结构的安全等级为二级，主体结构的设计使用年限为自原结构竣工验收算起50年，抗震设防类别为标准设防类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别为II类。基本风压按0.40kN/m2计算，基本雪压按0.7kN/m2计算（均按100年重现期取值），屋面活荷载：0.30kN/m2，膜恒荷载：0.10kN/m2，膜面预应力：经向2.0kN/m，纬向2.0kN/m。

上部钢结构罩棚采用上海同磊土木工程技术有限公司编制的3d3s(V14版本)进行分析计算，下部混凝土结构看台采用中国建筑科学研究院PKPM系列软件(软件V4.3.0版)混凝土结构鉴定加固模块计算分析，采用MIDAS软件对结构进行整体建模复核，钢结构杆件的应力比，桁架的挠度及加固柱的承载力和抗震各项指标均符合现行国家相关规范要求。

本工程为既有看台上改建膜结构，上部膜结构和下部混凝土结构存在大量锚固连接，钢柱脚与下部混凝土柱顶的连接及膜结构背面斜拉杆与下部混凝土柱侧的连接质量是保证结构安全性能的关键因素。预埋件、植筋和化学锚栓是土木工程中常用的三种锚固技术，预埋件由锚板与钢筋焊接组成，现场定位后再进行浇筑，使其埋置于混凝土中，待龄期结束后将外露锚板与钢结构焊接[3]。化学锚栓是通过特制的化学粘接剂，将螺杆胶结于固定的混凝土基材钻孔中，以实现对固定件锚固的复合件，承载性能取决于螺杆和锚固胶的共同作用，其施工质量受工人的施工工艺、施工过程的环境温湿度、基材的物理化学性质等因素影响，需要进行抗拔承载力试验对其的质量做有效验证。植筋是以专用的有机或无机胶粘剂将带肋钢筋或全螺纹螺杆种植于混凝土基材中的一种后锚固连接方法，仅考虑承受轴向力。预埋件抗剪性能优于植筋穿孔塞焊，锚筋不仅受剪力，还承受拉力并存在一定的拉伸变形，锚筋处于弯拉剪复合受力状态。

经计算分析，柱顶最不利反力位于④轴B交轴柱顶，Nx=232kN,Ny=254kN,Nz=255kN,Mx=-81kN·m,My=-232kN·m,Mz=—81kN·m,如果采用后置式化学锚栓，原设计400X400的柱截面不能满足化学锚栓间距的要求，且混凝土强度等级较低，根据《混凝土结构后锚固技术规程》（JGJ145-2013)[4]第3.1.2条：“冻融受损混凝土、腐蚀受损混凝土，严重裂损混凝土、不密实混凝土等不得作为锚固基材。”故原设计框架柱需要加固才能给上部膜结构提供安全可靠的基座。比较外包型钢加固和增大截面法加固，外包型钢加固焊缝对风荷载比较敏感，且截面较小不能满足膜结构钢柱脚底板的截面要求，经综合考虑，对承受钢管柱两侧悬挑罩棚的一层框架柱自基础至看台顶标高采用增大截面法进行加固（图6），框架柱每侧加大200mm，新增现浇混凝土部分均采用无收缩C30混凝土。通过对原柱混凝土表面凿毛、涂刷界面剂、种植短钢筋作为剪力键等措施以加强新旧混凝土共同工作。

根据上述三种锚固技术的特点及本工程的实际情况，本工程新建钢结构与既有混凝土结构之间采用预埋件为主，植筋及化学锚栓为辅的连接方案。在处于高温高湿动荷载干湿交替的露天环境下的植筋及化学锚作为混凝土结构的后锚固技术，需要进行适应性试验，使用预埋件连接质量更能得到保证。增大截面法加固柱既提高了框架柱的竖向承载力和抗震性能，又能给罩棚钢管柱脚钢板预埋锚筋创造条件。

影响预埋件强度的因素，除锚筋和混凝土的强度外，还有锚筋的直径、锚固长度、锚筋边距以及锚筋排数等。本工程柱顶采用厚36mm的锚板与罩棚钢柱焊接，锚板采用7M36锚筋预埋进增大截面的新浇筑混凝土中，框架折梁位置两侧采用2M24弯锚避开原有框架梁预埋进加大的柱截面内，锚筋的材质采用Q235，锚固长度取40d(d为锚筋直径），原400X400的混凝土柱中采用4M30后置式化学锚栓，钻孔直径和深度为35x280（图7），锚筋的间距满足既不大于300mm又不应小于6d要求，从而保证锚固的效果，提高关键节点连接的可靠度。

二次受力加固柱的受力特点：部分荷载先由原柱承担，随着荷载的增加，二次加固柱紧接着共同承受后施加的荷载[5]。本工程在施工时由安徽建筑大学土木学院在浇筑混凝土之前在围箍内的新老框架柱纵筋内预埋应变片检测应力超前或滞后情况，由于原混凝土柱早先已经完成一次受力，而膜结构本身质量较轻，二次受力较小，结果表明，新旧混凝土之间未发生明显的相对滑移，能较好地形成整体协同受力。

对有抗震要求的重要预埋件，不宜采用以锚固钢筋承力的形式，而宜采用锚筋穿透截面后，固定在背面锚板上的夹板式双面锚固形式[6]。本工程柱侧采用10M24锚栓穿透增大截面加固的框架柱，两侧采用25厚锚板双面锚固。

悬挑桁架后侧斜拉杆和看台框架柱采用销轴连接[7]，销轴直径为40mm,节点构造见图8。

销轴节点受斜拉杆的最大竖向分力为84kN，水平分力为105kN。按照《钢结构设计标准》（GB50017-2017)[8]中第11.6.3及11.6.4条公式进行计算，结果分别为：耳板孔的净截面抗拉强度为45.2MPa；耳板端部截面抗拉强度为64.4MPa；耳板抗剪强度为31.3MPa；销轴的承压强度为104MPa；销轴抗剪强度为41.4MPa；销轴的抗弯强度为97MPa。计算结果显示，销轴和耳板均能满足材料强度及规范的要求。

①既有建筑改造加固，要根据具体情况，分析比较不同的加固方案，优选经济合理、施工方便且质量可靠的改造加固方案。

②预埋件、植筋和化学锚栓三种锚固技术有不同的锚固受力机理，适合不同的条件，应选择符合实际受力情况的锚固连接方案。

③改造加固后的建筑，必要时应由有专业资质的检测单位做好改造加固的变形监测工作，后期使用过程中应做好定期观测、定期维护，确保设计使用年限内的结构安全。