龐新鳳

中廣電廣播電影電視設(shè)計(jì)研究院，北京 100045

某結(jié)構(gòu)加層改造及抗震加固設(shè)計(jì)

龐新鳳

中廣電廣播電影電視設(shè)計(jì)研究院，北京 100045

本文簡要介紹了某鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的改造，依據(jù)有關(guān)資料和規(guī)程，對(duì)房屋進(jìn)行抗震加固設(shè)計(jì)。重點(diǎn)介紹結(jié)構(gòu)外包鋼加固技術(shù)，為以后類似工程提供借鑒。外包鋼法是以角鋼、鋼板外包于構(gòu)件表面或角部的加固方法，以達(dá)到增強(qiáng)原結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的目的。優(yōu)點(diǎn)是受力可靠，能顯著改善結(jié)構(gòu)性能，對(duì)使用空間影響小，施工簡便；缺點(diǎn)是外露鋼件應(yīng)進(jìn)行防火、防腐處理。

外包鋼法；鋼綴板；角鋼；抗震加固

1 工程概述

本項(xiàng)目為地下2層，地上7層的辦公樓改造。其建筑面積3 898.51m2，位于北京西城區(qū)，已建成15年，使用正常，為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為二級(jí)。柱網(wǎng)尺寸為6 300×7 500，柱下為人工挖孔擴(kuò)底灌注樁。

2 確定結(jié)構(gòu)改造方案

2.1 結(jié)構(gòu)加固方案的確定

按照業(yè)主提出的改造要求，設(shè)計(jì)人員對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析論證后，認(rèn)為改造主要包括以下4個(gè)方面：1）將七層樓板以上部分結(jié)構(gòu)全部拆除；2）地上部分剪力墻全部拆除；3）首層頂板、二層頂板和四層頂板拆除；4）在首層樓板和三層頂板之間增加一層鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板，以配合相鄰建筑的使用功能。采取改造加固措施后，可以滿足新的使用功能，仍維持原有設(shè)計(jì)使用年限不增加。

2.2 原有結(jié)構(gòu)檢測(cè)

由于該辦公樓建造時(shí)間比較早，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)規(guī)范不能滿足現(xiàn)有抗震規(guī)范的要求；而且原有結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間有一定程度降低，如果直接按照原有圖紙材料設(shè)計(jì)等級(jí)重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全性。

為了使結(jié)構(gòu)加固更加貼近結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，加固措施更加準(zhǔn)確，業(yè)主委托北京市建設(shè)工程質(zhì)量第五檢測(cè)所有限公司對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目主要包括：1）框架柱、剪力墻、框架梁、板混凝土強(qiáng)度檢測(cè)；2）鋼筋強(qiáng)度檢測(cè)；3）基礎(chǔ)部分檢測(cè)。

經(jīng)過檢測(cè)，材料強(qiáng)度均沒有問題，因此在后面的加固整體抗震計(jì)算中，均按原材料強(qiáng)度等級(jí)計(jì)算。

2.3 原有結(jié)構(gòu)拆除

混凝土拆除采用靜力拆除的方式進(jìn)行，拆除前應(yīng)進(jìn)行可靠支撐，當(dāng)工藝條件不具備時(shí)應(yīng)用小工具剔鑿，不允許大錘敲擊，盡量減少對(duì)周圍結(jié)構(gòu)的震動(dòng)影響，同時(shí)作好原有結(jié)構(gòu)的支承，確保施工安全。

3 計(jì)算分析

根據(jù)修改后的建筑使用功能，將工程分為兩個(gè)部分，其中包括原有建筑加固和改擴(kuò)建的屋頂大空間預(yù)應(yīng)力樓板體系。

在根據(jù)原有結(jié)構(gòu)藍(lán)圖提供的數(shù)據(jù)建立計(jì)算模型基礎(chǔ)上，采用中國建筑科學(xué)研究院的《結(jié)構(gòu)平面計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件》PMCAD程序，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計(jì)算，給出需要補(bǔ)強(qiáng)的數(shù)值。

4 加固改造重點(diǎn)

原有建筑地上共七層，改造之后為地上四層，豎直方向減少三層樓面荷載，經(jīng)計(jì)算，除新增樓層處框架柱配筋不足外，其他樓層框架柱基本滿足抗震要求。

1）新增框架梁與框架柱連接

因原框架整齊規(guī)則，且經(jīng)結(jié)構(gòu)鑒定基本滿足要求。在中間跨處新增框架梁鋼筋貫通原框架柱，在邊跨處新增框架梁鋼筋與原框架柱連接采用植筋?？紤]到植筋成本和施工難度，框架梁截面寬度適當(dāng)加寬，對(duì)框架梁鋼筋直徑和間距進(jìn)行合理優(yōu)化，盡量選用大直徑鋼筋，以在滿足配筋率的前提下增大鋼筋間距。由于新增框架梁與原框架柱新老混凝土連接存在施工縫現(xiàn)象，對(duì)原框架柱進(jìn)行鑿毛處理，刷界面劑，并增設(shè)橫向短筋，以便增加其抗剪承載力。詳見圖1。

圖1

2）框架柱承載力補(bǔ)強(qiáng)

圖2

由于原結(jié)構(gòu)首層至四層間拆除兩層樓板，增加一層樓板，使結(jié)構(gòu)層高增加1.5倍，而且樓層位置發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)顯示該層框架柱縱向縱筋和水平箍筋均不滿足計(jì)算要求，須對(duì)其進(jìn)行加固處理。本工程采用了外包鋼法。結(jié)構(gòu)中框架柱的縱向受力角鋼由計(jì)算確定，計(jì)算結(jié)果減去框架柱原有鋼筋后折合角鋼面積，采用L125×10，柱縱向受力角鋼在加固樓層范圍內(nèi)通長設(shè)置，中間不斷開?？v向角鋼上下兩端采用向上下延伸一層以便形成錨固。新增樓層處框架柱須進(jìn)行箍筋加密以抵抗水平剪力，所以在外包角鋼之間用鋼綴板連接，綴板截面采用100×3，在梁區(qū)用φ20箍筋，穿梁與角鋼焊接代替。詳見圖2。

3）在六層頂板以上，結(jié)構(gòu)墻體和框架柱全部拆除，致使頂層框架柱鋼筋無法錨固，故在柱頂位置附加方形鋼板，與角鋼互焊，柱縱向受力鋼筋彎折與鋼板，角鋼互焊，起到錨固作用。詳見圖3。

圖3

4）剪力墻處理

由于原混凝土墻體頂部有暗梁，所以加固方案采用墻體拆除后保留原暗梁并對(duì)其進(jìn)行加固，達(dá)到框架梁承載力要求。對(duì)暗梁底部采用加大截面法，增設(shè)縱向受力鋼筋，在梁頂采用粘鋼加固措施。

5 結(jié)論

1）在已有建筑改造過程中，由于建筑使用功能的改變和新舊規(guī)范要求的不同，使得原有結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震措施等許多方面有可能存在不足需要加固。在加固設(shè)計(jì)中，須根據(jù)具體要求，采取不同的加固方法；

2）外包鋼法可有效地加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，使其承載力提高、受力性能改善，延緩裂縫的開展和提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，加強(qiáng)了強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)理念。節(jié)點(diǎn)經(jīng)粘鋼加固后，破壞形式基本上不會(huì)發(fā)上核心區(qū)剪切脆性破壞，而是粱端塑性鉸延性破壞，耗能能力和延性都得到顯著改善，抗震性能明顯優(yōu)與加固前的節(jié)點(diǎn)，破壞時(shí)節(jié)點(diǎn)達(dá)到足夠的延性，能夠保證其在使用期內(nèi)的安全。經(jīng)加固后，框架柱的抗彎承載力，抗剪承載力，豎向承載力均滿足建筑抗震要求。

[1]中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所主編的.混凝土結(jié)構(gòu)加固改造構(gòu)造圖.

[2]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院主編的.建筑結(jié)構(gòu)加固施工圖設(shè)計(jì)表示方法.

[3]楊雪,任小艷.粘鋼加固鋼筋混凝土框架中節(jié)點(diǎn)抗震性能分析.

[4]中國建筑工業(yè)出版社出版的.混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50367-2006）.

TU352.1

A

1674-6708（2011）51-0128-02

龐新鳳，工程師，國家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)師