胡進(jìn)來(lái)本溪市建筑設(shè)計(jì)研究院廈門分院（361000）

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探討高層建筑結(jié)構(gòu)加層加固設(shè)計(jì)方案分析

胡進(jìn)來(lái)
本溪市建筑設(shè)計(jì)研究院廈門分院（361000）

摘要：對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加層加固設(shè)計(jì)，是現(xiàn)階段建筑行業(yè)急需要解決與思考的問題。這里結(jié)合某大廈的高層建筑工程實(shí)例，對(duì)如何進(jìn)行加層加固設(shè)計(jì)方案進(jìn)行具體的分析。

關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)；加層加固；設(shè)計(jì)方案；具體策略

1　工程實(shí)例

相關(guān)資料證明，以某大廈為例，該大廈主要是集高級(jí)辦公和商務(wù)酒店為一體的高層建筑，原設(shè)計(jì)方案為地下2層，地上18層，總共20層，其中地下面積達(dá)4 880 m2，地上面積達(dá)50 000 m2。且原建筑主體主要采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，其中抗地震的防裂度可達(dá)到6.5度，剪力墻的抗震等級(jí)可以達(dá)到三級(jí)，框架抗震等級(jí)達(dá)到四級(jí)。在建筑基礎(chǔ)上主要采用的是高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，墻壁厚度可達(dá)130 mm，地面的樁端持力層主要為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖，其中樁長(zhǎng)大概為30 m，單樁在豎向極限承載力方面的一定標(biāo)準(zhǔn)值可達(dá)到5 000 kN。

該建筑物預(yù)計(jì)在2013年9月完成施工圖的設(shè)計(jì)工作，其中在2015年2月工程已成功施工到15層樓面。因?yàn)榻ㄖ褂霉δ艿牟粩嘣黾蛹霸摰貐^(qū)建筑限制高度的標(biāo)準(zhǔn)下降，故該建筑物的業(yè)主提出了加層的要求，由原來(lái)的20層加到25層，建筑屋面的高度由原來(lái)的66.59 m加高到82.5 m，擴(kuò)大面積15 000 m2。需要注意的是，該建筑工程是在建筑過(guò)程中續(xù)加層數(shù)，前后兩次設(shè)計(jì)都是采用統(tǒng)一的建筑行業(yè)規(guī)范，所以不存在設(shè)計(jì)使用年限超過(guò)部標(biāo)準(zhǔn)及新老規(guī)范制度銜接不上等施工問題。

2　建筑結(jié)構(gòu)加層的設(shè)計(jì)

在原來(lái)設(shè)計(jì)20層的建筑工程實(shí)施中續(xù)建5層，主要是解決好在新增加的豎向荷載、地震荷載及風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)體系的基本性能、整體結(jié)構(gòu)、已建結(jié)構(gòu)構(gòu)建的承載能力及加固等相關(guān)問題。

從結(jié)構(gòu)體系的整體來(lái)進(jìn)行分析與計(jì)算，可以初步判斷出該高層建筑物實(shí)現(xiàn)加層的概率。為了有效發(fā)揮原建筑的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件與抗側(cè)力體系的性能，可以先行按照原有的施工布置方案，在其基礎(chǔ)上直接增加5層來(lái)進(jìn)行分析與計(jì)算。按照我國(guó)建筑行業(yè)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，可以采取中國(guó)建筑研究院編制的SATWE結(jié)構(gòu)分析軟件來(lái)分析該建筑的結(jié)構(gòu)整體。同時(shí)可以采取剛性樓板假定和按照模擬施工的加載方式，結(jié)合±5％偶然與雙向地震的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的作用，對(duì)該建筑物的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性方面的靜力分析。從數(shù)據(jù)計(jì)算的結(jié)果可知：該建筑的結(jié)構(gòu)整體剛度偏于柔性，施工花費(fèi)周期較長(zhǎng)，樓層層間最大位移與層數(shù)的高度形成一定比例，數(shù)據(jù)為1/720，超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范中1/800的限制數(shù)值，其中樓層最小的地震剪力系數(shù)值達(dá)到1.51％，小于7度區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范的基本限值，底部框架部分能夠承受的地震傾覆力超過(guò)了設(shè)計(jì)規(guī)范的55％，一部分的框架柱軸壓力比重，嚴(yán)重超出了限制［1］。

根據(jù)上述情況，需要對(duì)原來(lái)的建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與創(chuàng)新，使其能夠滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求?？紤]到續(xù)建部分采用的鋼筋結(jié)構(gòu)方案，在設(shè)計(jì)該建筑時(shí)按照建筑物設(shè)計(jì)管理?xiàng)l例的相關(guān)要求，最終選擇了增設(shè)鋼筋混凝土剪力墻、擴(kuò)大剪力墻與框架柱截面尺寸的面積方案。這一方案不但可以提高結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度，而且能夠提高該建筑結(jié)構(gòu)的整體承載能力。同時(shí)，在設(shè)計(jì)該建筑時(shí)應(yīng)在角落多添加剪力墻，在建筑的中部采取增加剪力墻長(zhǎng)度的方式。針對(duì)原框架柱軸壓比出現(xiàn)嚴(yán)重不足的問題，新方案采取了增大截面法加固的方式，適當(dāng)增加其剛度。該建筑的整體結(jié)構(gòu)分析見表1。

表1　建筑物的整體結(jié)構(gòu)分析

通過(guò)表1可以看出，通過(guò)風(fēng)荷載與地震荷載的作用，結(jié)建筑結(jié)構(gòu)中的最大層間位置轉(zhuǎn)移可以滿足現(xiàn)階段建筑設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求。該結(jié)構(gòu)的自振周期為平行周期，并且是以扭轉(zhuǎn)為核心。該建筑結(jié)構(gòu)的底部?jī)A覆框架比例與剪重比都滿足了加層加固設(shè)計(jì)方案的相關(guān)要求。

3　建筑結(jié)構(gòu)的加固

3.1地基的加固

在對(duì)該建筑實(shí)施加層的續(xù)建工程時(shí)，首要面臨的是地基的基礎(chǔ)問題。為了有效減少地基基礎(chǔ)改造的工作量，要求工作人員在最大限度上挖掘上部的載體潛力。第一為墻體材料，可以將原先采購(gòu)的保溫?zé)Y(jié)空心磚改為容納量度較低的加工混凝土砌塊，在辦公室區(qū)域的磚砌墻改為質(zhì)量較輕的隔墻，在首層地面的填土部分使用架空板，并采取電算荷載的輸入方式，在不同方面及不同渠道對(duì)其進(jìn)行合理卸載。

按照本建筑工程原樁基德布置圖，有效結(jié)合已經(jīng)施工完畢地下室的實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)比多項(xiàng)方案，最終確定下來(lái)的是采用錨桿靜壓樁進(jìn)行全面加固。因?yàn)殄^桿靜壓樁在施工過(guò)程中具有輕便性、靈活性及作業(yè)面小的特點(diǎn)，所以讓其在施工基礎(chǔ)上設(shè)置錨桿固定壓樁架，并以建筑的自重荷載當(dāng)成壓樁架上的反力，用千斤頂?shù)姆绞綄㈩A(yù)制的壓樁分段壓進(jìn)土壤中，與原有的施工基礎(chǔ)進(jìn)行連接與聯(lián)合，整體上提高壓力樁基的總體承載力［2］。

3.2上部構(gòu)件的加固

要想最大程度減少加固施工對(duì)于原有建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞，遵守對(duì)原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件不動(dòng)或者少動(dòng)的加固原則，需對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度方面與剛度方面的鞏固與加強(qiáng)。在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)上部構(gòu)件的加固的設(shè)計(jì)中，最方便快捷的方式是擴(kuò)大截面的面積加固法。該種方法不但完全符合強(qiáng)柱若梁抗震的相關(guān)原則，而且能夠幫助框架梁使用粘鋼加固時(shí)的節(jié)點(diǎn)錨固處理方式。在柱截面擴(kuò)大的設(shè)計(jì)方案中，通常會(huì)發(fā)生新加柱的縱筋與鋼筋混凝土框架梁相互碰撞的情況，故縱向鋼筋在排列時(shí)應(yīng)全部或者大部分繞過(guò)框架梁，以便達(dá)到規(guī)范規(guī)定的豎筋間距要求。在框架梁的上下兩面各自增加附加的鋼筋，并植入到建筑的框架梁內(nèi)。

因水平荷載作用的大幅增加，部分框架梁出現(xiàn)了彎曲及抗剪承載力不足的情況。所以為了充分保障該高層建筑的施工質(zhì)量與安全性，又不會(huì)對(duì)建筑的使用高度產(chǎn)生任何的影響，可以在框架梁上使用粘貼鋼板及U型鋼箍的加固方法。在建筑的梁面、梁底粘鋼使用材質(zhì)鋼板（Q345B），在梁箍板上使用材質(zhì)鋼板（Q235B）。當(dāng)計(jì)算梁受彎的承載力時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照保守的算法，根據(jù)鋼筋的差距數(shù)值進(jìn)行換算，最終得出梁底粘鋼的數(shù)量。

4　結(jié)語(yǔ)

在對(duì)該高層建筑進(jìn)行加層設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)逐步降低建筑的使用功能及對(duì)已建成結(jié)構(gòu)的負(fù)面影響，通過(guò)比較多種方案，在達(dá)到現(xiàn)階段建筑行業(yè)規(guī)范及建筑使用的目標(biāo)下，應(yīng)不斷完善實(shí)施加固的結(jié)構(gòu)改造方案。

在對(duì)該高層建筑實(shí)施加層改建中，充分挖掘與發(fā)揮上部荷載的潛力，降低豎向荷載的潛力，這樣的方式不但可以有效降低施工人員在實(shí)施加固的工作量，而且可以有效減輕地震帶來(lái)的負(fù)面影響。

該高層建筑在2015年10月主體與外墻立面全部完工，現(xiàn)已進(jìn)入室內(nèi)裝修階段，建筑均勻達(dá)到沉降的狀態(tài)，而最大沉降量達(dá)到了20 mm。從檢驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，發(fā)現(xiàn)各種加固技術(shù)都具有一定的安全性及可靠性，加層加固能夠達(dá)到預(yù)期與理想的效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］張學(xué)偉，劉衛(wèi)東，張理，趙彥，嚴(yán)寅坤.某框架結(jié)構(gòu)辦公樓的改造加固設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)建筑，2011，02：123- 126+122.

［2］劉明.某鐵路車站高架候車室加層改造方案研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2013，08：94- 98.