雷 建 　 朱彥鵬 　 滕文川 　 安 炳

(1.蘭州理工大學(xué),甘肅 蘭州　730050；　2.甘肅土木工程科學(xué)研究院,甘肅 蘭州　730020)

?

甘肅某賓館加層改造工程加固應(yīng)用研究

雷 建1朱彥鵬1滕文川2安 炳2

(1.蘭州理工大學(xué),甘肅 蘭州730050；2.甘肅土木工程科學(xué)研究院,甘肅 蘭州730020)

以某賓館加層改造為例，對加層前后整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析計(jì)算，并采用不同的加固方法分別對框架梁、柱進(jìn)行了加固，探討了加固后結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，改造后的使用情況表明，工程所采用的加固技術(shù)安全有效。

既有建筑物，加層改造，結(jié)構(gòu)加固，穩(wěn)定性

1　工程概況

甘肅某賓館大樓建成于2003年12月。該大樓為4層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，整個建筑物呈“L”字形布置。建筑物總長30.3 m，總寬20.7 m，總高17.4 m，總建筑面積2 508.84 m2。基礎(chǔ)采用柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。由于該建筑處于繁華鬧市區(qū)域，建設(shè)單位根據(jù)需求，決定在原4層大樓屋面增建2層，以擴(kuò)大原結(jié)構(gòu)的使用面積。

2　原結(jié)構(gòu)加層改造

2.1結(jié)構(gòu)加層形式

根據(jù)建設(shè)單位的需求,對原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加層改造設(shè)計(jì)。通過對目前實(shí)際工程中應(yīng)用較廣泛，技術(shù)較成熟，最適宜的幾種常見的加層方法進(jìn)行綜合對比,經(jīng)各方人員協(xié)商一致確定采用直接加層法對結(jié)構(gòu)加層最有效，最經(jīng)濟(jì)。建筑物進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，這種方法在框架結(jié)構(gòu)加層中最有效，最經(jīng)濟(jì)。

2.2加層前后結(jié)構(gòu)分析與對比

根據(jù)建設(shè)單位的要求,對該建筑物進(jìn)行加層改造,根據(jù)原有結(jié)構(gòu)和加層后結(jié)構(gòu)平面布置圖、設(shè)計(jì)圖紙、工程施工的原始資料、前期工程人員的檢測及抗震鑒定報告，通過軟件PKPM鑒定加固模塊對結(jié)構(gòu)建立模型，模型如圖1所示。

1)周期分析對比見圖2。

2)變形分析對比見圖3，圖4。

3)軸壓比及配筋。

經(jīng)分析，結(jié)構(gòu)加層后，由于上部荷載增加，結(jié)構(gòu)總體質(zhì)量增加，原有框架柱的設(shè)計(jì)只是滿足原有結(jié)構(gòu)框架要求。因此，經(jīng)加層后，在地震作用下，框架柱的變形具有一定幅度的增大，而部分原有框架柱并沒有加大截面，剛度明顯不足。所以該結(jié)構(gòu)加層后部分框架柱的軸壓比明顯增大，個別出現(xiàn)超限現(xiàn)象；部分框架柱及框架梁承載力也不滿足要求；因此，需對軸壓比較大以及配筋不足的構(gòu)件進(jìn)行加固處理。

2.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固方法

根據(jù)混凝土框架結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)涉及的相關(guān)規(guī)范[1-3]進(jìn)行計(jì)算，得出相應(yīng)的所需加固構(gòu)件具體的加固方法，具體方法如下：

1)軸壓比過大的框架柱加固方法見圖5。

2)承載力不足的框架柱加固方法見圖6。

3)承載力不足的框架梁加固方法見圖7。

2.4加固效果評價

1)加固前后結(jié)構(gòu)周期分析對比見圖8。

2)加固前后結(jié)構(gòu)剪重比分析對比見表1。

通過表1對比可以得出，結(jié)構(gòu)加固后剪重比稍微增大，但均滿足抗震規(guī)范中的2.4%的要求。

表1　加固前后結(jié)構(gòu)剪重比對比表　%

3)結(jié)構(gòu)最大層間位移角對比見表2。

表2　最大層間位移角

從表2可以看出：加固后結(jié)構(gòu)X，Y方向最大層間位移角均有減少，說明結(jié)構(gòu)經(jīng)加固后，剛度增大，并且滿足規(guī)范規(guī)定的限制1/550。

3　SAP2000對結(jié)構(gòu)的分析

3.1模型的建立

根據(jù)工程的基本概況，使用SAP2000軟件對加層加固前框架結(jié)構(gòu)建立模型，使用桿件模塊來建立框架梁、柱等構(gòu)件模型,使用面單元模塊建立樓板、屋面板等構(gòu)件模型[4]；根據(jù)工程中實(shí)際荷載添加到模型框架構(gòu)件中，荷載與PKPM一致，結(jié)構(gòu)模型底部設(shè)置固定約束。

模型圖如圖9所示。

加層加固后結(jié)構(gòu)三維模型建立時,由于部分加固構(gòu)件截面增大或外圍粘貼鋼板，構(gòu)件截面及尺寸發(fā)生變化，這時需使用SAP2000中截面定義功能里截面設(shè)計(jì)器,即SD截面編輯器[5]。具體截面形式如圖10所示。

3.2結(jié)構(gòu)模態(tài)分析

1)加層加固前后結(jié)構(gòu)模態(tài)分析及對比見表3。

表3　加層加固前后結(jié)構(gòu)模型在SAP2000中的周期對比　s

從表3中可以看出:加層加固后結(jié)構(gòu)模型SAP2000中第一振型X軸平動,周期為1.254 7 s；第二振型Y軸平動,周期為1.160 1 s；第三振型Z軸扭轉(zhuǎn),周期為1.013 8 s；T3/T1=0.81，滿足規(guī)范要求。與結(jié)構(gòu)加固前模型周期的對比可以看出，由于框架柱，框架梁的SD截面的加固設(shè)計(jì)，部分框架柱及梁的截面尺寸及剛度增大，使結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度增大，使得加固后的結(jié)構(gòu)自振周期減小，與上文結(jié)構(gòu)加固后效果評價是一致的。

2)層間位移角、結(jié)構(gòu)位移及相對層間位移量變化情況見圖11～圖16，表4。

表4　加固前后結(jié)構(gòu)模型層間位移角比較

由圖11～圖16，表4可知：在第一振型(X向平動)當(dāng)中，加固后的結(jié)構(gòu)層間位移角、結(jié)構(gòu)最大位移以及層間相對位移量相比于加固前結(jié)構(gòu)均有減??；在第二振型(Y向平動)當(dāng)中，加固后的結(jié)構(gòu)層間位移角、結(jié)構(gòu)最大位移以及層間相對位移量相比于加固前結(jié)構(gòu)也均有減??；在第三振型(Z向扭轉(zhuǎn))當(dāng)中，加固后的結(jié)構(gòu)X，Y向最大位移以及層間相對位移量相比于加固前結(jié)構(gòu)也均有減??；說明結(jié)構(gòu)的框架柱和框架梁的加固對結(jié)構(gòu)的整體剛度產(chǎn)生了加強(qiáng)的作用，并且提高了框架柱和框架梁的承載力。通過本實(shí)際加層改造工程，理論上證明了在原有結(jié)構(gòu)屋面增層改造，荷載增加的情況下，通過加固設(shè)計(jì)提高承載力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是可行的，是正確的。

4　結(jié)語

本文通過某框架結(jié)構(gòu)的加層改造這一實(shí)際工程,首先對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加層及加固設(shè)計(jì)，并進(jìn)行加固效果評價；然后使用SAP2000有限元軟件對加層加固前結(jié)構(gòu)和加層加固后結(jié)構(gòu)建模,進(jìn)行模態(tài)分析，通過周期、層間位移角以及結(jié)構(gòu)位移等數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)中采取的加固措施所起到的作用。

1)通過PKPM模型分析對比，得出結(jié)構(gòu)加層改造前后在周期、位移角、構(gòu)件內(nèi)力、結(jié)構(gòu)重要參數(shù)以及配筋等方面的變化情況,確定了所需加固的構(gòu)件。

2)通過軟件對加固前與加固后結(jié)構(gòu)模型分析可以看出，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固，能夠使得結(jié)構(gòu)自振周期減小，層間位移角減小，結(jié)構(gòu)位移減小，框架柱軸壓比減小，框架柱、梁承載力增大，結(jié)構(gòu)整體剛度增大，說明結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)是成功的。

該加層加固工程完工后已使用一年多。通過建筑使用情況及建筑沉降觀察，均符合要求。證明該建筑加層、加固設(shè)計(jì)方法達(dá)到預(yù)期的效果，可供同類工程設(shè)計(jì)參考。

[1]GB 50367—2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[4]趙楓.北京市某框架結(jié)構(gòu)別墅加層改造的應(yīng)用研究[D].成都：四川大學(xué),2006.

[5]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.SAP2000使用指南[Z].2012.

Research on strengthening the application of a hotel storey-adding transformation engineering in Gansu

Lei Jian1Zhu Yanpeng1Teng Wenchuan2An Bing2

(1.LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China;2.GansuInstituteofCivilEngineering,Lanzhou730020,China)

Taking a certain hotel as an example, the whole structure of the whole structure is analyzed and calculated. The different strengthening methods are used to analyze the frame beams and columns, and the structure stability is analyzed. After the reform, the use of the engineering is safe and effective.

existing buildings, storey-adding transformation, structure reinforcement, stability

1009-6825(2016)19-0031-03

2016-04-25

雷建(1990- )，男，在讀碩士

TU746.3

A