陳志剛,李駿嶸,焦儉

(浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310006)

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杭州退休職工大學(xué)新址修繕改造工程加固設(shè)計(jì)

陳志剛,李駿嶸,焦儉

(浙江省建筑設(shè)計(jì)研究院,浙江 杭州 310006)

介紹了杭州退休職工大學(xué)利用原有的校區(qū),通過改造整合,對(duì)不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的和不滿足受力要求的構(gòu)件進(jìn)行加固處理,從而為辦成質(zhì)量較高、特色鮮明、具有社會(huì)影響力的綜合性老年大學(xué)，提供了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ),并且具有顯著的社會(huì)效益。

退休職工大學(xué)；工程改造；加固設(shè)計(jì)；社會(huì)效益

1　工程概況

杭州市退休職工大學(xué)現(xiàn)有的建筑由6層的教學(xué)樓,4層的圖書教研樓,以及3層的教學(xué)辦公樓組成。教學(xué)樓為框架結(jié)構(gòu)，圖書教研樓為局部框架的混合結(jié)構(gòu),建造于1984年；其基礎(chǔ)采用打入式沉管灌注樁；教學(xué)辦公樓為磚混結(jié)構(gòu),建造于1964年,基礎(chǔ)采用天然地基條形基礎(chǔ)?，F(xiàn)經(jīng)功能整合,原6層教學(xué)樓的功能仍為教學(xué)樓;圖書教研樓功能改為展廳、校史陳列以及教學(xué)辦公等；教學(xué)辦公樓底層保留兩個(gè)培訓(xùn)教室,其余改為教學(xué)辦公和小型會(huì)議室。原有工程除了衛(wèi)生間和部分屋面板為現(xiàn)澆板外,樓板均采用預(yù)應(yīng)力多孔板。原本三幢房子各自獨(dú)立,經(jīng)過功能整合后,變?yōu)楣δ荦R備、方便老年人培訓(xùn)辦事的綜合性教學(xué)辦公樓。

2　與結(jié)構(gòu)相關(guān)的改造內(nèi)容

2.1原6層教學(xué)樓(框架結(jié)構(gòu))

4)部分房間由于建筑功能需要,原多孔板拆除,改為現(xiàn)澆板。

2.2原圖書樓(磚混結(jié)構(gòu)、部分框架)

2)在承重墻上開大洞,磚墻洞口加固。

2.3教學(xué)辦公樓(磚混結(jié)構(gòu))

2.4樓與樓之間的連接

1)原有圖書樓與原6層教學(xué)樓之間的連接：拆除原有的鋼樓梯,增加混凝土樓梯,增加每層連接平臺(tái)。

2)原有圖書樓與原3層教學(xué)辦公樓之間的連接：增加兩樓之間的連接平臺(tái)。

3　建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)及設(shè)計(jì)使用年限

1)建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)；

2)原建筑使用年限為50年,按業(yè)主要求,加固設(shè)計(jì)后正常使用年限為30年；

3)結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)：框架為四級(jí)[1]；

4)抗震設(shè)防烈度為6度,丙類建筑,抗震措施按6度考慮；

5)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)；

6)建筑耐火等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

4　工程自然條件

1)基本風(fēng)壓：0.45 kN/m2,地面粗糙度C類[2];

2)基本雪壓：0.45 kN/m2[2];

3)建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

5　設(shè)計(jì)依據(jù)

1)本工程設(shè)計(jì)使用現(xiàn)行國(guó)家及省市的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程。

2)本工程相關(guān)資料如下：

①本工程教學(xué)樓、圖書樓本院存檔底圖及建設(shè)單位提供的干部文化補(bǔ)習(xí)學(xué)校(教學(xué)樓)圖紙;

②浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司提供的杭州市退休職工大學(xué)教學(xué)辦公樓、教學(xué)樓、圖書資料樓主體結(jié)構(gòu)檢測(cè)鑒定報(bào)告;

③建筑專業(yè)提供的建筑圖;

④浙江省工程物探勘察院提供的《杭州市退休職工大學(xué)新址修繕改造工程巖土工程勘察報(bào)告(詳勘)》。

3)浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司提供的《杭州市退休職工大學(xué)工程檢測(cè)及抗震鑒定報(bào)告》：

①在不改變結(jié)構(gòu)構(gòu)件平面布置的前提下,杭州市退休職工大學(xué)教學(xué)樓主體結(jié)構(gòu)能滿足安全使用要求。改造裝修時(shí),填充墻應(yīng)與框架梁柱進(jìn)行有效的連接。

②杭州市退休職工大學(xué)圖書教研樓主體結(jié)構(gòu)能滿足安全使用要求。

③杭州市退休職工大學(xué)教學(xué)辦公樓墻體砌筑砂漿質(zhì)量較差,整體未設(shè)置構(gòu)造柱,房屋整體性較差,不符合抗震構(gòu)造要求；從結(jié)構(gòu)安全考慮,應(yīng)對(duì)該樓進(jìn)行抗震構(gòu)造及承重墻體的加固補(bǔ)強(qiáng)。

6　計(jì)　算

由于本工程的建筑物分別建造于1984年和1964年,當(dāng)時(shí)的框架結(jié)構(gòu)采用二維單榀框架進(jìn)行,且當(dāng)時(shí)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋強(qiáng)度與現(xiàn)行規(guī)范中的規(guī)定有所不同。本次加固計(jì)算采用空間計(jì)算軟件PKPM2010版進(jìn)行計(jì)算復(fù)核,根據(jù)建筑物原有的結(jié)構(gòu)斷面輸入模型,按照建筑使用功能調(diào)整的要求輸入樓面和梁上荷載,在計(jì)算過程中對(duì)鋼筋強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度等級(jí)按照當(dāng)時(shí)的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整,按照現(xiàn)有規(guī)范的要求,復(fù)核柱子的軸壓比、柱子的縱橫向配筋、柱子的箍筋以及梁的配筋,對(duì)不滿足規(guī)范要求和梁柱配筋不足的地方進(jìn)行加固；對(duì)基礎(chǔ)不滿足承載力要求處進(jìn)行加固。

7　加固技術(shù)以及應(yīng)用

7.1加固的施工要求

1)本加固工程的施工必須由具有特種施工資質(zhì)(結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng))的專業(yè)公司完成。

2)構(gòu)件進(jìn)行加固前,應(yīng)優(yōu)先考慮將原結(jié)構(gòu)構(gòu)件除其自重外進(jìn)行卸載,如無法卸載應(yīng)及時(shí)向設(shè)計(jì)人員報(bào)告,得到設(shè)計(jì)人員認(rèn)可后方可施工(或采取臨時(shí)支撐措施)。

3)在加固過程中若發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件有開裂、腐蝕、銹蝕、老化以及與圖紙不一致的情況,施工單位應(yīng)進(jìn)行記錄，檢查結(jié)構(gòu)的損害程度,向設(shè)計(jì)人員報(bào)告,得到設(shè)計(jì)人員同意后方可繼續(xù)相關(guān)的加固修復(fù)工作。

4)工程施工前必須完全理解整體加固的原則及加固的需要,若部分結(jié)構(gòu)拆除工作需先行加固,必須確保加固工作的完成且加固構(gòu)件達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,并做好臨時(shí)支撐工作后方可進(jìn)行相關(guān)的拆除工作。

5)施工單位在施工中必須做好對(duì)新舊混凝土澆筑界面的處理,鑿毛、充分濕潤(rùn)、接漿(或使用其他界面劑),保證連接面的質(zhì)量及可靠性。新增加的混凝土與磚墻界面處應(yīng)鑿除磚墻粉刷層、清理、浸潤(rùn)后方可施工。

7.2本工程結(jié)構(gòu)加固內(nèi)容

工程結(jié)構(gòu)加固內(nèi)容見表1。

表1　工程結(jié)構(gòu)加固內(nèi)容

7.2.1基礎(chǔ)的加固[3-4]

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,對(duì)樁基不滿足承載力要求的柱下基礎(chǔ)采用200 mm×200 mm錨桿靜壓樁,編號(hào)為MZa-20-2.0-5。樁身有效長(zhǎng)度為10 m,樁端持力層為①-2粉砂,單樁承載力特征值為250 kN,具體做法參照《錨桿靜壓樁(2004浙G28)》。在老基礎(chǔ)上補(bǔ)樁的位置鑿出250(300) mm×250(300) mm(括號(hào)內(nèi)為下部尺寸)洞口并鑿穿原有承臺(tái),待壓樁完畢后封孔,封樁前鑿毛和刷凈樁頭和樁孔,以C30微膨脹早強(qiáng)混凝土澆灌封樁, 預(yù)壓封頂應(yīng)在千斤頂

不卸載條件下進(jìn)行,待封樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可卸載。加大基礎(chǔ)面積,以滿足樁基的承載力要求,對(duì)不滿足樁基抗剪或抗沖切要求的承臺(tái),采用加高基礎(chǔ)高度。增加的基礎(chǔ)高度尚須滿足原有承臺(tái)配筋的抗彎強(qiáng)度。

1)教學(xué)樓框架結(jié)構(gòu)增加2臺(tái)電梯并進(jìn)行基礎(chǔ)加固(圖1)。

首先，利用原有結(jié)構(gòu)的重量打錨桿樁,待錨桿樁封孔以后, 再進(jìn)行卸荷, 即卸除上部結(jié)構(gòu)電梯范圍內(nèi)的多孔板或功能要求需要拆除的墻體, 減少樁基所承受的上部荷載。由于這部分承臺(tái)根部的標(biāo)高為-1.00 m,而電梯的基坑高度為1 700 mm,加上門廳地面抬高250 mm,承臺(tái)根部的標(biāo)高超過電梯基坑的高度,還需要鑿除承臺(tái)根部范圍的450 mm。為了滿足承臺(tái)的抗剪、抗彎、抗沖切要求,必須在承臺(tái)下部的一定范圍對(duì)根部鑿除的承臺(tái)高度加以彌補(bǔ)。基坑底板的鋼筋通過植筋錨入原有的承臺(tái)或錨入新澆筑的混凝土里,與原有結(jié)構(gòu)連接時(shí),表面鑿毛,通過界面劑套漿后再澆筑混凝土。在施工前,與施工單位進(jìn)行技術(shù)交底,通過詳盡地講解,明確承臺(tái)需要加深的范圍,讓施工單位徹底了解和理解設(shè)計(jì)意圖。

圖1　教學(xué)樓電梯基坑平面圖

2)教學(xué)辦公樓磚混結(jié)構(gòu)增加1臺(tái)電梯(圖2)。

圖2　教學(xué)辦公樓電梯基坑平面圖

磚混結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是條形基礎(chǔ),基礎(chǔ)埋置深度并不深,電梯基坑的深度比原有基礎(chǔ)深，利用原有房子的重量壓入錨桿樁并沒有難度,其難度是該建筑物是磚混結(jié)構(gòu),澆筑電梯基坑需要拆除該電梯范圍的承重墻,故在電梯基坑施工前,需要對(duì)2層該范圍的墻體進(jìn)行加固處理。

7.2.2柱子加固[3]

根據(jù)復(fù)核計(jì)算結(jié)果,6層教學(xué)樓部分柱子的軸壓比不符合現(xiàn)行規(guī)范要求,需要對(duì)不滿足要求的柱子加大截面。根據(jù)建筑物的使用功能,采用單面或三面加大截面,以滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011—2010)》表6.3.6要求,主筋上下采用植筋,箍筋采用與原柱子箍筋單面焊接(焊接長(zhǎng)度10 d)。見圖3。

圖3　柱子加固

7.2.3梁加固[3]

根據(jù)復(fù)核計(jì)算結(jié)果,當(dāng)框架梁的復(fù)核計(jì)算配筋值與實(shí)際配筋值相差較大時(shí),優(yōu)先采用增大截面加固法；當(dāng)框架梁的復(fù)核計(jì)算配筋值與實(shí)際配筋值相差較小時(shí)或構(gòu)件斷面的改變影響建筑使用功能時(shí),采用外粘型鋼加固法。

教學(xué)樓報(bào)告廳屋頂改造為門球場(chǎng),由于屋頂?shù)暮奢d超過原有多孔板允許的活荷載,故原有的多孔板需要改為現(xiàn)澆板；考慮到門球場(chǎng)場(chǎng)地的平整要求,利用原有屋頂?shù)恼移赂叨葘⒃械闹髁汉痛瘟壕戏?適當(dāng)抬高后澆的屋面板標(biāo)高。根據(jù)原來主次梁的跨中配筋,反算加高梁的高度,采取往上加大梁截面方法加固,支座配筋根據(jù)計(jì)算結(jié)果采用另配。

加固平面表示方法參照《建筑結(jié)構(gòu)加固施工圖設(shè)計(jì)表示方法(SG111—1～2)》[5]。

7.2.4教學(xué)辦公樓磚墻加固(鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固)[4]

根據(jù)浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司提供的《杭州市退休職工大學(xué)工程檢測(cè)及抗震鑒定報(bào)告》,需要對(duì)教學(xué)辦公樓的墻體進(jìn)行加固處理。先鑿除原有砌體的粉刷,采用雙面鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固。鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固是指在面層砂漿中配設(shè)一道鋼筋網(wǎng)或鋼板網(wǎng)或焊接鋼絲網(wǎng),達(dá)到提高墻體承載力和變形性能(延性)的一種加固方法。先用Φ6鋼筋固定墻兩側(cè)的鋼筋網(wǎng),再采用噴射砂漿工藝噴射墻兩側(cè)的砂漿,在噴砂漿后4 h即應(yīng)開始養(yǎng)護(hù),每班噴水不得小于一次。

設(shè)計(jì)構(gòu)造要求如下:

1) 砂漿強(qiáng)度等級(jí)采用M15水泥砂漿,厚度35 mm。

2) 鋼筋網(wǎng)采用細(xì)密點(diǎn)焊鋼筋網(wǎng),規(guī)格為Φ4@(120～150) mm×(120～150) mm,采用S形Φ6鋼筋以鉆空穿墻對(duì)拉, 間距為900 mm,呈梅花狀布置,具體要求與做法詳見《磚混結(jié)構(gòu)加固與修復(fù)(03SG611)》[4]。

7.2.5原圖書樓改造加固[3]

3)增加標(biāo)高3.720 m樓板和框架梁東西兩跨框架方向的梁和中柱南北的梁主筋采用植筋,由于四周是承重墻,為了擱置樓板,需要在墻的內(nèi)側(cè)增加邊梁,中間跨擱置在框架的梁上,兩端邊跨擱置在磚墻上。

4)承重墻上開洞在洞口兩側(cè)增加構(gòu)造柱(原有結(jié)構(gòu)有柱處利用原來的柱子),待柱子的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,先對(duì)樓板采取臨時(shí)支撐,拆除洞口磚墻,在構(gòu)造柱上通過錨栓加預(yù)埋件,再將H300×250的H型鋼四面圍焊在預(yù)埋件上。H型鋼頂部的空隙用三角鋼楔頂緊,并用發(fā)泡劑封閉,具體做法見圖4。

圖4　洞口加固詳圖

7.2.6拆承重墻,原墻頂加固

教學(xué)辦公樓3樓根據(jù)功能要求,拆除一道承重墻,改會(huì)議室。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果,利用2根反向槽鋼,通過對(duì)穿螺桿固定在板底的磚墻上,兩側(cè)加臨時(shí)支撐,拆除磚墻,槽鋼底部的綴板與槽鋼底部翼緣焊接,空隙部位用C30灌漿料灌實(shí)。具體做法見圖5。

圖5　磚墻頂加固

7.2.7抗震加固

根據(jù)浙江省建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司提供的《杭州市退休職工大學(xué)工程檢測(cè)及抗震鑒定報(bào)告》要求,框架結(jié)構(gòu)的填充墻應(yīng)與框架梁柱進(jìn)行有效地連接；教學(xué)辦公樓等磚混結(jié)構(gòu)整體未設(shè)置構(gòu)造柱及拉結(jié)筋。根據(jù)上述要求,采取下列措施進(jìn)行加固。

1)教學(xué)樓(框架結(jié)構(gòu))[1，3]

①凡柱(構(gòu)造柱)與砌體連接處應(yīng)在高度方向設(shè)置2Φ6@200拉筋,長(zhǎng)度700 mm,且大于1/5墻長(zhǎng)(該長(zhǎng)度范圍的砌體先拆除,待植入水平拉筋后再恢復(fù)),柱子部位采用植筋。

②當(dāng)填充墻長(zhǎng)度超過5 m時(shí),宜在5 m長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)置構(gòu)造柱,構(gòu)造柱尺寸為240 mm×240 mm,內(nèi)配4Φ12,箍筋Φ6@200。構(gòu)造柱縱筋通過植筋錨固于上下梁內(nèi),柱頂留30 mm空隙。

③當(dāng)填充墻凈高超過4 m時(shí),宜在4 m高度范圍內(nèi)設(shè)置圈梁,圈梁尺寸為240 mm×240 mm,內(nèi)配4Φ12,箍筋Φ6@200(在設(shè)置圈梁以上的砌體先拆除,待圈梁澆筑完畢后再恢復(fù))。

④對(duì)于教學(xué)樓報(bào)告廳位置,由于層高較高,柱子的抗剪加固采用2層300 g碳纖維一級(jí)布,厚度0.167 mm,搭接長(zhǎng)度150 mm[4]。

2)磚混結(jié)構(gòu)加固[4]

①在建筑物的四角及中間隔一開間的位置設(shè)置構(gòu)造柱,柱截面尺寸240 mm×240 mm,內(nèi)配4Φ12,箍筋Φ6@200,在砌體中預(yù)留馬牙槎；拉結(jié)筋采用4×2Φ12的鋼筋, 分別布置在上下層高各1/3范圍內(nèi),

長(zhǎng)度1.5 m,緊貼橫墻布置；一端錨在新增的構(gòu)造柱內(nèi),另一端錨入橫墻的空洞內(nèi)；空洞尺寸為120 mm×120 mm,拉結(jié)筋的錨固長(zhǎng)度15 d,并用混凝土填實(shí)。

②原建筑物3層沒有設(shè)置圈梁,故在外墻及中間隔一開間的縱墻上通過2[18的槽鋼,在樓板底的磚墻上間距1～1.5 m通過對(duì)穿螺桿2M12固定,代替圈梁。

7.2.8多孔板改現(xiàn)澆板[3]

根據(jù)建筑功能的要求及板面增加的恒載或荷載超過原有多孔板允許的活荷載,本工程部分多孔板需要改為現(xiàn)澆板。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的多孔板端部有砌體的首先要將砌體拆除,利用原有多孔板的厚度,根據(jù)計(jì)算配筋,鋼筋錨固長(zhǎng)度不足可采用植筋的方式錨入梁內(nèi)；對(duì)于磚混結(jié)構(gòu),由于多孔板擱置在承重墻內(nèi),只能采用靜力切割,對(duì)于板跨較小的板,采用單邊擱置,在單邊的位置增加邊梁,邊梁擱置在兩端的砌體上；對(duì)于板跨較大的雙向板,則采用四邊擱置,在板的四周設(shè)置次梁。

8　結(jié)　語

本工程通過采用錨桿樁、植筋、加大截面法、粘貼碳纖維布、粘鋼、鋼筋網(wǎng)砂漿面層噴漿工藝、鋼結(jié)構(gòu)、鋼磚組合梁等加固手段對(duì)原有建筑的基礎(chǔ)、梁、柱、磚墻、磚墻開洞及拆除承重墻進(jìn)行加固,讓建造年代久遠(yuǎn)的建筑通過加固改造滿足現(xiàn)代功能的需求,為既有的建筑物獲得新生做了部分探索和嘗試,創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。希望本文能給有類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)同行們提供一定的參考借鑒作用。

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB 50011—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB 50009—2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[3]四川省建筑科學(xué)研究院.GB 50367—2006混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

[4]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.03SG611 磚混結(jié)構(gòu)加固與修復(fù)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社， 2010.

[5]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.SG111—1～2 建筑結(jié)構(gòu)加固施工圖設(shè)計(jì)表示方法[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2010.

Reinforcing Design on the Repair Works for the New Address of University of Retired Staff and Workers of Hangzhou

CHENZhigang,LIJunrong,JIAOJian

2016-06-27

陳志剛(1965—),男,浙江樂清人,高級(jí)工程師,從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

TU746.3

B

1008-3707(2016)10-0008-06