付曉東，范 樂，崔劍鋒

(中國建筑科學(xué)研究院有限公司西南分院，四川成都 610041)

目前，既有建筑改造漸漸地進(jìn)入大眾的視野，逐漸的被大眾所接受。隨著人們物質(zhì)文化生活水平的提高以及生產(chǎn)技術(shù)工藝的發(fā)展，人們理念的變化及對新鮮事物的追求，原有建筑已經(jīng)不能滿足人們新的需求，既有建筑改造越來越多，從之前的單一結(jié)構(gòu)改造到現(xiàn)在的全專業(yè)改造，改造種類越來越多，改造需求也越來越多。但在改造及使用過程中，結(jié)構(gòu)加固改造應(yīng)排在首位，結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要，它是其他所有專業(yè)改造的基礎(chǔ)。現(xiàn)在人們對品質(zhì)要求越來越高的情況下，如何做到結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計既不影響功能又滿足安全需求，這是對廣大結(jié)構(gòu)工程師的一大考驗。

1 工程概況

高新區(qū)智慧指揮中心位于成都市高新區(qū)天韻路186號高新國際廣場C座，該樓修建于2003年，為聯(lián)通的成都總部大樓，見圖1。該房屋為地上11層全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。1層層高為7.4m，2層層高為5m，3層及以上層高為4.5m，房屋總高度為53.2m?，F(xiàn)業(yè)主要在一層局部改造，包括增加部分夾層及首層樓面局部增加設(shè)備房，需局部增加荷載。

圖1 該房屋外觀照片

2 原結(jié)構(gòu)的檢驗檢測

該房屋在改造之前，委托了某檢測中心對其改造范圍內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢驗檢測。

2.1 原結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計參數(shù)查閱

根據(jù)委托方提供了該樓的施工藍(lán)圖，該樓在正常使用條件下，本建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50a。地震烈度：本工程抗震設(shè)防烈度為7度。建筑場地類別為Ⅱ類。風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓為0.3kN/m2。雪荷載：0.2kN/m2。根據(jù)建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)，本工程為乙類建筑。主樓下設(shè)2層停車庫，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，剪力墻抗震等級為一級，框架二級，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，地基安全等級為一級，本工程按六級人防設(shè)計。本工程主要使用荷載為：辦公1.5kN/m2，樓梯走廊3.5kN/m2，屋面1.5kN/m2，衛(wèi)生間1.5kN/m2，電梯機(jī)房、空調(diào)機(jī)房6.0kN/m2，其他生產(chǎn)機(jī)房6.0kN/m2，傳輸設(shè)備室8.0kN/m2。電池電力室16kN/m2。

主要結(jié)構(gòu)材料：基礎(chǔ)墊層C15,基礎(chǔ)筏板C40防水混凝土，抗?jié)B等級S8。柱：16.750m以下，C60。梁板、剪力墻C35，樓梯C30。墻體材料：車庫填充墻采用頁巖實心磚，外墻、內(nèi)墻采用容重不大于8kN/m3的輕質(zhì)墻材，砂漿采用M5混合砂漿砌筑?；炷帘Ｗo(hù)層：基礎(chǔ)底板、地基梁35mm，地下室混凝土外墻臨水面50mm，地下室混凝土外墻內(nèi)面20mm，地下室內(nèi)混凝土墻、剪力墻20mm，梁、柱、構(gòu)造柱25mm且不小于d(d為鋼筋直徑)，板15mm，箍筋保護(hù)層15mm，分布鋼筋保護(hù)層10mm。

2.2 現(xiàn)場調(diào)查

(1)該建筑該部分實際使用功能及荷載調(diào)查。該樓改造范圍內(nèi)，原使用功能為聯(lián)通營業(yè)廳，現(xiàn)已搬離，現(xiàn)場已經(jīng)空置，無其他使用荷載。

(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置與尺寸檢查。該樓為鋼筋混凝土全現(xiàn)澆框架剪力墻結(jié)構(gòu)，實際與之相符。在檢測范圍內(nèi)，框架柱截面為850mm×850mm，實際與之相符。主框架梁多為400mm×750mm，實際與之相符。

(3)構(gòu)件外觀質(zhì)量檢查。該樓在改造范圍內(nèi)，未見影響結(jié)構(gòu)安全的明顯外觀質(zhì)量缺陷，在受力較大處(如梁柱節(jié)點(diǎn)及跨中部位)未見引起結(jié)構(gòu)安全的受力裂縫。

2.3 實體檢測

(1)梁柱構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度檢測。按照J(rèn)GJ/T23-2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》[1]的要求，采用回彈法對構(gòu)件混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測。在改造范圍內(nèi)，柱和梁的混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果為：所抽檢柱的混凝土強(qiáng)度為60.2～61.3MPa，符合設(shè)計規(guī)定的C60要求。所抽檢梁的混凝土強(qiáng)度為36.4～38.6MPa，符合設(shè)計規(guī)定的C30要求。

(2)混凝土構(gòu)件鋼筋配置檢測結(jié)果。采用磁感儀對混凝土構(gòu)件的鋼筋配置進(jìn)行了抽樣檢測，檢測操作依據(jù)JGJ/T152-2008《混凝土中鋼筋檢測技術(shù)規(guī)程》[2]的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。各構(gòu)件的鋼筋配置檢測結(jié)果表明：所抽檢部分的鋼筋配置符合設(shè)計要求。

2.4 結(jié)論

綜上所述，所檢測項的建筑和結(jié)構(gòu)布置與圖紙一致，構(gòu)件混凝土強(qiáng)度和鋼筋布置與圖紙一致，無影響結(jié)構(gòu)安全的表觀質(zhì)量缺陷。可按原結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行改造。

3 房屋的加固改造

為充分減輕新增夾層的結(jié)構(gòu)自重，及建筑功能需要，本次改造設(shè)計采用鋼結(jié)構(gòu)夾層，梁采用H型鋼截面，樓板采用鋼筋混凝土組合樓板。建立原樓的整體模型，復(fù)核各項整體指標(biāo)是否滿足相應(yīng)規(guī)范要求，復(fù)核基礎(chǔ)是否需要加固。對原結(jié)構(gòu)連接處進(jìn)行承載力驗算，對不滿足要求的構(gòu)件進(jìn)行加固處理。新增機(jī)房處，進(jìn)行承載力驗算，對不滿足要求的部位進(jìn)行加固處理。對新老設(shè)計規(guī)范不一致處，按新規(guī)范從嚴(yán)進(jìn)行設(shè)計復(fù)核。

3.1 加固改造主要參數(shù)

本工程建筑抗震設(shè)防類別為乙類，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級；本工程場地地震烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度0.10g；地震分組：第三組；本工程設(shè)計標(biāo)高±0.000同建筑圖紙。改造后正常使用條件下本工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為30a,到期后，若重新進(jìn)行的可靠性鑒定認(rèn)為該結(jié)構(gòu)工作正?？裳娱L其使用年限,在使用期內(nèi)每5a定期檢查改造的結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的工作狀態(tài)。

3.2 加固改造方案與措施

3.2.1 新增鋼結(jié)構(gòu)夾層設(shè)計

鋼材均采用Q355B鋼，柱跨距為8.4m，平面布置圖詳見圖2，主要鋼梁截面為HM488×300×11×18、HM582×300×12×17、HM482×300×11×15、HN350×175×7×11、HN300×150×6.5×9。所用鋼材的屈服強(qiáng)度實測值與抗拉強(qiáng)度實測值的比值不應(yīng)大于0.85；應(yīng)有明顯的屈服臺階,且伸長率不應(yīng)小于20 %；應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性；所有鋼材的機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度、延伸率、屈服點(diǎn)等)和化學(xué)成分(碳、硫、磷、錳等的含量)均應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定，且鋼材必須具備出廠證明和合格保證，并有機(jī)械性能和化學(xué)成份合格證明。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)平面布置

新增鋼梁與混凝土墻柱連接處采用鉸接，鋼梁從混凝土墻柱上懸挑處加斜向支撐。為了避免節(jié)點(diǎn)處對原結(jié)構(gòu)的損傷過大及施工方便，經(jīng)比選，采用化學(xué)錨栓加圍箍鋼板的形式代替植筋，化學(xué)錨栓采用特殊倒錐型化學(xué)錨栓，螺桿采用8.8級鋼，使用高品質(zhì)錨栓，化學(xué)錨栓須做現(xiàn)場承載力檢測試驗；圍箍鋼板圍繞柱一圈布置，鋼板厚度為20mm，具體節(jié)點(diǎn)詳見圖3。

圖3 化學(xué)錨栓加圍箍鋼板節(jié)點(diǎn)大樣

3.2.2 原結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

(1)地基基礎(chǔ)加固：增加鋼結(jié)構(gòu)夾層后，通過對全樓整體模型復(fù)核，各項指標(biāo)均滿足相應(yīng)規(guī)范要求。因鋼結(jié)構(gòu)夾層的荷載不大，單柱荷載增加值約為400kN，單柱總荷載約為9 000kN，新增荷載增幅不大，且原樓基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，經(jīng)對比分析，富余量較大，增加荷載對原有基礎(chǔ)的影響很小，原有基礎(chǔ)滿足設(shè)計要求，故基礎(chǔ)無須加固。

(2)上部結(jié)構(gòu)加固：新加夾層后，對二層以上的影響很小，可以忽略不計。在一層至二層之間，墻柱的配筋及軸壓比均滿足原設(shè)計要求，但考慮在夾層節(jié)點(diǎn)處，鉆孔對原結(jié)構(gòu)的削弱作用，且在夾層處原柱的箍筋未加密，對原柱在一層至二層板面之間進(jìn)行包鋼加固[3]，提高其抗震性能，加固節(jié)點(diǎn)詳見圖4，現(xiàn)場照片詳見圖5。

圖4 原柱加固大樣

圖5 現(xiàn)場加固照片

(3)增加機(jī)房加固：原設(shè)計樓板為跨度4m×4m的雙向板，未考慮新增機(jī)房處的荷載，經(jīng)承載力復(fù)核，原首層樓板板厚為180mm，配筋及截面均較大，原設(shè)計樓板及梁柱配筋滿足設(shè)計要求，但充分考慮到機(jī)房運(yùn)行時的動荷載，及安裝時對樓板開小孔等不利影響，綜合考慮采用碳纖維對樓板進(jìn)行加固處理，加固大樣詳見圖6。

圖6 碳纖維加固樓板大樣

3.3 現(xiàn)場施工注意要點(diǎn)

.加固過程中及使用過程中不得增加原設(shè)計要求的設(shè)計荷載值。在加固設(shè)計使用年限內(nèi)，未經(jīng)技術(shù)鑒定或設(shè)計認(rèn)可，不得改變加固后結(jié)構(gòu)的用途和使用環(huán)境。除本設(shè)計表述的對規(guī)定構(gòu)件的鉆孔及切割外，不得進(jìn)行其他任何損傷原結(jié)構(gòu)的施工操作。施工前，應(yīng)現(xiàn)場核實已建成結(jié)構(gòu)的標(biāo)高、截面、配筋是否與原設(shè)計圖及變更吻合，如發(fā)現(xiàn)不同，必須通知設(shè)計院，經(jīng)過設(shè)計院的認(rèn)可后方可施工。加固施工前必須應(yīng)使原結(jié)構(gòu)處于卸載狀態(tài)，同時在相應(yīng)部位架設(shè)可靠臨時支撐，且待加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后方可拆除支撐。對原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行剔鑿時，必須使用無振動方法，禁止使用大錘夯鑿，禁止使用風(fēng)鎬。在原結(jié)構(gòu)構(gòu)件上鉆孔時，必須事先探明原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼筋位置且避開，禁止損傷任何鋼筋。結(jié)構(gòu)改造施工過程中不得對原結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成損壞，不得降低原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力。

本項目施工順序為：加固一層原結(jié)構(gòu)柱→施工夾層鋼結(jié)構(gòu)梁→澆筑夾層樓板，為保證澆筑質(zhì)量，本工程剔鑿后澆筑的混凝土均采用CGM微膨脹無機(jī)灌漿料澆筑。.新澆注混凝土及無機(jī)灌漿料與原結(jié)構(gòu)的交界面須鑿毛、松動部位應(yīng)剔除至實處，用鋼絲刷清洗干凈、充分潤濕、涂刷高性能界面劑，再澆注混凝土。新加混凝土疊合板與原結(jié)構(gòu)的交界面，其鑿毛的不平度需不小于20mm。植筋工程必須由具有加固專業(yè)施工資質(zhì)的單位施工，植筋施工工藝、流程施工須滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，施工方應(yīng)采取措施保證植入的鋼筋達(dá)到規(guī)范錨固要求。鉆孔前需將鋼筋保護(hù)層剔開以找準(zhǔn)鉆孔位置，鉆孔時不得損壞原有結(jié)構(gòu)鋼筋。植筋時必須先焊后植，若植筋后仍需進(jìn)行焊接操作，必須采取耐焊接高溫的植筋膠，并做好降溫措施，如在植筋外露部分的根部敷冰水毛巾等，且焊點(diǎn)距離基材混凝土表面大于15d。植筋間距及邊距：除特別注明外，植筋間距不小于5d，植筋邊距不小于2.5d。d為植筋直徑。植筋深度：除特別注明外，在原結(jié)構(gòu)的柱、墻上植筋深度23d；在原結(jié)構(gòu)的梁、板上植筋深度16d。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，房屋大規(guī)模新建的時代已經(jīng)基本結(jié)束，在國家政策的扶持下，即將迎來加固改造的浪潮，加固改造的比重越來越大，隨著現(xiàn)代人們生活水平的不斷提高，房屋的現(xiàn)有功能已不能滿足新的需求，人們對房屋的品質(zhì)要求越來越高，對房屋的安全性也格外關(guān)注，特別是現(xiàn)階段土地資料緊缺，講究綠色環(huán)保的新時代，為了節(jié)地節(jié)材，老舊房屋改造的例子不斷增多。本文通過實例分析，通過對整個加固改造工程的梳理，闡述了加固改造的流程及方法，對以后出現(xiàn)的類似問題可作參考。