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        舊廠房改造為教學(xué)樓的探究與實現(xiàn)

        2021-11-10 04:50:26康國飛中山市建筑工程施工圖設(shè)計文件審查中心有限公司
        門窗 2021年7期
        關(guān)鍵詞:內(nèi)力抗震承載力

        康國飛 中山市建筑工程施工圖設(shè)計文件審查中心有限公司

        1 前言

        原廠房概況:該廠房位于廣東省中山市三角鎮(zhèn)高平村,原廠房A幢由車間一(100m×30m),車間二+辦公樓+定型車間(229.5m×32m)兩個長方形組成,通過一個8m×24.75m走廊連接,總建筑面積為41075.08m2。結(jié)構(gòu)體系為四層現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu),基本地震設(shè)防烈度7度,地震動加速度0.1g,場地類別為Ⅲ類。原設(shè)計抗震類別為丙類廠房。主跨為10m×10m×10m,11m×10m×11m,開間尺寸為6m?;A(chǔ)采用A型400×95PHC管樁基礎(chǔ),單樁豎向承載力特征值1400kN。2001年建成竣工。

        圖1平面布置位置示意

        在進行改造的過程中,主體結(jié)構(gòu)的95%都得到了保留,在原有廠房中最大限度地利用了已有結(jié)構(gòu)構(gòu)件。例如原有基礎(chǔ)以及承重柱和梁,在大體不變的情況下切割了少數(shù)梁、樓板。也就是在建筑物內(nèi)保留了原有的承重構(gòu)件,然后通過對隔墻的調(diào)整,實現(xiàn)了對內(nèi)部空間的重新劃分。

        2 改造要求

        隨著時代的發(fā)展,人們對環(huán)保要求的提高,這一工業(yè)廠區(qū)周邊都是生活居住區(qū),工廠需要搬遷,該廠區(qū)改為學(xué)校用地,將舊廠房改造為適應(yīng)新時代的教學(xué)樓,更好地融入人們的生活,繼續(xù)更好地服務(wù)社會。

        3 前期資料的收集

        由于檔案管理不當,廠房的建筑施工圖和竣工驗收資料大部分缺失。因此,要求建設(shè)方委托專業(yè)單位進行既有建筑物結(jié)構(gòu)可靠性鑒定,檢測現(xiàn)有建筑的整體傾斜度、構(gòu)件強度等級、構(gòu)件配筋等,并給出各部分構(gòu)件混凝土強度的推定値。同時又進行了場地巖土補充勘察和建筑物梁柱布置和構(gòu)件尺寸的全面測繪。

        4 改造方案優(yōu)化

        首先利用廣廈GSSAP21.0版軟件進行了既有建筑結(jié)構(gòu)在原有使用用途工況的整體結(jié)構(gòu)計算,結(jié)合保留的部分原施工資料,進行了原結(jié)構(gòu)施工圖的復(fù)原,繪制出原結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件配筋圖紙。并取得原構(gòu)件的內(nèi)力,為改造方案提供可靠的數(shù)據(jù),尤其是柱底內(nèi)力數(shù)據(jù),在滿足建筑功能的前提下,上部多采用輕質(zhì)材料,最大化減少構(gòu)件的加固數(shù)量,在進行多方案對比時,需要盡量控制柱底內(nèi)力不增加,使得基礎(chǔ)不需要加固改造,以減少改造費用和工期。

        5 改造計算

        依據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》第6.0.8條,中學(xué)教學(xué)樓抗震設(shè)防類別為乙類,抗震等級為二級,結(jié)合《結(jié)構(gòu)可靠性鑒定及抗震鑒定報告》給出的材料強度等級,《補充場地巖圖勘察報告》給出的場地類別,采用廣廈GSSAP21.0版軟件進行改造后整體空間模型(原有構(gòu)件尺寸)計算,

        依據(jù)《結(jié)構(gòu)可靠性鑒定及抗震鑒定報告》、模擬復(fù)原結(jié)構(gòu)圖紙和上面的計算資料,對原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行逐一校核,加大不滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面(軸壓比大于0.75的柱,縱筋相差大于800mm2的柱,縱筋相差大于650mm2的梁)尺寸后,重新進行空間模型復(fù)核計算。

        6 構(gòu)件加固設(shè)計

        依據(jù)上述最后計算數(shù)據(jù),對原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行逐一復(fù)核,針對不同的不足采取對應(yīng)的加固措施。

        (1)框架柱軸壓比不足

        依據(jù)《抗震設(shè)計規(guī)范》,抗震二級,框架柱軸壓比不宜大于0.75,對于軸壓比不足的框架柱采取加大截面加固處理,

        N為地震作用組合的柱軸壓力設(shè)計值;A1、A2分別為原柱截面面積、新加截面面積;fc1、fc2為原柱混凝土強度設(shè)計值、新加混凝土強度設(shè)計值。

        (2)框架柱配筋不足

        1)配筋相差不大于800mm2的柱,采取四角粘貼4L75×5角鋼加固處理,

        采用等強代換原則復(fù)核,考慮應(yīng)力滯后按0.8的折減,L75×5截面面積:As=741mm2,設(shè)計強度215N/mm2,柱每邊角鋼2條L75×5:As=1482mm2,等代鋼筋面筋:1482×215×0.8/310=822mm2大于800mm2,滿足要求。

        2)配筋相差大于800mm2的柱,按照加大截面加固處理,鋼筋按新增鋼筋與原有鋼筋共同受力確定。具體依據(jù)GB 50367—2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》第5章進行計算。

        例如:首層柱1-1×1-L兩面加大截面

        概況:首層柱1-1×1-L原混凝土強度等級實測值為C20,驗算得軸壓比不滿足要求,采用兩面加大截面進行加固。計算過程如下:

        1>、輸入?yún)?shù):a)截面參數(shù):原柱寬:B1=350mm,原柱高:H1=600mm;加固后柱寬:B=470mm,加固后柱高:H=750mm。

        b)設(shè)計內(nèi)力:加固軸力設(shè)計值:N=1812kN,加固彎矩設(shè)計值:M=201kN·m。

        c)材料參數(shù):原混凝土等級:C20fco=9.6N/mm2,加固后混凝土等級:C30fc=14.3N/mm2,原受壓鋼筋強度設(shè)計值:fyo1=300N/mm2,原受拉鋼筋強度設(shè)計值:fyo=300N/mm2,加固鋼筋強度設(shè)計值:fy=360N/mm2。

        d)配筋參數(shù):原受壓鋼筋面積:Aso1=1140mm2,原受拉鋼筋面積:Aso=1140mm2。

        e)其他參數(shù):柱的計算長度:Lo=6000mm。

        2>、計算過程和結(jié)果

        偏心受壓計算:e0=M/N=110.927mm,ea=25.000mm,ei=e0+ea=135.927mm,新舊混凝土混合強度設(shè)計值fcc=(fco+0.9×fc)/2=11.235N/mm2。

        ξ1=0.5×fcc×b×h/N=1.093;ξ1>1,取ξ1=1;ξ2=1.15-0.01×lo/h=1.070;ξ2>1,取ξ2=1。

        組合截面的混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值fcc=(fco+0.9×fc)/2=11.23N/mm2。

        界限受壓區(qū)高度:xb=ξb×h0=0.8×ho/(fyo/(Eso×εcu)+1)=372.71mm

        循環(huán)迭代,求得:受壓區(qū)高度x=323.68mm

        加固后柱軸壓比=N/(fco×Aco+αcs×fc×Ac)=0.497

        實配225+218,Aa1=1491mm2,則1491mm2>-613.74mm2,滿足要求。

        (3)梁正截面承載力不足

        對于受彎承載力相差40%以上,采用加大截面法。

        例如:二層梁1/1-1×1-L~1-P單面加大截面

        概況:計算結(jié)果顯示此梁不滿足承載力要求,需對其進行梁加大截面加固,計算過程如下:

        1>、輸入?yún)?shù)

        a)截面參數(shù):原梁寬:b=240mm,原梁高:h=600mm;加固前截面有效高度:h01=570mm,加固后梁寬:b1=400mm,加固后梁高:h1=600mm。

        b)設(shè)計內(nèi)力:原彎矩標準值:Mok=306kN·m;加固彎矩設(shè)計值:M=466kN·m。

        c)材料參數(shù):原混凝土等級:C20;fc=9.6N/mm2,ft=1.1N/mm2,新增混凝土等級:C30;fc=14.3N/mm2,ft=1.43N/mm2。

        正截面計算混凝土強度設(shè)計值fco=9.6,原受壓鋼筋強度設(shè)計值:fyo1=300N/mm2,原受拉鋼筋強度設(shè)計值:fyo=300N/mm2,加固受拉鋼筋強度設(shè)計值:fy=360N/mm2。

        d)配筋參數(shù):原受壓鋼筋面積:As0'=982mm2,原受拉鋼筋面積:As0=982mm2,新增受壓鋼筋面積:As1'=0mm2。

        2>、計算過程與結(jié)果

        α1=1.000,β1=0.800。

        a)抗彎計算:εso=Mok/(0.87×Ho1×Aso×Es0)=0.00314;εs1=(1.6×Ho/Ho1-0.6)×εso=0.00314;αs=0.900;ξb=β1/(1+αS×fy/(εcu×Es0)+εs1/εcu)=0.327

        極限受壓區(qū)高度xb=ξb×ho=186.657

        由公式M≤αs×fy×As(ho-x/2)+fyo×Aso(ho1-x/2)+αs×fy×Ay1×(x/2-a1)+fyo1×Aso1(x/2-a1)

        循環(huán)迭代計算受壓區(qū)高度x,原受拉鋼筋應(yīng)力σs0,需配的鋼筋面積As

        求得x=163.739mm,σs0=300.000N/mm2

        面筋實際新配525(2454mm2),原面筋配982mm2

        則As=2454+982=3436mm2>2849.87mm2,滿足要求。

        (4)梁正截面承載力不足

        對于承載力相差不大于40%的梁,采用粘貼碳纖維布加固。

        例如:二層梁1-9×1-K~1-P、1-10×1-K~1-P,粘貼碳纖維布

        概況:不滿足承載力要求,采用粘貼碳纖維布進行加固。

        1>、輸入?yún)?shù)

        a)截面參數(shù):截面寬度b=240mm;截面高度h=800mm。

        b)設(shè)計內(nèi)力:加固后彎矩設(shè)計值M=319kN·m;加固前初始彎矩設(shè)計值值Mo=242kN·m。

        c)材料參數(shù):混凝土強度等級=C18;復(fù)合材類型:單向織物(一級);原受拉鋼筋強度fyo=300N/mm2;原受壓鋼筋強度fyo1=300N/mm2

        d>配筋參數(shù):復(fù)合材單層厚度tf=0.167mm;復(fù)合材層粘貼寬度bf=200mm;原受拉鋼筋合力作用點到近邊距離a=30mm;原受拉鋼筋面積Aso=1473mm2;原受壓鋼筋合力作用點到近邊距離a1=30mm;原受壓鋼筋面積Aso1=0mm2;鋼筋排數(shù)=單排鋼筋。

        e>其他參數(shù):構(gòu)件重要性:重要構(gòu)件,結(jié)構(gòu)安全等級二級。是否考慮二次受力:考慮。

        2>、計算過程和結(jié)果

        正截面計算(見加固規(guī)范公式9.2.3~3,9.4.4-1,9.2.5)。

        受壓區(qū)高度x=234.725mm;界限相對受壓區(qū)高度=317.625mm。

        7 對于不滿足正常使用和抗震構(gòu)造要求的構(gòu)件

        例如:梁、柱箍筋加密間距不足,需要采用包碳纖維布、增加鋼板綴板進行加固。樓梯欄桿、護窗欄桿等需要按學(xué)校要求進行復(fù)核加固。

        8 基礎(chǔ)復(fù)核

        按照加固改造后的上部構(gòu)件尺寸、荷載,修改電算模型,取得最后的柱底內(nèi)力資料,經(jīng)復(fù)核原有管樁基礎(chǔ)和承臺均滿足改造后要求,基礎(chǔ)不需要加固處理。

        經(jīng)過六個月的改造施工,該建筑已于2020年8月竣工驗收,迎接9月新生入學(xué),本次改造設(shè)計效果良好,贏的建設(shè)方的贊譽。

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