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        某高層住宅地下室發(fā)電機(jī)房改造加固分析

        2021-11-10 06:08:34孫延林
        河南建材 2021年10期
        關(guān)鍵詞:粘貼剪力墻支座

        孫延林

        宿遷學(xué)院建筑工程學(xué)院(223800)

        發(fā)達(dá)國(guó)家建設(shè)大都經(jīng)歷大規(guī)模新建、新建建筑與加固并存、加固翻新為主的三階段[1]。我國(guó)雖然還處于發(fā)展中國(guó)家,但經(jīng)過三十幾年的改革開放,中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展世界矚目,中國(guó)的城鎮(zhèn)人口比例已經(jīng)達(dá)到60%以上,時(shí)至今日,我國(guó)既有建筑總面積已達(dá)600多億m2[2],在建設(shè)發(fā)展迅猛的同時(shí),早期建筑功能單一落后,設(shè)計(jì)規(guī)范不完善,安全冗余度不足,密集無序開發(fā)等問題逐步顯現(xiàn)[3]。同時(shí)由于使用年限較長(zhǎng),建筑用途的變更,或者長(zhǎng)期超載使用等因素,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全性難以保證,穩(wěn)定性降低,存在安全隱患。

        據(jù)統(tǒng)計(jì),現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)中需維修加固占四成以上[4],為實(shí)現(xiàn)資源的有效循環(huán)利用,加之技術(shù)的發(fā)展與成熟,對(duì)既有建筑進(jìn)行加固改造就有了廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)和發(fā)展前景,具有重要的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。文章以某高層住宅地下室排風(fēng)井周圍改造實(shí)例,針對(duì)不同改造部位,選擇適當(dāng)?shù)募庸檀胧┻M(jìn)行分析,以供類似工程參考借鑒。

        1 工程概況

        本工程于2018年建成并投入使用,使用年限較短,設(shè)計(jì)為一幢帶有四個(gè)單元的高層高檔住宅樓。因此其建筑平面長(zhǎng)度較長(zhǎng),達(dá)117.05m,建筑平面最大寬度為20.20m。平面形狀不規(guī)則,但總體較為對(duì)稱。該建筑地下兩層,地上34層,總高度為95.2m,建筑工程基底面積為1731.53m2,總建筑面積58872.02m2。地下主要為各種機(jī)房和地下停車庫(kù)。

        該建筑主要采用框架-核心筒的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系,結(jié)構(gòu)外圍布置柱網(wǎng),最大柱距7.85m,中部核心區(qū)域以剪力墻承重為主。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為8度(設(shè)計(jì)地震基本加速度0.2g),地震分組第二組,建筑場(chǎng)地類別為三類,按50年房屋使用年限設(shè)計(jì)。

        2 改造要求

        應(yīng)委托方要求,改造前建筑地下室1層的17~18軸/D~F軸交匯處的發(fā)電機(jī)房需要進(jìn)行調(diào)整,改造區(qū)域原結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示。

        圖1 改造區(qū)域原結(jié)構(gòu)平面圖

        該發(fā)電機(jī)房現(xiàn)采用主用功率600kW的發(fā)電機(jī),新機(jī)組干重6.53t,濕重6.89t,其尺寸大小也發(fā)生改變,并且需在機(jī)組下方采用C30混凝土建造一個(gè)基礎(chǔ),長(zhǎng)4.8m,寬2.5m,高0.55m,基礎(chǔ)表面及四周需要用水泥抹平。因此對(duì)于該處混凝土板,結(jié)構(gòu)荷載發(fā)生改變,經(jīng)過復(fù)核驗(yàn)算,原混凝土板無法滿足新機(jī)組的承載力要求,且對(duì)周邊區(qū)域的混凝土梁和板的承載力會(huì)造成一定的影響。同時(shí),為方便機(jī)組排風(fēng)排煙和散熱換氣,需在鄰近的16~17軸/D~E軸之間的混凝土板上開一處通風(fēng)井,尺寸大小為2.0m×1.9m。

        由于該建筑系新建建筑,實(shí)施此改造時(shí)距離該結(jié)構(gòu)主體施工完畢間隔不長(zhǎng),且只是對(duì)地下1層局部進(jìn)行改造,影響范圍較小,所以對(duì)整棟建筑的影響較弱。除機(jī)組所在位置及其周邊部分區(qū)域外,整棟建筑的基礎(chǔ)承載力、混凝土強(qiáng)度、砂漿強(qiáng)度等均滿足要求,不需要對(duì)整棟結(jié)構(gòu)進(jìn)行大范圍的檢測(cè)鑒定。

        3 加固改造方案設(shè)計(jì)

        依據(jù)改造要求,本工程通過SATWE軟件對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,根據(jù)計(jì)算分析,由于該建筑采用核心筒結(jié)構(gòu),其自身抗震性能較優(yōu),能較好地抵抗外荷載,因此本次改造僅影響了機(jī)房所在的地下室1層的結(jié)構(gòu),地下2層以及地上部分的結(jié)構(gòu)承載力仍然滿足要求,并未受到影響,不需要進(jìn)行加固。同時(shí)地下1層的影響范圍也較小,主要加固區(qū)域集中在16~18軸/C~F軸之間,且由于剪力墻的存在,使得豎向傳力構(gòu)件的承載力較大,所以本次改造不需要對(duì)剪力墻和框架柱進(jìn)行加固。在制定結(jié)構(gòu)改造的初步方案后,按照改造后的各專業(yè)條件和對(duì)后續(xù)施工的影響,經(jīng)過反復(fù)對(duì)比及多次調(diào)整復(fù)核后,確定了具體加固改造方案。

        3.1 板的加固

        由于發(fā)電機(jī)組的荷載變化,使得機(jī)組下方以及周邊部分混凝土板的原承載力不足,通過計(jì)算對(duì)比分析,考慮到施工周期長(zhǎng)短,本工程采用粘貼碳纖維布的方法對(duì)不滿足承載力要求的混凝土板進(jìn)行加固,其主要機(jī)理為對(duì)所要加固的構(gòu)件卸荷后,利用適當(dāng)?shù)哪z結(jié)黏合材料或膠黏劑將碳纖維布與其混凝土基層形成可靠的連接,當(dāng)構(gòu)件重新受力后,碳纖維布也承擔(dān)一定的外荷載[5],從而提高加固后構(gòu)件的整體承載能力,有效控制構(gòu)件的變形和裂縫。碳纖維布彈性模量高,抗拉強(qiáng)度高,自重小,耐腐蝕性好,施工過程簡(jiǎn)單方便[6]。以17~18軸交E軸的板支座處加固為例,根據(jù)公式[7]:

        得到該處加固該板所需的碳纖維布的面積,根據(jù)面積選擇適當(dāng)?shù)膶訑?shù)和寬度,最終此處選擇1層碳布,寬度為200mm,每隔300mm布置一道,長(zhǎng)度按構(gòu)造要求。板的加固圖如圖2所示。

        圖2 板加固方案

        3.2 梁的加固

        根據(jù)改造要求,需要在16~17軸/D~E軸之間的混凝土板上開一處通風(fēng)井,但該板下有一混凝土梁,經(jīng)過計(jì)算分析和研究討論,最終采用將此梁截?cái)嗟姆桨?。由于該通風(fēng)井的四邊一面靠近原混凝土梁,一面緊鄰原剪力墻,對(duì)結(jié)構(gòu)傳力影響較小,但與之相對(duì)的兩邊板傳力受到開洞的影響較大,所以在洞口邊緣與截?cái)嗔捍怪狈较蛐略鲆坏懒篨ZL1,最后一面同樣新增一道混凝土次梁XZL2。新增梁的位置如圖3所示,配筋見表1。

        表1 新增梁配筋

        圖3 新增梁位置圖

        對(duì)于承載力不足的混凝土梁,可以選擇粘貼碳纖維布加固法、粘貼鋼板加固法[8]和預(yù)應(yīng)力加固法等,也可以通過在特定部位增設(shè)支點(diǎn)或托梁等改變?cè)旱氖芰w系進(jìn)行加固。通過對(duì)比計(jì)算,對(duì)于支座處抗彎承載力不足的梁,本工程采用粘貼鋼板加固方法,即打磨掉梁支座處表面的松散浮層,直到完全露出混凝土基層,再利用結(jié)構(gòu)膠黏劑將適當(dāng)尺寸的鋼板與混凝土粘連在一起,使兩者形成復(fù)合截面[9]。通過此種方法將鋼板粘貼于受力薄弱部位,使兩者形成整體,共同受力,能夠彌補(bǔ)原構(gòu)件鋼筋的不足,有效提高梁的剛度和承載能力,改善原結(jié)構(gòu)的鋼筋及混凝土應(yīng)力狀態(tài)[10]。對(duì)于底面承載力不足的混凝土梁,采用與板類似的貼碳布的方法。以17~18軸/D軸上需要加固的梁支座為例,根據(jù)公式:

        計(jì)算求得該梁支座所需的鋼板面積,進(jìn)而選擇該處使用100mm寬,4mm厚的鋼板。梁頂?shù)募庸虉D如圖4所示,梁底面加固位置如圖5所示,梁底具體加固方法見表2。

        圖4 梁頂加固圖

        圖5 梁底加固圖

        表2 梁底加固方案

        4 重難點(diǎn)分析

        4.1 排風(fēng)井加固

        在對(duì)梁加固時(shí),由于在板上開排風(fēng)井,需要在該洞口的兩面新增兩個(gè)混凝土梁。這兩道梁中,新增梁XZL1兩端是搭在原混凝土梁上,需要與原梁形成可靠的連接,才能使原梁和板上的荷載合理傳遞,新增梁XZL2一端搭在原剪力墻上,另一端搭在XZL1,所以其與原剪力墻也要形成可靠連接,才能保證荷載順利傳遞。本工程采用剛接的方式,將新增梁的鋼筋伸入原有結(jié)構(gòu)的同時(shí),還在原構(gòu)件中植入附加鋼筋,附加鋼筋植入深度取大于15倍的鋼筋直徑。對(duì)于截?cái)嗔?,截?cái)嗵幍匿摻钚枰钊胄铝簝?nèi)并具有一定的錨固長(zhǎng)度,才能使截?cái)嗔旱暮奢d順利傳至新增梁XZL1。本工程新增梁XZL1與原梁的連接如圖6所示,新增梁XZL2與原剪力墻的連接如圖7所示,截?cái)嗔轰摻钌烊胄铝簝?nèi)錨固的做法如圖8所示。

        圖6 新增梁XZL1與原梁的連接

        圖7 新增梁XZL2與原剪力墻的連接

        圖8 截?cái)嗔号c新增梁XZL1的連接

        4.2 剪力墻處梁加固

        在混凝土梁頂支座承載力不足加固設(shè)計(jì)時(shí),本工程采用粘貼鋼板方式加固,但支座處鋼板需要滿足一定的構(gòu)造長(zhǎng)度才能保證粘連的鋼板與原梁協(xié)同工作。然而在16~17軸之間有兩個(gè)待加固的梁支座緊鄰剪力墻,伸向剪力墻側(cè)的鋼板無法粘貼,不能保證鋼板的構(gòu)造長(zhǎng)度。經(jīng)過討論分析,本工程最終決定采用植筋的方式進(jìn)行加固,即在剪力墻內(nèi)植入鋼筋,然后與鋼板連接。具體為待加固梁JGL1采用3根直徑為25mm的鋼筋與鋼板焊接,然后將另一端鋼筋植入剪力墻內(nèi),植入深度大于等于22倍的鋼筋直徑,最后將鋼板另一端粘貼于支座處。待加固梁JGL2因?yàn)榧袅穸仍?,鋼筋植入深度無法保證,所以采用直徑為18mm的等代螺桿與鋼板焊接,然后將等代螺桿穿過剪力墻,在另一側(cè)用200mm長(zhǎng),100mm寬,5mm厚的鋼板作為墊板,用螺栓擰緊,最后粘貼鋼板。JGL1和JGL2的位置如圖9所示。

        圖9 剪力墻處梁加固

        5 結(jié)語

        建筑在使用過程中因?yàn)楣δ苄枨蠡蛘呤褂脿顟B(tài)改變等原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化,不能滿足新的承載力要求,合理的對(duì)既有建筑進(jìn)行加固改造具有重要意義,既能節(jié)約資源,而且更加經(jīng)濟(jì)。文章就某高層住宅樓地下室1層發(fā)電機(jī)房的改造案例進(jìn)行討論和分析,因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組的尺寸大小和重量的改變,使得原結(jié)構(gòu)部分承載力不足,而且由于機(jī)房的存在,導(dǎo)致需要在鄰近混凝土板上增加一個(gè)通風(fēng)井。充分考慮上述兩個(gè)變化的影響,制訂了最終加固方案:采用粘貼碳纖維布的方法對(duì)混凝土板進(jìn)行加固;對(duì)于混凝土梁支座承載力不足的,采用粘貼鋼板的方法,梁底承載力不足的,采用貼碳布的方式。

        針對(duì)排風(fēng)井和梁頂兩處加固方案還進(jìn)行了重點(diǎn)分析。由于通風(fēng)井的存在導(dǎo)致原梁被截?cái)啵捎迷诙纯谶吘壭略鰞傻懒旱姆椒ㄊ菇財(cái)嗔汉徒財(cái)喟甯玫膫鬟f荷載,分析了新增梁和原混凝土梁及剪力墻的連接;為解決剪力墻存在導(dǎo)致部分梁支座的鋼板構(gòu)造長(zhǎng)度無法滿足,采取鋼筋和等代螺桿的方案保證深入墻內(nèi)的長(zhǎng)度。本工程在傳統(tǒng)加固方案的基礎(chǔ)上考慮加固過程中遇到的實(shí)際情況進(jìn)行方案設(shè)計(jì),可以為類似的加固工程提供一定的參考。

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