某办公楼的改造加固设计

某办公楼的改造加固设计翟磊石昌伶赵冰冰敬玲（淄博华艺建筑设计有限公司，淄博255000）[摘要]首先，通过分析加层后建筑模型的动力特性，确定需要加固的部位。经分析，原结构主要存在框架柱轴压比超限、框架柱加密区体积配箍率不足、框架梁箍筋配筋不够和构造措施偏弱等问题；其次，对相应的部位进行抗震加固设计；最后验算加固后加层扩建结构模型的各项性能指标。[关键词]框架加层；轴压比；配箍率；抗震加固ReinforcementDesignofAnofficebuildingZHAILei,SHIChang-ling,ZHAOBing-bing,JINGLingAbstract:First,thedynamiccharacteristicsofbuildingmodelsintheanalysisplusthelayer,todeterminetheneedtoreinforcethesite.Frameworkforanalysis,theoriginalstructureofaxialcompressiongauge,lackofframeworkforcolumnencryptionzonevolumestirrupratio,framebeamstirrupreinforcementinadequateandweakstructuralmeasuresproblems;Secondly,thecorrespondingpartsoftheseismicreinforcementdesignFinally,afterthecheckingreinforcementexpansionofthestructuralmodelofperformanceindicators.Keywords:Frameplusalayer；Axialcompressionratio；Stirrupratio；Seismicreinforcement随着社会经济的高速发展，城市建设用地日益紧张，致使土地及住宅价格的飞涨。对原有建筑进行加层改造，是“向空中要住房，向旧房要面积”的良策，是解决现阶段住房问题经济有效的途径。此外，在建筑建成投入使用的过程中，往往由于功能改变而要求对原建筑物进行改造，为了增加建筑面积的利用，常常对原有建筑进行加层改造，所以对原有建筑的加层改造设计是未来发展的趋势。本文结合工程实例对原有建筑加层设计进行简单的阐述。1工程概况该工程位于淄博市高新技术开发区南部，西五路与中润大道交汇处。原工程始建于2003年，而于2005年竣工。原主体结构地下一层车库，层高3.600m，地上六层：地上一层层高4.500m,其余3.500m。房屋总平面为矩形条状，东西方向66.70m，南北方向15.90m，局部22.80m，建筑总面积8398.17m2。本工程为钢筋混凝土框架结构，抗震等级为三级，基础形式为柱下独立基础。原结构一层布置见下图1。图1原结构平面图加层方案：在原结构上新建两层，平面布置与原结构基本保持一致，层高3.50m。新建结构中除卫生间及不规则的房间采用现浇混凝土楼板以外，其余房间均采用钢骨架轻型板。2计算分析2.1参数取值改建后的结构主体结构类型仍然为混凝土框架结构。采用PKPM系列工程软件SATWAE进行内力计算分析。其荷载取值按现使用情况和《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）[1]中的相关规定取值。原结构混凝土强度等级：柱下独立基础C30、地下一层框架柱C35（实测值C50）、一~六层框架柱C30(实测C45)、梁板C30。改造后混凝土强度等级：新加两层柱、梁、板均为C30、基础C30、地下一层框架柱C40（实测C50）、一~六层框架柱按C35(实测C45)、梁板C30。本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类，特征周期Tg=0.35s，建筑结构的阻尼比取0.05，抗震等级为二级，且为丙类建筑，建筑结构安全等级为二级，地面粗糙度B类。2.2改造后结构分析结构中新增加部分与原结构的连接按整体现浇考虑。2.2.1地基基础按新模型进行内力分析，不考虑原建筑对地基的压缩、地基土承载力的提高作用，考虑深、宽修正，进行地基和基础复核，地基承载力基本满足要求。2.2.2框架柱新增两层以后，部分柱轴压比超限，最大的轴压比0.77，加密区的体积配箍率不足，纵向钢筋不足，这些柱的位置主要集中在中柱、角柱及楼梯间四角的框架柱。2.2.3框架梁计算结果表明，加层后各层框架梁内力均有所提高，梁端负弯矩和剪力普遍增大。主要原因是加层后，建筑质量和高度增加，导致风荷载和地震效应增大，进而导致梁内力增加。但并没有框架梁显示超筋信息，说明框架梁的截面大小满足抗震设计要求,经过与原结构图纸的比较纵向钢筋均满足要求，仅个别梁箍筋配筋不够。2.2.4周期、层间位移角及层间位移比结构加层后的1阶振型为Y方向的平动，平动系数（X+Y）为0.95（0.11+0.84），周期为1.2486s,2阶阵型为X方向平动，平动系数（X+Y）为0.99（0.83+0.16），周期为1.2391s,3阶阵型为Y方向平动，平动系数（X+Y）为0.93（0.07+0.86），周期为1.1828s，4阶阵型为扭转，扭转系数为0.83，周期为1.0733s。结构第一扭转周期与第一平动周期之比为0.859,满足规范不大于0.9的要求。加层后最大层间位移角X方向为1/1163，Y方向为1/1003，均满足规范中不大于1/550的要求。在作用规定水平力下的楼层最大位移比，X方向1.17，Y方向1.19，均满足规范规定的不宜大于1.20的要求。3加固设计3.1基础加固原基础截面尺寸及配筋满足现在新增加后承载力的要求.为控制基础变形，结合《地下工程防水技术规范》[2]对建筑的要求，在地下室地面以下200mm处增加300mm防水板，更好约束地基土，加强基础整体性。3.2框架柱加固依据加层改造后的工程实际模型进行内力分析结果，与原结构设计图纸、资料和检测报告、鉴定报告等进行分析对比，为了提高结构的整体刚度，减少层间位移，降低柱的轴压比，对地下一层框架柱轴压比超限，加密区的体积配箍率不足，纵向钢筋不足的采用加大截面法进行加固，其中新增加的纵向钢筋采用化学植筋的方法加固，生根于相应的基础上，而对于一~六层框架柱轴压比超限，加密区的体积配箍率不足，纵向钢筋不足的采用粘贴碳纤维布法加固。具体做法如图2及图3：图2框架柱纵筋不足加固大样图3框架柱体积配箍率不足加固大样3.3框架梁加固对于部分框架梁，采用外粘碳纤维布加固法，既可增加梁的承载力和刚度，可减少对室内使用空间的影响，同时应防止加固后梁出现“强弯弱剪”现象。对部分梁出现的箍筋不足采用如图4的方式进行加固：图4框架梁箍筋不足加固大样3.4新框架梁与原有构件的连接加固原结构六层圆弧位置处无现浇框梁及楼板，本次加层应甲方要求，将此位置增加现浇框梁及楼板。考虑到新增框架梁对原框架柱的削弱，在处理该节点时采取了增加柱帽的加固方式，不但使新增加框架梁与原框架柱更好的连接，同时也增强了原框架柱的强度。具体做法见图5：图5新增框架梁与原框架柱加固大样3.5加固构造措施原结构与2005年竣工，一些构造措施与现行规范不符，根据现行《建筑抗震设计规范》GB50011-2010[3]第13.3.4条：楼梯间和人流通道的填充墙，尚应采用钢丝网砂浆面层加强，本工程对楼梯间和人流通道的填充墙采用40mm厚的MU10水泥砂浆加强层加固，具体做法见图6：图6楼梯间及人流通道填充墙加固大样4加固后的结构验算在加固后加层扩建的结构电算模型中，采用增大截面加固法的构件，按加固后的尺寸输入;采用其他方法加固的构件，根据刚度等效的原则，换算成等刚度的混凝土梁柱截面尺寸输入。新旧混凝土组合截面的混凝土强度按《混凝土结构加固设计规范》（GB50367—2006）[4]中公式1进行折算：fcc=0.5(fc0+0.9fc)（公式1）其中，fcc为新旧混凝土组合截面的混凝土轴心抗压强度设计值；fc0为旧混凝土轴心抗压强度设计值，fc为新混凝土轴心抗压强度设计值，未加固的框架柱、梁按原尺寸输入。经过SATWAE的计算分析，框架柱的轴压比均小于规范要求数值0.75，随着框架柱轴压比的降低，框架柱加密区的体积配箍率随之降低。原来箍筋不足的框架梁经过加固以后，箍筋也满足。另外加固后的剪重比、刚度比、周期、位移比等均满足现行规范的要求。5结束语从本次建筑结构加层加固设计中，得到以下三点结论：首先，根据现行的规范和软件计算与原结构比较确定哪些构件和部位不满足相关规范要求；其次，确定合理、可行加固方案；最后，按《混凝土结构加固设计规范》[4]中的相关规定，将加固后的模型重新计算并核对。参考文献：[1]GB50009—2001建筑结构荷载规范[2]GB50108-2008地下工程防水技术规范[3]GB50011-2010建筑抗震设计规范[4]GB50367-2006混凝土结构加固设计规范[5]JGJ116-2009建筑抗震加固技术规程作者简介：翟磊（1984-），男（汉族），山东淄博人，本科学士。通讯地址：山东省淄博市高新区柳泉路107号国贸大厦A座1706室邮政编码：255000联系电话：[phone]Email：[e-mail]