某框架结构教学楼加固方案探讨

某框架结构教学楼加固方案探讨

李艳伟1     李昌吉2

1．中城科泽工程设计集团有限责任公司云南分公司  云南 昆明 650000 2．云南桂彤建设工程有限公司  云南 昆明 650000

摘要：随着建筑使用年限的增加，由于既有建筑接近设计使用年限或者建筑使用功能改变，房屋的鉴定加固是大多数既有建筑将要面临的问题，通过对某工程采用改变结构体系加固与设置消能减震阻尼器加固的结构计算对比，以及不同加固方案的施工措施对比，着重分析了两种加固方案的优缺点，并进行了总结。

关键词：结构加固；消能减震；加大截面；

1工程概况

本教学楼建造于1996年，按《建筑抗震设计规范》GBJ11-89设计，竣工时间为1998年，基本情况见下表。

教学楼基本情况表

2结构基本设计依据、设计条件及加固原则

2.1设计依据

《云南省既有房屋建筑抗震加固技术导则（试行）》云建震函[2022]35号

《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008

《建设工程抗震管理条例（中华人民共和国国务院令第744号）

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)

《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-2009

《建筑抗震鉴定标准》GB50023-2009

《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013

《民用建筑可靠性鉴定标准》GB50292-2015

《既有建筑鉴定与加固通用规范》GB55021-2021

2.2设计条件

建筑抗震设防分类为乙类，场地类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为8度0.2g,地震分组为三组，周期折减系数0.75，结构重要性系数1.1，加固后结构设计使用年限为40年，基本风压为0.3KN/㎡，无雪荷载，场地类别为B类。

2.3教学楼鉴定报告主要结论

（1）房屋地基基础工作状态良好，室外地坪存在不同程度的沉陷，待室外地坪土体沉降稳定后，对地坪进行封闭、修复处理。

（2）主体结构无影响结构安全性损伤，影响使用性的损伤主要有局部屋面及围护墙体接缝处的渗水，局部框架梁与填充墙交接处抹灰开裂等，宜对该类损伤进行处理。

（3）房屋多项抗震性能参数不能满足规范要求，一至三层均存在框架梁、柱节点域剪压比超限的情况，且一、二层均存在框架梁、柱构件计算钢筋大于实配钢筋，说明该房屋混凝土构件在地震作用下，其截面及承载力不能够满足要求，不满足抗震要求的构件以及节点需进行抗震加固处理。

（4）房屋各楼层综合抗震能力指数除首层及二层外，均小于0.95，不能满足《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）对B类多层混凝土框架结构房屋的要求，且该房屋在多遇地震作用下，其一至三层的最大弹性层间位移角超过限值，应对该房屋进行整体抗震加固。

根据鉴定报告，原结构梁、柱配筋不满足规范要求，大多数梁柱节点抗剪承载力超限，本栋房屋建于1996年，由于抗震设防区划的调整,设防类别的提高,造成梁柱等构件的构造措施要求的提高,原结构构件的构造措施已不能满足要求。

2.4加固原则

（1）加固后满足抗震设防烈度8度0.2g的重点设防类建筑的抗震设防目标；

（2）加固后能够满足建筑的使用功能要求，提高结构整体性的同时，对局部构件承载力不足部位应根据际情况采取措施，尽量提高构件的抗震承载力，重点对薄弱层部位进行加强；

（3）尽量保持原有结构的完整性，通过更换主体结构墙体材料减小上部结构自重，同时尽可能少增加荷载；

（4）应结合该结构单元的现场条件和实际情况，采用实用、可行的加固方案、经量采用新材料、新技术；

3加固设计方案

根据《建设工程抗震管理条例》及《建筑工程抗震设防分类标准》该房屋的抗震设防类别由标准设防类变更为重点设防类后，其抗震构造措施不能满足规范要求。为了建筑能够达到抗震设防目标，本次加固设计参照性能化设计思路，主要考虑两种方式进行。分别是：①大幅提高框架结构构件的承载力以适当降低相应的延性构造措施；②增加抗震防线（即弹塑性变形能力）以相应降低原框架结构构件的承载力要求。本工程采用了增设消能减震器加固及改变结构体系加固两种方案进行对比。

3.1增设消能减震器加固方案

将原结构在不影响建筑使用功能的部位设置了黏滞阻尼器，附加阻尼为3%，附图一为黏滞阻尼器的布置图，增设黏滞阻尼器后，结构地震反应减小了30%左右，结构的主要控制参数位移角，位移比、周期比、剪重比均满足规范要求，在设置阻尼器部位，子结构柱截面为700x700,子结构梁为400x700,子结构梁及柱采用增大截面加固，子结构构件除外，大多数柱子的抗弯承载力满足规范要求，本工程加固后框架抗震等级为一级，对于梁柱节点域抗剪承载力不满足部位需要加大梁截面宽度或者梁加腋处理；框架柱原结构抗震等级为二级，柱子需粘钢加固以解决构造措施不满足规范要求（一级抗震）的问题。

附图一：黏滞阻尼器平面布置图

3.2增设剪力墙加固方案

原结构为框架结构，在原结构为填充墙部位设置剪力墙，剪力墙平面布置图如附图二所示。通过新增剪力墙以改变体系为框架剪力墙结构的加固方法，可以提高结构的刚度和改善结构的扭转效应，同时也增加了地震作用下结构的抗震防线，剪力墙为第一道抗震防线，框架为第二道抗震防线。新增剪力墙抗震等级为一级，施工质量容易保证，能满足作为第一道抗震防线的承载力要求。框架抗震等级为二级，与原结构相同。如下附图中所示，在剪力墙转角部位的原结构柱按端柱进行设计，此端柱抗震等级与剪力墙相同，为了满足抗震构造措施采用增大截面加固。经结构计算分析，改变结构体系后，结构大部分地震力由剪力墙承担，大多数原结构柱节点域抗剪承载力及抗弯承载力满足规范要求，不需要加固处理。局部抗弯承载力不满足规范要求的框架柱采用外包型钢加固处理。

附图二：新增剪力墙平面布置图

3.3方案对比

通过上述两种加固方案验算分析结果表明，这两种整体加固方案在技术上加固后均能满足鉴定要求，但对两种整体加固方案进一步分析比较表明，本工程适用新增剪力墙的加固方案；增设消能减震器加固方案施工较简单，施工周期短，避免了基础的加固，但因本栋建筑为乙类建筑，抗震等级为一级，而原结构抗震等级为二级，在抗震构造措施方面原结构柱仍需加固处理以满足抗震等级为一级的构造要求，新增剪力墙后原结构由钢筋混凝土框架结构改变为框架剪力墙结构，结构体系改变后框架的抗震等级与原结构相同，在水平地震作用下，大部分地震力由剪力墙承担；剪力墙为新增构件，能保证其施工质量。采用粘滞阻尼器虽然可以减小地震反应，但是不能改变结构的抗震等级。

4结语

每种加固方案都有其对应的特点和适用范围，设计过程中应结合每个工程的具体情况，考虑受力、施工、造价等因素，再确定具体的加固方案。加固改造项目，应以补强为宗旨，应避免因加固改造方案的选择不当，对结构产生不利影响。加固方式与建筑的抗震设防烈度、抗震设防类别、场地类别、抗震等级等息息相关，在选择加固方案时，应选择两种可能的加固方案进行结构试算对比，对比后才能选出最佳的加固方案，建筑结构鉴定和加固的方法众多,各有优缺。加固方案的选择,还需根据结构可靠性鉴定结果,综合加固效果、施工可操作性等多种因素进行确定。

参考文献:

[1]混凝土结构构造手册[M]．(第三版)

[2]李国胜.建筑结构裂缝及加层加固疑难问题的处理（第二版）

[3]GB50367-2013，混凝土结构加固设计规范[S]

[4]张敬书.我国抗震鉴定和加固技术的发展[J].工程抗震与加固改造,2004(5):33―39.

作者简介：

李艳伟（1990-04）；男：汉族；云南昆明人；本科；工程师；主要从事建筑结构设计方面工作。