浅谈金山立得项目结构加固设计方法

浅谈金山立得项目结构加固设计方法

庄福忠

上海凯赢达化工设计工程咨询有限公司  上海市普陀区  200333

摘要：既有建筑在达到设计工作年限需要继续使用、建筑功能修改以后，为了保证结构仍然具有安全和抗震的性能，需进行抗震鉴定和安全鉴定。设计根据鉴定报告对既有建筑按规定的程序进行加固。基于此,本文将结合实际工程介绍加固设计的方法，进行相关探讨。

关键词：抗震鉴定 加固设计

一、工程概况：本工程位于上海市金山区金环路288号。本工程地上3层，无地下室，总建筑面积 2425m2。原结构：采用框架结构,设计基本地震加速度为 0.10g(第一组)、场地类别为 Ⅳ类、特征周期0.9s。基本设计风压0.55KN/m2；基本雪压为0.2KN/m2。抗震设防类别为乙类，抗震等级为二级。于2014年建造。本次因生产规模扩大，需增加设备，导致原设计使用荷载增大，以及一些区域配合功能修改进行开洞等的加固改造。                                                    

二、建筑功能调整

受检房屋主要修改内容如下：首层楼设备布置数量增加再沸釜、干燥床、精馏塔、储罐、水泵、冷水箱、冰机等设备基础；；二层建筑功能及布置均作调整，在首层增加设备的位置上进行楼板开洞；增加了低温水槽基础和精馏塔改造；屋面层在精馏塔位置上进行楼板开洞。平面图如下：

三、安全性和抗震鉴定

针对本工程的改造需求，进行安全性及抗震性能鉴定，主要检测结果如下：

1、受检房屋为钢筋混凝土框架结构房屋，现场复核结果表明房屋实际建筑和结构布置与原设计基本一致。

2、受检房屋混凝土柱、梁的实测抗压强度值为30.4MPa，满足原设计强度等C30的要求；所有抽查的框架梁、框架柱、次梁和楼板配筋均与原设计一致。

3、受检房屋结构构件无明显变形、开裂等结构性损伤，存在部分楼层楼面面层开裂、墙体粉刷层开裂及脱落等情况，建议后期结合改造施工有针对性地进行修复处理。

4、受检房屋南北向实测最大倾斜率为向北倾斜 1.10‰，东西向最大倾斜率为向西倾斜1.30‰，小于规范限值（4‰）。

5、受检房屋为 7 度抗震设防地区，按乙类建筑、抗震等级二级及后续使用50年的 C 类房屋进行抗震鉴定，抗震措施满足规范要求。

6、受检房屋按改造后方案进行的房屋结构计算分析结果表明个别梁柱构件按配筋不满足新功能的要求。对于承载力不足的结构构件需进行加固处理。该房屋地基基础安全性满足规范要求。

四、结构设计标准及指标结果

按照上海市《现有建筑抗震鉴定与加固标准》（DGJ08-81-2021），受检房屋地处上海市金山区，为 7 度抗震设防地区，根据房屋使用性质及建造年代 （2014 年），按乙类建筑、抗震等级二级及后续使用 50 年的 C 类混凝土结构 房屋进行抗震鉴定，即按照上海市《建筑抗震设计规程》（DGJ08-9-2013）进行鉴定。选择《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2010)(2016年版)、《工程结构通用规范》(GB55001-2021)、《混凝土结构通用规范》(GB55008-2021)等进行本工程的加固改造设计。

原设计：抗震设防类别为乙类；地震分组根据10版抗规为第一组；场地类别为 Ⅳ类、特征周期0.9s。

加固改造设计根据16版抗规为地震分组为第二分组；场地类别为Ⅳ类、特征周期0.9s。

按最新规范计算得出各参数如下表1~表4：

表1 受检房屋结构自振周期和平动系数

表2 受检房屋楼层侧向剪切刚度比

表3 受检房屋楼层受剪承载力比值

表4 检房屋各楼层最小剪重比（%）

由以上各表可知：

基本动力特性：受检房屋结构第一、二振型以平动为主，第一平动周期 0.7997s，第三振型以扭转为主，扭转周期0.6682s，期比0.88。

侧向刚度及受剪承载力：受检房屋任一层与其上层向刚度比均满足现行规范最低限值要求；受检房楼层抗剪承载力满足现行规范要求。

最小剪重比：结构各层剪重比均满足最小地震剪力系数要求（1.6%）。

抗震变形计算结果如下表5：

表5 受检房屋地震作用下的结构弹性变形值

受检房屋层间弹性位移角：受检房屋 X 向结构最大层间位移角出现在一层， 为 1/625，满足现行规范 1/550 的限值要求；Y 向结构最大层间位移角出现在一 层，为 1/607，满足现行规范 1/550 的限值要求。受检房屋层间弹性位移比小于 1.5，满足规范要求。

五、结构加固方案选择

根据计算得出个别柱承载力不满足要求，出屋面层柱承载力满足要求；二层~屋面层均有少部分梁承载力不满足要求，出屋面层梁承载力满足。

针对首层增加设备基础，设计采用配砂石垫层换填的基础处理方法，换填厚度为600mm，砂石土垫层应有200mm~250mm厚分层铺填夯实，压实系数≥0.97。换填后的地基承载力设计值不小于80Kpa。如下

针对梁配筋不满足要求的，设计根据具体计算结果采用粘碳纤维布、粘钢或增大截面等方法进行加固处理：

根据计算结果和原设计图纸比较，配筋增大不大于15%时，设计采用粘碳纤维布加固；当比原配筋增大15%~30%时，采取粘钢加固法；当比原配筋增大30%以上时，或者新增大型设备荷载处，设计采用增大截面法加固。如图1~3：

新增设备处采用增加承重梁，对应开洞周边的楼板底部增设钢梁或钢筋混凝土梁等方式对楼板进行加固处理，楼板切除后应确保周边楼板支座部位的钢筋有足够的锚固长度。

图1                           图2                          图3

针对柱配筋不满足要求的，设计根据具体计算结果采用粘碳纤维布、粘钢或增大截面等方法进行加固处理：

本工程柱配筋核对不满足处均采用外包型钢加固；此做法难点在于首层柱加固后和基础的连接做法，本工程在基础处通过植筋与角钢连接，并在0.000以下型钢周围处做100厚C30混凝土包裹住，用来保护地下型钢。采用如下做法：

在梁局部因新规范参数修改导致局部配筋不足的地方，设计通过修改些许调幅系数，使配筋满足要求。本着满足要求时，尽量不加固的原则进行复核加固设计。

六、地基与基础

本工程采用低承台桩基础，主体结构工程桩基桩为350×350mm 有效桩长 21.0m 的预制混凝土方桩（JAZHb-235-1011BG）；设备基础为 250×250mm 有效桩长 22.0m 的预制混凝土方桩（JAZHb-225-1111BG）。桩顶标高分别为 -1.400m、-0.500m、-0.800m。其中基桩 350×350mm 桩端进入⑤2 层砂质粉土，单桩竖向承载力特征值 440kN。基桩 250×250mm 桩端进入⑤2 层砂质粉土，单桩竖向承载力设计值 270kN。桩身原混凝土设计强度等级为 C40，承台、地梁混凝土设计强度等级为C30。结构总体荷载有增加，但是通过验算和复核，原基础能满足现有承载力及变形要求。故不对原结构基础进行加固设计。

七、总结

通过对本工程加固设计进行分析，得出以下结论：

1、在加固设计工作中，应该首先明确后续使用年限及相关参数，并根据相应的规范和改造后的结构模型进行设计分析；此工作是加固设计的前提。

2、按新规范以及改造后的结构进行计算分析，在各项指标满足的情况下再进行加固设计。只要各指标结果满足，加固才有意义。

3、在个别因为新规范参数修改而不是荷载增加处导致的配筋增大，设计可以酌情修改相关参数，如调幅系数，满足后。可以不对此处进行加固。

4、基础部分，比如桩基，如果按就旧规范复核满足，在征得审图老师和专家的认可后，不建议对原设计加固。因为基础的加固容易导致地基土扰动，而影响主体结构。

参考文献

[1]《既有建筑鉴定与加固通用规范》GB55022-2021 中国建筑工业出版社

[2]《现有建筑抗震鉴定与加固标准》DGJ08-81-2021中国建筑工业出版社

[3]《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013 中国建筑工业出版社

[4]《工程结构通用规范》GB55001-2021 中国建筑工业出版社

[5]《建筑与市政工程抗震通用规范》GB55002-2021中国建筑工业出版社