(1.中国城市建设研究院有限公司;2.中国五洲工程设计集团有限公司)
摘要:由于调整建筑房间布局、外立面增加线脚和屋顶增加坡屋面等原因,结构需要进行相应加固改造,本文通过某住宅加固改造设计实例,简要介绍结构加固改造整体思路及构件加固方法。为实现建筑外立面复杂线脚,解决悬挑梁固结弯矩过大,结构采用钢结构三角斜撑的方法。
关键词:加固改造;构件加固方法;三角斜撑
1 工程概况
本工程位于西安市灞桥区,建于2013年,原结构为钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系,地下一层,地上十二层。总建筑面积约为9603m2,原混凝土设计强度等级为C45~C30,原设计钢筋采用HRB400,原设计柱截面大部分为600mmx900mm,局部有600mmx500mm,原主楼结构基础为筏板基础。
本工程建筑抗震设防类别为丙类,所在区域抗震设防烈度为8度(地震基本加速度:0.20g),设计地震分组为第一组,建筑场地类别为Ⅱ类。根据《建筑抗震鉴定标准》(GB 50023—2009)相关规定,房屋后续使用年限为50年。
2 检测报告基本结论
由陕西省建筑工程质量检测中心出具的检测报告结论如下:
(1)所检测范围内各类构件现龄期混凝土抗压强度推定值结果满足设计强度等级要求。
(2)所检测范围内混凝土构件的钢筋数量、间距及纵向受力钢筋保护层厚度检测结果满足设计及有关规范要求。
(3)所检测范围构件截面尺寸检测结果满足设计及有关规范要求。
(4)该楼结构施工技术资料均经监理单位确认,检验(或检查)结果为合格,可基本满足施工质量验收的要求。
根据以上检测结果和对工程技术资料的复核,判定结构施工质量满足设计要求,符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2002(2011年版)要求。
3加固改造方案
3.1 加固改造整体思路
基于绿色低碳理念,建筑方案初期就应与结构等相关专业紧密配合,尽量采取减少改造难度和改造工程量的方案,继而使建筑方案更加绿色低碳。
加固改造方案应遵循《建筑抗震加固技术规程》(JGJ 116—2009)中3.0.1~3.0.6条的基本规定,并应结合工程实际需求,通过对多种加固方案的优化及比选,确定加固材料环保节省、施工工艺简洁可操作且安全可靠的加固方案。
(1)由于基础加固难度大,施工工艺复杂等原因,本工程的加固改造方案宜减少地基基础的加固工程量,减少损伤原结构构件。与原设计荷载对比分析,需要尽可能减轻用于砌筑填充墙体的材料,故采用轻质砌块的墙体材料。
(2)通过各种分析和计算,并与建筑沟通尽量不影响建筑使用功能和建筑面积的前提下,确定加固方案边柱可采用加大截面法加固,中柱考虑到尽量不减少建筑面积和施工方便采用外包型钢法加固。
(3)考虑到施工方便,外立面增加线脚和屋顶增加坡屋面采用钢结构,屋顶新增钢柱与原结构采取铰接,减少对原结构的影响。
(4)加固材料应优先选用绿色低碳的建筑结构材料。
3.2 加固抗震验算
本工程采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部开发的PKPM2010新规范结构计算软件对改造后结构进行整体计算分析。结构计算时考虑偶然偏心,考虑双向地震作用,考虑扭转耦联等影响。结构主要计算结果如下:
(1)第一平动周期和第二平动周期分别为1.7276s和1.6347s,扭转周期为1.5263s;周期比为0.88。
(2)X向和Y向层间位移角分别为1/891和1/811;X向和Y向层间位移比分别为1.08和1.24。
(3)X向和Y向剪重比分别为4.05%和4.21%。
(4)层间刚度比为1.0,X向和Y向层间受剪承载力比分别为0.93和0.98。
可以看出,加固改造后的结构计算指标均满足规范要求。
4 构件加固方法
(1)通过各种分析、计算和对比,承载力提高要求比较高的边柱可采用加大截面法加固和外包型钢法,加大截面法同时可以更好的提高结构整体抗震性能,可以根据受力需求综合考虑选取加固方法。中柱考虑到尽量不减少建筑面积和施工方便采用外包型钢法加固。
根据《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367—2013)9.2.11和10.2.10条,当采用粘结钢板和粘贴碳纤维加固法时,结构构件加固后的正截受弯承载力的提高幅度,不应超过40%,并应验算其受剪承载力,避免受弯承载力调高后而导致构件受剪破坏先于受弯破坏。对承载力提高要求不大的梁采用粘结钢板加固法,承载力提高要求很大的梁可以根据实际需求采取外包型钢和增大截面的加固方法。考虑到边梁增加较多立面线脚、新增钢梁施工便利性和建筑使用空间的要求,边梁采用加大梁宽的加固法。承载力提高要求不大的楼板采用粘贴碳纤维加固法,承载力提高要求很大的楼板采用增设次梁进行加固。
图1 节点示意图
(2)建筑物四周因建筑外立面需要增加线脚,且增加荷载较大,跨度较小的悬挑钢梁采取与主体结构固结的形式;跨度较大钢梁若与主体结构固结,弯矩过大,节点较难解决,故采用钢结构三角斜撑的方法,此方法钢梁与主体结构铰接,可以解决结构受力问题和很好实现建筑外立面效果。节点详见图1。
5 结语
对既有建筑进行加固改造设计时,建筑方案初期应与结构等相关专业紧密配合,结合绿色低碳理念,同时综合考虑既有建筑实际情况、加固改造目标、安全经济性、加固改造后对建筑使用的影响以及施工施工工艺简可操作性等因素,通过多方案对比分析,选择经济合理的加固方案和加固方法。
参考文献
[1] GB 50023—2009,建筑抗震鉴定标准[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2009.
[2] JGJ 116—2009,建筑抗震加固技术规程[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2009.
[3] GB 50367—2013,混凝土结构加固设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2013.
[4] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2010.
[5] GB 50017—2017,钢结构设计标准[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2017.