王志遠(yuǎn)　陳玲玲

摘要：為了研究既有建筑再利用，適應(yīng)新的用途，以某既有工業(yè)廠房改造為例，采用梁粘貼鋼板和擴(kuò)大基礎(chǔ)的加固改造設(shè)計方法，根據(jù)梁正截面抗彎和梁斜截面抗剪計算結(jié)果實(shí)施加固工程。用ABAQUS軟件對加固后的梁和基礎(chǔ)進(jìn)行了模擬分析，作為PKPM設(shè)計計算軟件的補(bǔ)充驗(yàn)證的一種方法，結(jié)果與設(shè)計計算結(jié)果相吻合。粘貼鋼板加固法和擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法在“適應(yīng)性再利用” 綜合改造中，可以推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：適應(yīng)性再利用；加固改造；有限元

中圖分類號：TU318文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-1098（2016）02-0057-05

Abstract：In order to study adaptive reuse of the existing building， taking the industrial building transformation of a factory as an example， the reconstruction design method of beams bonded with steel plates， foundation enlargement for reinforcement was taken. The reinforcement engineering was performed according to the calculation results of bending resistance on the normal section and shear resistance on the inclined section of the beams. The ABAQUS software was used to simulate and analyze the reinforced beam and foundation， which is a kind of additional verification method for the PKPM design calculation software. The result is consistent with the result of the design calculation. The reinforcement method of beams bonded with steel plates and foundation enlargement can be popularized and applied in the comprehensive transformation of "adaptive reuse".

Key words： adaptive reuse；reinforcement and reconstruction；finite element

隨著時代的發(fā)展、科技的進(jìn)步，許多現(xiàn)有建筑的功能已經(jīng)不能滿足使用者的需求，把存在問題的既有建筑全部拆除是不現(xiàn)實(shí)的，也不符合我國政府的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[1]，必須進(jìn)行改造、優(yōu)化使其具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，讓既有建筑“適應(yīng)”新的用途。

目前，“十二五”國家科技支撐計劃重大項目“既有建筑綠色化改造關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”研究正在進(jìn)行中并取得了許多成果[2]。相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)正在陸續(xù)出臺與修訂，如《既有建筑技術(shù)規(guī)范》也正在研究編寫中。目前，許多甲級設(shè)計院已經(jīng)開始使用有限元軟件建模幫助結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化。因此，研究既有建筑再利用方法與思路具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1工程案例設(shè)計研究

1.1工程概況

該工業(yè)建筑位于安徽省合肥市，建于上世紀(jì)80年代，建筑結(jié)構(gòu)形式為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)單層工業(yè)廠房，包括一個兩層的砌體結(jié)構(gòu)輔助用房。

原建筑物相關(guān)信息：建筑面積為1 157 m2，基層建筑面積910 m2，建筑高度12.8 m，其中兩層輔房高7.8 m。

1.2設(shè)計目標(biāo)

由于時代的發(fā)展，該工業(yè)建筑已經(jīng)不在滿足工業(yè)生產(chǎn)條件，業(yè)主希望在不拆除建筑物的前提下改變建筑的使用功能，使其達(dá)到民用使用的標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)過前期資料收集、分析，決定對此建筑采取內(nèi)部增層與局部加層，擴(kuò)大其使用面積。具體為在廠房部分進(jìn)行內(nèi)部增兩層，在輔助用房部分進(jìn)行加一層。

改造后建筑相關(guān)信息：建筑面積2 730 m2，使用功能為辦公，改造后設(shè)計使用年限為30年，抗震設(shè)防烈度為7度，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為丙級，耐火等級為三級，屋面防水等級為二級。

由于荷載的增加，原有衛(wèi)生間梁承載力和原有基礎(chǔ)承載力不足。為了解決這些問題，決定采用粘貼鋼板法對不滿足要求的梁進(jìn)行加固[3]，新增地基基礎(chǔ)，擴(kuò)大原有的基礎(chǔ)[4]。

1.3再利用設(shè)計

（1） 梁的再利用設(shè)計

考慮到粘貼鋼板加固對混凝土強(qiáng)度有一定要求，過低的強(qiáng)度容易引起加固后混凝土破壞[5]。根據(jù)文獻(xiàn)[6]61的規(guī)定：要求被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其現(xiàn)場實(shí)測混凝土強(qiáng)度等級不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不得低于1.5 MPa。本工程加固前現(xiàn)場人員對混凝土梁構(gòu)件進(jìn)行實(shí)地檢測，構(gòu)件均符合粘貼鋼板法加固要求。

1） 梁的正截面加固

需加固梁的截面尺寸為200 mm×500 mm，混凝土等級為C20，鋼筋級別為HRB335，受拉鋼筋與受壓鋼筋均單排布置，配筋面積As=765 mm2，As′=510 mm2，梁的設(shè)計彎矩值為125 kN·m，初始彎矩為5 kN·m，混凝土極限壓應(yīng)變εcu。擬采用1層厚度為4 mm的Q235鋼板對梁受拉區(qū)進(jìn)行加固，因本工程為加固設(shè)計，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)二次受力的影響，具體的截面配筋與受力分析圖如圖3所示。

（2） 基礎(chǔ)的再利用設(shè)計

為了增加建筑物的整體性，使擴(kuò)大后的基礎(chǔ)與原基礎(chǔ)更好的結(jié)合，協(xié)同工作，故采取植筋的方式。加固后基礎(chǔ)的配筋圖如圖5所示。

植筋施工時保證孔內(nèi)干燥清潔。鋼筋植入前要進(jìn)行除銹，注膠后將鋼筋緩慢旋如有膠的孔中，并要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期間不得進(jìn)行擾動。另外，擴(kuò)大基礎(chǔ)涉及到新舊混凝土接觸面連接問題，采取對舊混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理，以增加連接效果，鑿毛處理時，將混凝土鑿出凹凸有致的形狀，凹凸深度控制在4～6mm，鑿毛時要輕鑿，避免破壞混凝土，鑿?fù)旰笠娩摻z刷將混凝土表面刷干凈，使用特定界面劑進(jìn)行處理。

2ABAQUS有限元模擬驗(yàn)證

為了更為直觀清晰進(jìn)一步提高安全性，采用ABAQUS有限元軟件建模，對基礎(chǔ)改造部分和梁的改造部分進(jìn)行仿真模擬分析驗(yàn)證[8]。 有限元模型包括混凝土梁和混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。由于幾何圖形較為規(guī)則，所以模型能夠很方便的在ABAQUS中建立，模型采用自由網(wǎng)格劃分，單元采用10節(jié)點(diǎn)二次四面體單元模擬。在本構(gòu)模型中，本文混凝土材料分別采用彈塑性本構(gòu)模型來描述。在計算工況中荷載大小按照實(shí)際尺寸算出自重荷載，荷載規(guī)范取出活荷載，分別對兩種構(gòu)件混凝土部分和鋼筋部分進(jìn)行應(yīng)力分析。

通過以下應(yīng)力圖的對比可以看出：加固后材料中應(yīng)力值顯著變小，說明加固的效果明顯；加固后材料內(nèi)部應(yīng)力值小于材料設(shè)計強(qiáng)度值，結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)。結(jié)果較好的反映了鋼筋內(nèi)部的應(yīng)力和混凝土內(nèi)部的應(yīng)力在加固前后有較大的變化。

3結(jié)論

（1）本文通過理論計算、有限元軟件分析以及工程實(shí)際情況相結(jié)合的研究方式，介紹了“適應(yīng)性再利用”中綜合改造的方法。該工程現(xiàn)已完工并投入使用，目前使用狀況良好，實(shí)踐證明該工程的改造是成功的，其改造方案可以提供給類似工程借鑒一二。

（2）目前計算機(jī)軟件開發(fā)種類很多，利用如PKPM這樣的設(shè)計計算軟件與ABAQUS這樣的有限元軟件相結(jié)合進(jìn)行加固改造設(shè)計分析，是一種更加可靠且可行的方案。

（3）通過有限元模型應(yīng)力云圖可以讓人對構(gòu)件受力情況有直觀了解，通過對比改造前和改造后構(gòu)件應(yīng)力云圖，可以直觀的看出改造前與改造后構(gòu)件的受力狀態(tài)。

（4）粘貼鋼板加固法和擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法在有效提高構(gòu)件承載力的同時，具有施工安全、方便且不會顯著改變原有建筑尺寸的優(yōu)點(diǎn)，可以推廣應(yīng)用。

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[7]中國建筑科學(xué)研究院.GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：34-80.

[8]賀耀萱.建筑更新領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究發(fā)展歷程及其前景探析[D]. 天津：天津大學(xué)，2011.

（責(zé)任編輯：何學(xué)華吳曉紅）