呂恒柱張偉玉徐從榮

(南京金宸建筑設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南京210019)

0 引言

我國(guó)是一個(gè)地震災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，相關(guān)抗震規(guī)范對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求和相應(yīng)的構(gòu)造措施都有具體規(guī)定。對(duì)于20世紀(jì)90年代前建成的建筑，因使用功能的改變需進(jìn)行加固時(shí)，雖未達(dá)到使用年限，但其抗震性能已不能滿(mǎn)足現(xiàn)行抗震規(guī)范的相關(guān)要求[1]。如何通過(guò)合理的改造加固措施提高其抗震能力，是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。通常的加固方法包括增大截面加固法、置換混凝土加固法、外粘型鋼加固法、外粘鋼板加固法和粘貼纖維復(fù)合材加固法等。選擇何種加固方法，應(yīng)根據(jù)具體結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況確定。目前，國(guó)內(nèi)已有較多老舊建筑改造加固的工程實(shí)踐。敬玲等[2]以某康復(fù)中心改造加固設(shè)計(jì)為例，對(duì)新建筑功能進(jìn)行改造和整體加固及構(gòu)件加固進(jìn)行設(shè)計(jì)；李廠(chǎng)等[3]以某磚混結(jié)構(gòu)歷史文化建筑為例，結(jié)合工程實(shí)際情況，在傳統(tǒng)加固方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出了合適的加固方案以及施工流程；康義榮[4]結(jié)合某框架結(jié)構(gòu)建筑物改造加固的設(shè)計(jì)實(shí)踐，介紹了框架結(jié)構(gòu)宿舍樓擴(kuò)建加層改造的加固設(shè)計(jì)，給出了主要構(gòu)件加固節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法；陶禮龍等[5]以廣州某轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)爛尾住宅樓為例，根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合軟件計(jì)算，對(duì)其進(jìn)行了整體抗震鑒定、加固和續(xù)建設(shè)計(jì)；張?jiān)碌萚6]為某經(jīng)濟(jì)型酒店的框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，介紹其運(yùn)用粘貼碳纖維布加固法、粘鋼加固法的設(shè)計(jì)過(guò)程，加固結(jié)果通過(guò)軟件計(jì)算和分析比選，能夠以較佳的加固方案達(dá)到使建筑結(jié)構(gòu)繼續(xù)安全使用的功能要求。文章借鑒上述成功加固案例的設(shè)計(jì)思路和方法，以某綜合服務(wù)大樓因擴(kuò)大使用面積及調(diào)整功能布局而進(jìn)行改造加固工程為例，闡述鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的改造加固設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法，為同類(lèi)建筑的改造加固設(shè)計(jì)提供的參考。

1 工程概況

南京市某綜合政務(wù)服務(wù)大樓始建于1993年，建成于1995年底，距今已20余年。建筑高度約為75 m，大樓地上由1棟20層的塔樓和5層的裙房組成，為塔樓與裙樓連成一體的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。其中，1、2層為對(duì)外服務(wù)窗口，3、4層為辦公室及食堂，5層為辦公室及職工文娛空間，6～20層為辦公室及配套用房，地上總面積為4.58×104m2；單層地下室為機(jī)動(dòng)車(chē)庫(kù)及設(shè)備用房，面積為0.55×104m2，總建筑面積為 5.13×104m2。 原工程結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)[1]。

由于大樓使用年代較久，業(yè)主對(duì)使用功能布局進(jìn)行調(diào)整并重新裝修，需要對(duì)部分樓層進(jìn)行改造。而在改造之前，需對(duì)原結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、位置及材料目前的性能等進(jìn)行檢查與檢測(cè)，將結(jié)果和數(shù)據(jù)作為改造與加固設(shè)計(jì)的依據(jù)。結(jié)合原結(jié)構(gòu)的竣工圖紙，巖土工程勘察報(bào)告、地基承載力復(fù)查記錄及施工檔案、沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)和原結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)等資料，由專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)勘察、檢查和測(cè)量既有結(jié)構(gòu)布置，重點(diǎn)檢測(cè)新增及改造相關(guān)范圍內(nèi)的構(gòu)件材料強(qiáng)度現(xiàn)狀及構(gòu)件尺寸是否符合原設(shè)計(jì)的要求。檢測(cè)結(jié)論如下:(1)建筑雖已使用20余年，但工程質(zhì)量觀(guān)感尚好，用測(cè)量?jī)x器和酚酞酒精溶液測(cè)得混凝土的碳化深度較小，上部各類(lèi)構(gòu)件用回彈法抽樣檢測(cè)的混凝土強(qiáng)度未見(jiàn)明顯降低，說(shuō)明原結(jié)構(gòu)鋼筋和混凝土材料受腐蝕影響?。?2)未發(fā)現(xiàn)因地基基礎(chǔ)不均勻沉降或構(gòu)件承載力不足導(dǎo)致的變形或裂縫等異常情況，結(jié)構(gòu)整體性能良好，為改造提供了有利條件；(3)各類(lèi)構(gòu)件尺寸及布置測(cè)量數(shù)據(jù)與原設(shè)計(jì)吻合，可以將原施工圖紙等資料作為加固設(shè)計(jì)依據(jù)。大樓外觀(guān)和實(shí)際結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 大樓外觀(guān)與實(shí)際結(jié)構(gòu)計(jì)算模型圖

2 改造加固內(nèi)容與設(shè)計(jì)思路

2.1 改造加固內(nèi)容

大樓改造區(qū)域主要集中在1～5層，其中1、2層改造加固平面布置如圖2、3所示。主要變化為:(1)1、2層部分區(qū)域改為檔案室，新增樓梯、扶梯區(qū)域的改造面積分別為 430、480 m2，如圖 3所示；(2)3層原中空區(qū)域(圖3中③～⑤軸交D～H軸區(qū)域)增設(shè)樓板后，改造為階梯教室及廚房，面積約為920 m2；(3)4層改造為大數(shù)據(jù)中心，面積約為

圖2 1層改造加固平面布置圖

2.2 改造加固設(shè)計(jì)思路

采用PKPM軟件按照原結(jié)構(gòu)施工圖的情況重新建模復(fù)核，從計(jì)算的結(jié)果可知，原結(jié)構(gòu)模型的整體指標(biāo)與原計(jì)算書(shū)基本吻合，均能滿(mǎn)足當(dāng)時(shí)實(shí)行的89系列國(guó)家規(guī)范[7]和標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)構(gòu)體系合理，結(jié)構(gòu)剛度大，整體性好?，F(xiàn)今，其中的多個(gè)規(guī)范均已改版或作廢，若根據(jù)現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的規(guī)定[1]，部分框架柱軸壓比、梁柱箍筋加密區(qū)直徑、剪力墻約束邊緣構(gòu)件的長(zhǎng)度等已不能滿(mǎn)足相關(guān)要求。但考慮大樓設(shè)計(jì)按使用年限50年計(jì)，已使用近半，且改造加固并不改變建筑物使用年限，因此根據(jù)結(jié)構(gòu)的可靠度[8]和耐久性[9]要求可以適當(dāng)降低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，僅針對(duì)大樓改造及荷載增加區(qū)域采取抗震加固措施。為確保大樓改造與加固方案安全可靠，滿(mǎn)足功能使用要求，施工方便，整體設(shè)計(jì)思路如下:

(1)檢測(cè)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，如材料強(qiáng)度、構(gòu)件尺寸和沉降變形等，為改造加固提供準(zhǔn)確依據(jù)；

(2)整體抗震性能層面 對(duì)改造后的結(jié)構(gòu)建1 500 m2；(4)5、6層涉及樓電梯間開(kāi)洞等，面積共約100 m2；(5)塔樓核心筒全高范圍配合建筑設(shè)備等改造，如增加消防電梯，衛(wèi)生間、管井開(kāi)門(mén)洞等；(6)其他，配合建筑外立面調(diào)整的改造如新增大雨棚，空調(diào)隔板調(diào)整，外輪廓線(xiàn)調(diào)整等。以上所述總的改造及新增面積約為4 300 m2(此面積不包含核心筒墻體的加固)，約占原結(jié)構(gòu)總面積的8.4%，雖面積占比較小，但總量大，且擴(kuò)建部分與原主體結(jié)構(gòu)無(wú)縫連接，結(jié)構(gòu)的內(nèi)部荷載變動(dòng)較大，改造涉及所有樓層，屬于典型的綜合改造加固工程。模，按剩余使用年限30年計(jì)，參照文獻(xiàn)[10] 的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算與分析，找出結(jié)構(gòu)性能弱化需進(jìn)行加固處理的部位。因增建區(qū)域主要集中于大樓東南部，加劇了原結(jié)構(gòu)質(zhì)心的偏置，應(yīng)采取措施來(lái)改善結(jié)構(gòu)體系的抗震性能，使改造后的結(jié)構(gòu)基本能滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)位移、自振周期等主要指標(biāo)的要求；

圖3 2層改造加固平面布置圖

(3)構(gòu)件層面 對(duì)整體計(jì)算中發(fā)現(xiàn)的構(gòu)件內(nèi)力和配筋等方面的不足的區(qū)域，使用功能變化致荷載增加區(qū)域的柱、梁、板等構(gòu)件進(jìn)行加固，特別是原結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)跨樓板厚度設(shè)計(jì)偏薄，需重點(diǎn)加強(qiáng)新舊區(qū)域連接部位的梁、柱等構(gòu)件。初步確定各類(lèi)構(gòu)件幾種可行的加固方法，對(duì)各方法進(jìn)行綜合性能指標(biāo)分析，以確定構(gòu)件較為合適的加固方法。

3 大樓基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的改造加固設(shè)計(jì)及效果分析

3.1 大樓新增基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)

原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式為樁基+防水板，樁型為鉆孔灌注樁。由整體計(jì)算結(jié)果可知，原各框架柱樁基承載力有一定的富余量，能夠滿(mǎn)足改造后部分樓層荷載變化的影響，無(wú)需加固補(bǔ)強(qiáng)；而新增剪力墻、框架柱及汽車(chē)坡道外墻位置則需增設(shè)相應(yīng)基礎(chǔ)。

勘察孔地質(zhì)剖面示意圖如圖4所示，土層分布為①層雜填土，分布穩(wěn)定，厚度變化較大；②1層粉質(zhì)黏土，可塑，中等壓縮性，層厚為0.5～5.5 m；②2層淤泥質(zhì)黏土均為軟弱土層，土質(zhì)不均勻，壓縮性高，強(qiáng)度低，易塌陷，厚度變化范圍為1.5～5.0 m；③層土為粉質(zhì)黏土，可塑～硬塑狀態(tài)，中低壓縮性，厚度約為5.0 m；⑤1層強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，風(fēng)化強(qiáng)烈，浸水易軟化，為極軟巖；⑤2層中等強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，分化一般，為軟巖；⑤3層微風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，巖層堅(jiān)硬，為硬巖。結(jié)合地勘資料，新增基礎(chǔ)采用了人工挖孔樁，主要考慮因素有:(1)現(xiàn)場(chǎng)施工操作的可行性及便捷性；(2)施工工期緊；(3)人工挖孔樁應(yīng)用成熟，施工隊(duì)伍經(jīng)驗(yàn)豐富。人工挖孔樁樁徑為900 mm，樁身混凝土強(qiáng)度C30，樁長(zhǎng)約為20 m，樁端持力層為⑤3層微風(fēng)化巖，進(jìn)入該層≥0.5 m，若嵌入傾斜的完整巖時(shí)，應(yīng)保證全斷面入巖深度≥0.5 m，單樁承載力特征值理論估算值為3 800 kN。

樁基承載力的確定需進(jìn)行靜載試驗(yàn)或基巖載荷板試驗(yàn)[11]。然而，施工現(xiàn)場(chǎng)正拆除外墻，建筑物四周均為鋼管腳手架，沒(méi)有進(jìn)行靜載試驗(yàn)的場(chǎng)地條件。而且，由于預(yù)估樁長(zhǎng)約為20 m，樁孔較深，樁身直徑僅有900 mm，在樁孔口或讓檢測(cè)人員下到孔底做基巖荷載板試驗(yàn)均十分困難，幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。對(duì)此，采取的技術(shù)措施為用XY型百米鉆機(jī)在任意2根工程樁樁位上(或樁位附近)向下進(jìn)行鉆孔，可達(dá)到以下目的:(1)按照設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，檢查樁底5D范圍內(nèi)有無(wú)空洞、破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)條件；(2)取樁底持力層(基巖)的巖芯進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，由巖石抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證樁基承載力，從而無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)再做靜載試驗(yàn)。上述檢測(cè)方案已在其他類(lèi)似工程上應(yīng)用，能夠滿(mǎn)足規(guī)范[11]和質(zhì)監(jiān)部門(mén)的要求。同時(shí)，為預(yù)防樁基承載不足的可能，加大新增樁基承臺(tái)的尺寸，在樁位兩側(cè)各預(yù)留1個(gè)250 mm×250 mm錨桿靜壓孔，根據(jù)施工過(guò)程中及后期沉降觀(guān)測(cè)情況，必要時(shí)增設(shè)200 mm×200 mm錨桿靜壓預(yù)制方樁。

圖4 勘察孔地質(zhì)剖面示意圖

工程中采用人工挖孔樁，需穿越一定厚度的②2層淤泥質(zhì)軟弱土，影響施工人員的安全，且場(chǎng)地巖層埋深較深，技術(shù)及安全措施要求高。因此，采用人工挖孔樁樁頭及樁身泥漿護(hù)壁施工防護(hù)做法，如圖5所示。護(hù)壁壁厚及配筋均有所加強(qiáng)，以保證施工的安全性。施工期為雨季，做到成孔不過(guò)夜。

圖5 人工挖孔樁樁頭及樁身泥漿護(hù)壁做法示意圖

3.2 結(jié)構(gòu)體系的加固設(shè)計(jì)

大樓1～5層新增加的結(jié)構(gòu)區(qū)域?qū)е陆Y(jié)構(gòu)質(zhì)心偏置，結(jié)構(gòu)位移比接近1.4。針對(duì)這種不利情況，提出2種抗震加固方法:(1)構(gòu)件加固法，即增大部分現(xiàn)有的框架柱截面，提高結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度分布，此方法需要加固的柱數(shù)量多，施工周期長(zhǎng)；(2)結(jié)構(gòu)體系加固法，在原結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)奈恢眯略錾倭夸撝慰箓?cè)力構(gòu)件，既可減少原結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承擔(dān)的地震力，又可明顯改善結(jié)構(gòu)體系的整體抗震性能指標(biāo)，避免加固大量的框架柱；且集中布置，便于施工，能夠節(jié)約工程成本，加固后對(duì)房屋使用功能影響較小。最終采用增設(shè)鋼支撐的方法，部分增設(shè)鋼支撐位置如圖2和3中GXC1所示，內(nèi)嵌式鋼框架斜撐大樣做法如圖6所示，鋼斜撐截面尺寸為200 mm×200 mm×10 mm。在裙房東北角跨度較小部分，因不適宜設(shè)置鋼支撐，采用新增混凝土剪力墻(XQ1)，新增墻體厚度為500 mm，為方便施工，與筏板基礎(chǔ)連接用常規(guī)植筋法；遇到框架梁時(shí)，將梁包在剪力墻內(nèi)，作為新增剪力墻的暗梁或連梁。

圖6 增設(shè)內(nèi)嵌式鋼框架斜撐大樣圖/mm

改造后的模型與原結(jié)構(gòu)整體計(jì)算指標(biāo)相比，結(jié)構(gòu)自振周期變化幅度不大，而結(jié)構(gòu)雙向位移角和最不利位移比均有小幅降低，說(shuō)明結(jié)構(gòu)整體剛度和扭轉(zhuǎn)剛度有一定程度的提高。

采用增加鋼支撐的方式，其要點(diǎn)是保證鋼支撐與原結(jié)構(gòu)連接的可靠性，使新增鋼支撐與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同工作、共同受力，保證加固的效果。經(jīng)技術(shù)論證和方案比選，最終采用增設(shè)內(nèi)嵌式鋼框架斜撐法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固[12]。新增的鋼框架斜撐主要用化學(xué)螺栓與原框架相連，在型鋼與梁、柱截面處，灌注結(jié)構(gòu)膠粘劑，在確保新增構(gòu)件與原結(jié)構(gòu)的可靠連接的同時(shí)，也使其受力更加均勻。

3.3 剪力墻的改造加固設(shè)計(jì)

為配合建筑設(shè)備等改造，塔樓核心筒部位需增加消防電梯，在原核心筒剪力墻上開(kāi)設(shè)寬高為800 mm×2 200 mm的設(shè)備間檢修洞口。為最大程度地降低新增開(kāi)洞對(duì)核心筒剪力墻剛度的影響，保持墻體承載能力及延性要求，采取的加固措施如圖7所示，即新增洞口兩側(cè)采用粘貼鋼板法加固。每側(cè)剪力墻粘貼2片鋼板，鋼板寬度為80 mm、厚度為5 mm，材料為Q345B鋼板，并用間距為300 mm的M12化學(xué)螺栓對(duì)鋼板進(jìn)行拉結(jié)錨固，錨固螺栓開(kāi)孔位置需對(duì)剪力墻鋼筋進(jìn)行探測(cè)，避開(kāi)墻內(nèi)鋼筋后確定，將內(nèi)裝A級(jí)結(jié)構(gòu)膠的膠袋埋入螺栓孔中，用電鉆將螺栓植入，膠袋在螺栓的擠壓下破碎，膠液從膠袋內(nèi)流出填滿(mǎn)孔洞。剪力墻洞口四角粘貼L75 mm×6 mm角鋼，橫向設(shè)置間距為300 mm、寬為50 mm、厚為3 mm的鋼板箍將鋼板與角鋼焊接，提高鋼骨架的整體性與共同工作的能力。同時(shí)，為滿(mǎn)足建筑防腐蝕與防火要求，加固完成后，在鋼材表面噴涂30 mm厚高強(qiáng)度水泥砂漿保護(hù)層。

圖7 上、下樓層同時(shí)開(kāi)洞時(shí)洞口加固立面圖/mm

3.4 原框架柱的加固設(shè)計(jì)

原結(jié)構(gòu)裙房部分的框架柱軸壓比和實(shí)配鋼筋均有一定的安全儲(chǔ)備，新增使用面積及功能改變區(qū)域的荷載增加較多，使得局部區(qū)域的柱配筋(縱筋或箍筋)和軸壓比不能滿(mǎn)足改造后的要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，有2種加固方法:(1)增大截面法[13]，其施工工藝簡(jiǎn)單，成本較低，但該方法現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)工作量大，養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)大樓投入運(yùn)營(yíng)有影響，而且構(gòu)件截面的增大對(duì)結(jié)構(gòu)的外觀(guān)和房屋凈空也有一定影響。同時(shí)，根據(jù)加固設(shè)計(jì)要求，需在上部將直徑為32 mm的鋼筋鉆孔穿過(guò)樓層梁，采用HILITI PS 1000混凝土透視儀結(jié)合原結(jié)構(gòu)圖紙測(cè)定的梁鋼筋位置可知，原梁上部鋼筋間距為25 mm，上部鉆孔而不破壞框架梁鋼筋十分困難。(2)有粘結(jié)外包型鋼加固法，其柱截面尺寸增加不多，混凝土受到外包鋼的約束能夠形成共同工作的復(fù)合截面構(gòu)件，使構(gòu)件承載力大幅提高，延性得到改善，且施工工期短，作業(yè)面小。因此，對(duì)于此區(qū)域軸壓比超限不大及柱實(shí)配鋼筋不足在可控范圍的柱，采用外包角鋼加固。

框架柱的四角采用角鋼L80×6加固，綴板采用寬為50 mm、厚為4 mm、間隔為300 mm的扁鋼，鋼材的材質(zhì)均為Q345B，綴板與四角的角鋼之間采用現(xiàn)場(chǎng)4 mm的角焊縫?？紤]梁柱節(jié)點(diǎn)處梁的阻擋，在梁高范圍內(nèi)以等代螺桿箍代替綴板，穿梁后與角鋼擰緊。中間層節(jié)點(diǎn)加固時(shí)外包角鋼穿過(guò)樓板并向上層延伸≥700 mm的長(zhǎng)度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)梁柱尺寸關(guān)系角鋼能否完整穿過(guò)節(jié)點(diǎn)分為2種做法，如圖8所示?？蚣苤舷轮孛娌煌瑫r(shí)的節(jié)點(diǎn)做法，如圖9所示。提取PKPM軟件計(jì)算出的構(gòu)件內(nèi)力包絡(luò)值，代入規(guī)范中相關(guān)公式計(jì)算復(fù)核其配筋量[14-15]，經(jīng)外包角鋼加固后的柱截面可以滿(mǎn)足承載力計(jì)算要求，柱軸壓比由0.8以上減小至0.5～0.6，降幅明顯，延性改善，抗彎剪能力大大提高。

圖8 梁柱節(jié)點(diǎn)處連接大樣圖/mm

圖9 變截面柱加固大樣圖/mm

3.5 新增框架柱的設(shè)計(jì)

在1、2層?xùn)|南部新增使用面積區(qū)域，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到多增加框架柱就意味著需要相應(yīng)地增加人工挖孔樁基礎(chǔ)，而地上部分結(jié)構(gòu)施工要比挖孔樁施工方便快捷，因此應(yīng)盡量減少該區(qū)域的柱數(shù)量，從而減少樁基的數(shù)量。新增樓面區(qū)域，從節(jié)省工期考慮，采用在鋼梁上鋪設(shè)壓型鋼板與混凝土非組合樓板(壓型鋼板僅做模板用)，較多的鋼梁需搭接于柱上，且均為非正交方向，為滿(mǎn)足梁柱構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的連接，采用圓鋼管柱(如圖2、3中所示的XZ)，鋼管截面外徑為500 mm、壁厚為12 mm，鋼材Q345B，內(nèi)灌C40混凝土，外圍焊接25 mm厚外加勁板與鋼梁翼緣連接、16 mm縱向加勁板與鋼梁腹板連接，其節(jié)點(diǎn)作法如圖10所示。

圖10 圓鋼管柱節(jié)點(diǎn)區(qū)大樣圖/mm

3.6 梁、板構(gòu)件的改造加固設(shè)計(jì)

裙房新增區(qū)域的樓面鋼梁型號(hào)根據(jù)跨度和受力計(jì)算確定，主梁截面為H1400 mm×300 mm×30 mm×40 mm(鋼材Q420B)和H650 mm×300 mm×11 mm×17 mm(鋼材 Q345B)，次梁截面為 H450 mm×200 mm×9 mm×14 mm(鋼材Q345B)。在鋼梁上鋪設(shè)壓型鋼板后，澆筑厚為100 mm的C30混凝土，配筋雙層雙向 φ8@200，鋼承板施工大樣如圖 11所示。

圖11 鋼承板施工大樣圖/mm

圖2中12～14軸交H～Q軸區(qū)域辦公室改為內(nèi)部檔案室、階梯教室等，根據(jù)使用說(shuō)明等技術(shù)資料，確定活荷載由原設(shè)計(jì)的2 kN/m2增加至5 kN/m2，相應(yīng)區(qū)域梁、板構(gòu)件均需加固。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定[15]，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)單一采用粘貼鋼板或粘貼纖維復(fù)合材料加固時(shí)，正截面受彎承載力的增加幅度不應(yīng)超過(guò)40%。經(jīng)計(jì)算，雖活荷載增大幅度大，但原結(jié)構(gòu)次梁布置較密，單根受荷面積小，承載富余量大，改造后的梁板彎矩并未超過(guò)規(guī)范要求。因此，梁、板構(gòu)件可采用單一粘貼材料加固法。其中，在盡量不改變?cè)Y(jié)構(gòu)梁受力的情況下，梁配筋不足位置采用粘貼鋼板加固，可以不更改結(jié)構(gòu)尺寸，不影響美觀(guān)；板配筋不足采用粘貼碳纖維布加固。經(jīng)驗(yàn)算，粘貼鋼板和碳纖維布后的梁、板滿(mǎn)足使用要求。

3.7 改造加固效果分析

采用PKPM軟件SATWE模塊進(jìn)行整體建模并計(jì)算加固前后結(jié)構(gòu)主要性能指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表1。以平動(dòng)為主的結(jié)構(gòu)第一、第二自振周期分別為T(mén)1、T2略有減小，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與T1之比也有所降低，表明結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性有一定程度的提高。結(jié)構(gòu)分別在X方向(1～14軸)、Y方向(A～Q軸)地震作用及風(fēng)荷載作用工況下，雙向最大彈性層間位移角均滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求[1]，即結(jié)構(gòu)變形滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3層樓面活荷載增加范圍內(nèi)主要框架柱(如圖4所示KZ1、KZ2)的軸壓比增大，雖延性降低，但仍滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。因大樓結(jié)構(gòu)塔樓偏置，屬于平面不規(guī)則，經(jīng)加固后，雙向最大水平位移比均略有下降，有利于降低扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。同時(shí)，結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)承載要求，提高了其安全度。因此，從結(jié)構(gòu)整體與構(gòu)件2個(gè)層面考量，該結(jié)構(gòu)加固措施合理有效，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的加固目標(biāo)，能夠達(dá)到后續(xù)使用年限的設(shè)計(jì)要求。

表1 加固前后結(jié)構(gòu)主要性能指標(biāo)對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

在大樓改造加固過(guò)程中，設(shè)計(jì)方案充分考慮了施工的可行性及合理性，針對(duì)不同部位的受力特點(diǎn)，分別采用了不同的加固方式，如新增結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用人工挖孔樁，符合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，且安全可靠；基于結(jié)構(gòu)整體體系考慮，采用增設(shè)少量鋼支撐的方法，改善了結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，而大幅減少了梁、柱構(gòu)件的加固量；按選定的外包角鋼和粘貼碳纖維布等加固方法對(duì)柱、梁、板進(jìn)行加固處理。施工簡(jiǎn)單方便，可操作性強(qiáng)，既提高了構(gòu)件承載能力，又能滿(mǎn)足建筑使用功能要求和現(xiàn)行規(guī)范規(guī)程要求，整體上提高了結(jié)構(gòu)安全度。大樓加固效果良好，可為同類(lèi)改造加固工程提供參考。