建筑結(jié)構(gòu)不同設(shè)計(jì)使用年限在天山路公交停車(chē)場(chǎng)改造中的應(yīng)用

吳文學(xué)

（上海城市交通設(shè)計(jì)院有限公司，200025）

1 工程概況

上海市天山路公交停車(chē)場(chǎng)單層建筑，底層及屋面均作為公交車(chē)停車(chē)庫(kù)使用。房屋局部設(shè)有夾層，作為辦公室使用。軸1～25×D～F區(qū)域設(shè)有公交車(chē)上下坡道。車(chē)庫(kù)建筑平面近似矩形，東西向總長(zhǎng)約137.8 m，南北向總寬約91.4 m,車(chē)庫(kù)屋面標(biāo)高6.7 m，室內(nèi)外無(wú)高差。

框架柱主要采用預(yù)制柱，截面尺寸為450mm×450 mm；框架梁主要為預(yù)應(yīng)力疊合梁，梁截面尺寸主要有300 mm×1 650 mm，300 mm×1 250 mm，250 mm×850 mm，250 mm×540 mm等；屋面采用預(yù)制空心樓板，型號(hào)為YKB-A60a-8，板厚為240mm，板上鋪60 mm厚配筋混凝土整澆層，混凝土層上為防水層，防水層上為100～160 mm厚混凝土整澆層，內(nèi)配雙向φ6@100的鋼筋網(wǎng)片；坡道處梁板柱為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，坡道處梁、板、柱為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，坡道柱截面尺寸為300 mm×300 mm，坡道梁截面尺寸主要為250 mm×600 mm、240 mm×600 mm。上部結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)號(hào)300號(hào)。

屋面預(yù)制板拼縫普遍開(kāi)裂，并存在滲水、霉變和開(kāi)裂并存在滲水、霉變痕跡和鋼筋銹蝕痕跡，梁局部存在滲水、霉變和鋼筋銹蝕痕跡；車(chē)庫(kù)屋面普遍存在面層破損現(xiàn)象，局部存在修補(bǔ)痕跡。

2 原上部結(jié)構(gòu)靜力驗(yàn)算分析

2.1 荷載

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，按現(xiàn)行荷載規(guī)范規(guī)定取值：

（1）風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓 0.55 kN/m2，C類(lèi)地形。

（2）屋面活載：

車(chē)庫(kù)5.0 kN/m2（車(chē)庫(kù)按業(yè)主提供的實(shí)際車(chē)輛數(shù)滿(mǎn)載計(jì)算）。

公交車(chē)型號(hào)主要為：

金龍 6122，數(shù)量為3 veh，自重為11 700 kg/veh；

金龍團(tuán)客，數(shù)量為 1 veh，自重為8 150 kg/veh；

申沃 SOC，數(shù)量為3 veh，自重為10 500 kg/veh；

申沃SOD，數(shù)量為17 veh，自重為10 500 kg/veh；

申沃 S2A，數(shù)量為1 veh，自重為11 000 kg/veh；

申沃S2C，數(shù)量為44 veh，自重為11 000 kg/veh；

申沃 S2F，數(shù)量為17 veh，自重為10 500 kg/veh；

申沃 S8B，數(shù)量為3 veh，自重為8 000 kg/veh。

（3）恒載：按現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)實(shí)際情況取值。

2.2 結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度

混凝土強(qiáng)度檢測(cè)采用取芯法，混凝土梁、柱強(qiáng)度等級(jí)評(píng)定為C28。

2.3 模型建立

計(jì)算程序采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院“PKPM”程序?qū)Ψ课萆喜拷Y(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力驗(yàn)算。計(jì)算層高：一層7.0 m。房屋三維計(jì)算模型示意圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 三維計(jì)算模型示意圖

2.4 計(jì)算結(jié)果

（1）框架柱配筋基本滿(mǎn)足計(jì)算要求。

（2）框架梁端負(fù)彎矩配筋普遍不滿(mǎn)足計(jì)算要求，局部框架梁跨中梁底配筋不滿(mǎn)足計(jì)算要求。

（3）屋面預(yù)制板承載能力不滿(mǎn)足計(jì)算要求。

3 結(jié)構(gòu)改造方案

根據(jù)天山路公交停車(chē)場(chǎng)雙層車(chē)庫(kù)安全性檢測(cè)報(bào)告的結(jié)論及建議，結(jié)合原有的結(jié)構(gòu)圖紙，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，在滿(mǎn)足安全的前提下，本著經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的原則，保留原有預(yù)制樓板及預(yù)制梁、基礎(chǔ)、預(yù)制柱及車(chē)道；鑿除預(yù)制板表面面層，采用疊合梁、疊合板對(duì)原有預(yù)制梁及預(yù)制板進(jìn)行加固。

4 按建筑結(jié)構(gòu)使用年限50a進(jìn)行計(jì)算分析

按建筑結(jié)構(gòu)使用年限50 a，對(duì)整體現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)的方案進(jìn)行了計(jì)算，考慮剛性地坪的有利作用，柱計(jì)算高度從地坪處起算。7度多遇地震作用下，整體計(jì)算指標(biāo)基本滿(mǎn)足要求，但每個(gè)建筑單體的角柱抗彎均不滿(mǎn)足要求，局部邊柱抗彎不滿(mǎn)足要求。

整體計(jì)算指標(biāo)如下：

結(jié)構(gòu)周期（取前3個(gè)，見(jiàn)表1）。

表1 結(jié)構(gòu)周期表（一）

主要控制參數(shù)（見(jiàn)表2）。

表2 主要控制參數(shù)一覽表（一）

角部處局部梁、柱配筋簡(jiǎn)圖（新做梁、板采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)）如圖2所示。

圖2 角部處局部梁、柱配筋簡(jiǎn)圖（一）

原預(yù)制柱實(shí)配鋼筋如圖3所示。

圖3 原預(yù)制柱實(shí)配鋼筋簡(jiǎn)圖

通過(guò)對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)圖和預(yù)制柱實(shí)際鋼筋的比對(duì)，柱的計(jì)算配筋面積大于原預(yù)制柱的實(shí)際鋼筋面積，需要對(duì)預(yù)制柱進(jìn)行加固處理后才能滿(mǎn)足繼續(xù)使用的要求。

5 按建筑結(jié)構(gòu)使用年限30a計(jì)算分析相應(yīng)參數(shù)的選用

由于結(jié)構(gòu)已使用了25 a，在上海市房屋建筑設(shè)計(jì)院房屋質(zhì)量檢測(cè)站提供的天山路公交停車(chē)場(chǎng)雙層車(chē)庫(kù)安全性檢測(cè)報(bào)告中，柱平均碳化深度為2 mm，梁混凝土平均碳化深度為5 mm，建筑結(jié)構(gòu)的耐久性滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)繼續(xù)使用35 a的要求。

《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50023-2009）第1.0.4條第1款：在70年代及以前建造經(jīng)耐久性鑒定可繼續(xù)使用的現(xiàn)有建筑，其后續(xù)使用年限不應(yīng)少于30年；在80年代建造的現(xiàn)有建筑，宜采用40年或更長(zhǎng)，且不得少于30年[1]。業(yè)主希望對(duì)保留的原有建筑結(jié)構(gòu)不進(jìn)行加固處理，上海城市交通設(shè)計(jì)院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員決定降低建筑結(jié)構(gòu)使用年限，改造后建筑結(jié)構(gòu)使用年限為30 a。

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期是指為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料性能值而選用的時(shí)間參數(shù),設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期不等同于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限。我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范所采用的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50 a,即設(shè)計(jì)時(shí)所考慮的荷載、作用、材料強(qiáng)度等的統(tǒng)計(jì)參數(shù)均是按此基準(zhǔn)期確定的。對(duì)于一般的丙類(lèi)建筑,當(dāng)設(shè)計(jì)者按我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),即以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50 a的標(biāo)準(zhǔn)確定相應(yīng)的活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震作用取值,確定包括鋼筋保護(hù)層厚度等因素在內(nèi)的耐久性參數(shù),使其達(dá)到確定的結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo),所完成的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限即為50a。在地震區(qū),影響結(jié)構(gòu)可靠性指標(biāo)的最大因素是地震作用取值。雖然一個(gè)地區(qū)的抗震設(shè)防烈度已為國(guó)家規(guī)定的權(quán)限審批、頒發(fā)的文件(圖件)確定,但確定的值是與50a設(shè)計(jì)使用年限相協(xié)調(diào)的,與低于50a的設(shè)計(jì)使用年限相協(xié)調(diào)的抗震設(shè)防水準(zhǔn)理應(yīng)低于按國(guó)家規(guī)定的權(quán)限審批、頒發(fā)的文件 (圖件)的規(guī)定。嚴(yán)格地說(shuō),與設(shè)計(jì)使用年限相協(xié)調(diào)的抗震設(shè)防水準(zhǔn),需由國(guó)家地震主管部門(mén)確定,但對(duì)于量大面廣的一般民用建筑而言,由地震主管部門(mén)來(lái)確定設(shè)計(jì)使用年限50a以下新建建筑物和既有建筑的鑒定和改造的抗震設(shè)防水準(zhǔn)是難以做到的[2]。

[3]，不同設(shè)計(jì)使用年限對(duì)應(yīng)的地震作用修正系數(shù)及構(gòu)造措施方面的調(diào)整系數(shù)按表3、表4選用。

表3 不同設(shè)計(jì)使用年限對(duì)應(yīng)的地震作用修正系數(shù)一覽表

表4 不同設(shè)計(jì)使用年限對(duì)應(yīng)的構(gòu)造措施方面的調(diào)整系數(shù)一覽表

6 按建筑結(jié)構(gòu)使用年限30a進(jìn)行計(jì)算分析

建筑結(jié)構(gòu)使用年限按30a考慮，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50367-2006)附錄A,相應(yīng)的活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載仍按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50a的標(biāo)準(zhǔn)確定[4]。7度多遇地震作用下，對(duì)應(yīng)的地震作用修正系數(shù)為：0.75。

地震烈度7度，設(shè)計(jì)地震基本加速度0.1g，由建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）表5.1.4-1確定地震作用影響最大系數(shù)：αmax=0.08[5]，

修正后：αmax=0.75×0.08=0.06

在SATWE分析與設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義中自定義地震影響系數(shù)曲線，見(jiàn)圖4所示。

圖4 地震影響系數(shù)曲線圖示

整體計(jì)算指標(biāo)如下：

結(jié)構(gòu)周期（取前3個(gè)，見(jiàn)表5）。

表5 結(jié)構(gòu)周期表（二）

主要控制參數(shù)（見(jiàn)表6）。

表6 主要控制參數(shù)一覽表（二）

角部處局部梁、柱配筋簡(jiǎn)圖（新做梁、板采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)）如圖5所示。

通過(guò)對(duì)計(jì)算簡(jiǎn)圖和預(yù)制柱實(shí)際鋼筋的比對(duì)，柱的計(jì)算配筋面積均小于原預(yù)制柱的實(shí)際鋼筋面積，原有預(yù)制柱不需要進(jìn)行加固處理即可滿(mǎn)足繼續(xù)使用的要求。

圖5 角部處局部梁、柱配筋簡(jiǎn)圖（二）

7 兩者計(jì)算結(jié)果比較

兩者整體計(jì)算指標(biāo)相比較:兩者周期、層間位移比、柱軸壓比相同；剪重比、位移角后者小于前者。柱配筋計(jì)算結(jié)果后者明顯小于前者；框架梁截面為300mm×950mm,跨度為6m，柱截面450 mm×450 mm，高度為6 m，梁線剛度大于柱線剛度較多，因而兩者梁的計(jì)算面積較為接近。

8 結(jié)語(yǔ)

該工程屬于既有結(jié)構(gòu)的改造,設(shè)計(jì)中對(duì)不同設(shè)計(jì)使用年限的建筑結(jié)構(gòu)采用不同的抗震設(shè)防水準(zhǔn)。本文對(duì)不同設(shè)計(jì)使用年限建筑結(jié)構(gòu)作用取值進(jìn)行計(jì)算分析對(duì)比,從而可以通過(guò)費(fèi)用-效益的工程決算分析確定最優(yōu)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)

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[2]陳才堡.小于50年設(shè)計(jì)使用年限的丙類(lèi)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)建議[J].建筑結(jié)構(gòu)，2007，（11）.

[3]毛毅.不同設(shè)計(jì)使用年限的建筑物所受地震作用及構(gòu)造措施研究[J].建筑科學(xué),2012,（18）.

[4]GB50367-2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]GB50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].