鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加層改造設(shè)計實例及應(yīng)用

安利寧

（甘肅第五建設(shè)集團公司，甘肅 天水 741000）

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加層改造設(shè)計實例及應(yīng)用

安利寧

（甘肅第五建設(shè)集團公司，甘肅 天水 741000）

近年來，隨著我國經(jīng)濟的騰飛，建筑行業(yè)也得到飛速發(fā)展，部分原有建筑設(shè)計已無法適應(yīng)現(xiàn)代生活生產(chǎn)的需要。因為目前我國的土地資源非常緊缺，同時考慮經(jīng)濟資源合理的配置，要完全廢棄已有建筑物而加以重建并不現(xiàn)實。因此對建筑物加層改造以及加固是大勢所趨。本文結(jié)合具體的工程實例來對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加層改造設(shè)計進行探討。

鋼筋混凝土；框架架構(gòu)；加層改造；應(yīng)用

0 引言

對已有建筑物加層，既能夠增加建筑的面積同時節(jié)約投資和建筑材料，降低各項生活設(shè)備以及市政設(shè)施的投入，并能夠避免因為拆遷等方面的工作而引發(fā)的不必要麻煩。建筑物加層可以解決建筑面積不足問題，同時有著適用性比較廣以及經(jīng)濟性比較好的特點。尤其是在1990年前，我國大部分鋼筋混凝土的建筑在10層以下，同時使用的是框架、裝配式的單層廠房結(jié)構(gòu)。這段時間的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計施工的過程當中，大多數(shù)都未能很好考慮結(jié)構(gòu)抗震的問題。因此隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，這類建筑在加層的過程中也普遍面臨抗震方面的重新設(shè)計。

1 工程概況

上海某公司的5號建筑是已建2層的工業(yè)廠房，位于上海市的漕河涇開發(fā)區(qū)，占地面積為1 724 m2，已建的建筑面積是4 356 m2，建筑為鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)。這一建筑原設(shè)計為4層，1992年建成2層之后就投入使用，設(shè)計的3、4層沒有繼續(xù)建設(shè)。2009年因為生產(chǎn)線的增加，廠方需要續(xù)建3、4層，同時改變建筑使用功能，導(dǎo)致樓層的使用荷載上升。上海市的相關(guān)部門要求續(xù)建之后建筑需要滿足現(xiàn)有的《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》以及上海市的《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》當中關(guān)于抗震設(shè)計方面的要求。針對這一問題，該工程在進行加層設(shè)計的時候，首先根據(jù)相關(guān)設(shè)計規(guī)范來進行結(jié)構(gòu)的抗震分析，在結(jié)構(gòu)上使用荷載根據(jù)最初設(shè)計的時候考慮荷載的大小，從而便于對工程的計算結(jié)果加以對比，同時對已建的結(jié)構(gòu)完成抗震鑒定。

2 原有房屋結(jié)構(gòu)的檢測鑒定

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加層需要堅持先鑒定后設(shè)計以及先加固后加層原則。對已有建筑加層的處理要對舊建筑的結(jié)構(gòu)實行可靠性鑒定，從而確定已有建筑是否存在加層使用的潛力，包括建筑的施工質(zhì)量存在缺陷隱患，使用過程中是否出現(xiàn)異常問題，建筑是否具備相應(yīng)的加層條件，鑒定的結(jié)論則是加層設(shè)計的關(guān)鍵依據(jù)。根據(jù)加層改造設(shè)計的需要，該廠房鑒定從以下兩個方面開展。

2.1 地基的調(diào)查、復(fù)核

經(jīng)對建筑上部結(jié)構(gòu)進行的檢測發(fā)現(xiàn)，整個廠房的結(jié)構(gòu)沒有裂縫、移位或者變化，能夠判定地基非常穩(wěn)定，沒有不均勻的沉降問題。經(jīng)過鉆探勘察，發(fā)現(xiàn)地基承的載力是150 kPa，工程的電氣室部分在加層之后荷載上升，不過計算后證明的地基承載能力足夠而無需加固地基。變壓器室因為設(shè)備的荷載比較大，而按加層后的荷載驗算發(fā)現(xiàn)地基的承載力不夠，所以需要對地基加固處理。

2.2 檢測、校核原有基礎(chǔ)、梁、板、柱的承載能力

無論直接加層或者是對舊建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固之后再加層，都應(yīng)當校核原結(jié)構(gòu)的構(gòu)件承載的能力。所以需要根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件具體的情況，來詳細地檢測以及校核之前的基礎(chǔ)以及梁、板、柱等環(huán)節(jié)的承載能力。通過對建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀加以現(xiàn)場查勘最終發(fā)現(xiàn)，本廠房結(jié)構(gòu)的構(gòu)件較為完好。使用回彈以及鉆芯取樣來檢測混凝土強度，并經(jīng)過試驗以及分析之后，廠房基礎(chǔ)以及梁、板、柱的混凝土強度都達到了C20，符合設(shè)計的強度[1]。同時經(jīng)過檢測鋼筋強度、根數(shù)以及布置，也確定同之前的設(shè)計符合。所以根據(jù)具體的狀況進行復(fù)核計算，廠房主要的承重結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件承載力可以滿足已有結(jié)構(gòu)的要求。

3 加層設(shè)計

3.1 加層方案的選擇

一個經(jīng)濟安全可行的鋼筋混凝土加層設(shè)計是加層改造成功的重要前提。加層設(shè)計要保證原結(jié)構(gòu)安全，同時保證新結(jié)構(gòu)安全。所以加層方案選擇時要遵循以下的原則。首先結(jié)構(gòu)改造要盡可能利用之前的結(jié)構(gòu)，同時優(yōu)化分析結(jié)構(gòu)改造的設(shè)計方案。同時加層設(shè)計要盡量減少工作量，并且在符合使用要求前提下，控制加層層高，同時對四周的圍護墻體要使用大開窗。其次是新做樓面面層還有新加屋面恒載需要盡量少。同時新加層內(nèi)以及外墻體需要使用輕質(zhì)材料，從而做到實用、經(jīng)濟同時縮短工期。由于該工程在施工的過程當中，底層的電氣室需要保持正常工作，也就是對原有結(jié)構(gòu)加層不能波及操作間的運轉(zhuǎn)，所以在擬定加層方案的時候，需要考慮不同的可能性，從而逐級進行分析試算，選取合理結(jié)構(gòu)型式，從而保證房屋的承載能力滿足使用要求，并且兼顧施工方便，從而選擇最優(yōu)的方案。由于加層之后房間用做電氣室，因此樓面要設(shè)置電纜溝，直接使用原屋面板就需要加固梁、板；所以在加層方案的設(shè)計過程中，在電氣室內(nèi)增加樓面板，其中板面距之前的面板板面為2.0 m，同時標高是6.5 m，這一樓板同原屋面板間空間則鋪設(shè)電纜[2]，這樣一來就能夠避免對原屋的面板加固，同時保證原電氣室運轉(zhuǎn)。

3.2 加層結(jié)構(gòu)的連接做法

在加層結(jié)構(gòu)連接的做法方面，加層柱同下部連接是關(guān)鍵處理部位，因為原來框架柱未能預(yù)留鋼筋搭接，因此處理加層柱鋼筋連接是確保結(jié)構(gòu)安全的核心。首先，在鋼筋連接的設(shè)計方面需要考慮受力要求，保證垂直力同水平力之間的傳遞。同時在施工的要求方面，對框架的節(jié)點以及梁柱鋼筋密集的地方要保證施工方便，如果使用鉆孔植筋技術(shù)則要保證鉆孔可行性，并盡可能減少對于原有結(jié)構(gòu)的損傷，也就要做到連接的設(shè)計簡潔，從而降低鑿打以及鉆孔。

其次在鋼筋連接的方法方面，鋼筋同原構(gòu)件連接可以分成直接連接即鋼筋焊或者錨在原構(gòu)件以及間接連接即在原構(gòu)件設(shè)鋼牛腿后焊接鋼筋。直接連接可以分成焊接連接以及鉆孔植筋。焊接連接是廣泛使用的連接方法，借助焊接連接將鋼筋連接從而確保受力的直接可靠。鉆孔植筋則可以分成一般植筋以及高性能植筋。使用水泥以及微膨脹黏結(jié)劑來固定的叫做一般植筋，而使用聚氨酯以及甲基丙烯酸酯等同與水泥等組成黏結(jié)劑固定的則是高性能植筋[3]。其中高性能植筋有著高強度以及高性能的優(yōu)點，在加固鋼筋連接過程中廣泛應(yīng)用。間接連接則是通過焊接以及脹錨螺栓將鋼牛腿固定后焊接鋼筋，這一技術(shù)因為鋼牛腿可以承擔剪力能解決剪力大、結(jié)合面弱的情況。

再次，該工程鋼筋連接的方法選擇方面，因為原框架的節(jié)點處鋼筋比較多并且較為密集，所以在節(jié)點的頂部鉆孔困難，所以選擇使用鉆孔植筋法。在設(shè)計的過程中結(jié)合框架柱的加固而在柱腳部分設(shè)計鋼板，借助8個螺栓同原框架柱的頂面連接，同時焊接鋼板以及新柱鋼筋[4]。

3.3 結(jié)構(gòu)的復(fù)核與加固

在一些實際加層的工程當中，往往會出現(xiàn)那些原有框架的結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面以及配筋無法加層后荷載要求，所以需要對原結(jié)構(gòu)加固處理。比較常見的加固技術(shù)有預(yù)應(yīng)力技術(shù)、加大截面技術(shù)、外粘鋼板技術(shù)、改變結(jié)構(gòu)傳力技術(shù)以及碳纖維技術(shù)等，每種加固技術(shù)都有其特點以及使用的范圍，因此需要根據(jù)相應(yīng)的條件來進行選擇。該工程因為加層之后房屋的高度還有荷載都會出現(xiàn)變化，從而導(dǎo)致下部梁柱受力出現(xiàn)變化，所以對加層之后建筑柱、梁的內(nèi)力變化還有承載力需要進行詳細復(fù)核，同時根據(jù)框架的計算原則，來計算加層之后建筑框架的梁柱內(nèi)力，從而根據(jù)之前的框架梁柱截面的配筋來復(fù)核承載力。以軸框架柱為例，在加固設(shè)計的時候，可以使用角鋼L50×4采用濕式外包鋼技術(shù)來加固建筑的原框架柱[5]，不過在施工的時候，需要保證角鋼同原柱混凝土間的黏結(jié)要牢固，從而保證角鋼以及混凝土可以協(xié)同工作。從加層構(gòu)造而言，加層的荷載通過框架的梁柱來傳遞，因而對原結(jié)構(gòu)的樓板產(chǎn)生的影響比較小，經(jīng)過驗算校核，發(fā)現(xiàn)框架梁配筋可以滿足加層截面配筋的要求，因此可以不必加固框架梁。

5 結(jié)語

該建筑于改造完成后經(jīng)過2年實際使用，沒有發(fā)現(xiàn)安全問題，加層改造的效果優(yōu)良。通過這次加層改造的設(shè)計，說明鋼筋混凝土框架架構(gòu)在加層設(shè)計的時候需要根據(jù)具體的改造要求同時結(jié)合已有的加固方法，從經(jīng)濟安全以及可行原則出發(fā)來綜合衡量具體的加固方案。同時在制定加固的方案時，一方面要考慮可靠性等方面的結(jié)論以及加固的內(nèi)容，還需要考慮加固之后建筑物總體的效應(yīng)。例如加層加固的改造之后，整個建筑結(jié)構(gòu)荷載出現(xiàn)變化，除要將新增部分合理設(shè)計之外，同時還應(yīng)當對原有結(jié)構(gòu)實行承載力驗算，無法滿足要求的那些構(gòu)件也要予以加固處理，從而保證加固之后的建筑可以正常使用?？偠灾?，對舊建筑實行加層是值得推廣的技術(shù)，不過在操作的過程當中需要注意原本設(shè)計的層數(shù)，從而避免引發(fā)安全事故，同時要做好建筑的抗震性鑒定，最大限度開發(fā)已有建筑的使用價值。

[1]GB 50367—2012，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012：15-30.

[2]高劍平.國內(nèi)外既有房屋加層改造發(fā)展概況[J].華東交通大學(xué)學(xué)報，2012，23（2）：113-114.

[3]龐明，朱杰利，蘇亮.輕型鋼結(jié)構(gòu)增層設(shè)計的淺論[J].西部探礦工程，2013，12（5）：137-138.

[4]GBS 0292—2013，民用建筑可靠性鑒定標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013：205-208.

[5]廖文彬.新舊構(gòu)件連接中的鋼筋連接方法探討[C].第十六界全國建筑物鑒定與加固改造學(xué)術(shù)會議論文集（下冊），2012：310-315.

TU375

A

1673-1093（2015）02-0070-03

安利寧（1985），男，甘肅成縣人，工程師，就職于甘肅第五建設(shè)集團公司，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.017

2014-11-04；

2014-11-30