某框架結(jié)構(gòu)辦公樓加固設(shè)計(jì)研究

□□ 趙培蘭

(太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027)

建筑設(shè)計(jì)

某框架結(jié)構(gòu)辦公樓加固設(shè)計(jì)研究

□□ 趙培蘭

(太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027)

以某8度地區(qū)框架結(jié)構(gòu)辦公樓的加固設(shè)計(jì)為例，對(duì)結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)，采用“外包鋼+鋼支撐”的綜合方法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件SATWE驗(yàn)算，滿足規(guī)范要求。

框架結(jié)構(gòu)；鑒定；抗震加固；鋼支撐

引言

對(duì)結(jié)構(gòu)的改造必然需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，傳統(tǒng)的加固混凝土結(jié)構(gòu)的方法有加大截面法、外粘鋼法、碳纖維加固法等，這類方法一般是通過加大結(jié)構(gòu)的剛度來提高結(jié)構(gòu)的承載力和側(cè)向剛度，而結(jié)構(gòu)的剛度越大受地震影響越大，為了抵抗地震力，截面必然增大，勢(shì)必造成工程造價(jià)的提高。若采用柱外包鋼和加鋼支撐的加固方法，可以利用鋼支撐的延性增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，而且對(duì)建筑物破損較少，合理的設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于工程的加固改造中。

1 工程概況

某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)辦公樓，地下1層，地上6層，屋頂為出屋面樓梯及水箱間。一層和二層為商業(yè)營(yíng)業(yè)廳，一層層高4.5 m，二層層高3.9 m，三層至六層為辦公樓，層高3.6 m?；A(chǔ)為鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，框架抗震等級(jí)為二級(jí)?？蚣苤孛娉叽鐬椋旱叵率液鸵粚又了膶訛?50 mm×800 mm，五層為600 mm×700 mm，六層為600 mm×600 mm。混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30，梁柱縱筋均為HRB400級(jí)。

該工程建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。辦公樓荷載為2.0 kN/mm2，商場(chǎng)荷載為3.5 kN/mm2。

該辦公樓在建成兩年后，由于在原有6層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又增加了2層混凝土結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的抗震承載力不能滿足要求。

2 現(xiàn)場(chǎng)踏勘與混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的詢問，該建筑物在施工時(shí)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范執(zhí)行，混凝土均進(jìn)行了養(yǎng)護(hù)和振搗，現(xiàn)場(chǎng)踏勘也發(fā)現(xiàn)，混凝土柱、梁、板沒有微蜂窩麻面現(xiàn)象，混凝土施工質(zhì)量較好，框架梁柱未發(fā)現(xiàn)裂縫。

由于該建筑于2012年建成，均是按照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)和施工，所以不需對(duì)該建筑進(jìn)行抗震鑒定，僅需要對(duì)建筑物的外觀尺寸和混凝土強(qiáng)度進(jìn)行抽樣檢測(cè)。

2.1 構(gòu)件尺寸檢查

對(duì)辦公樓的部分框架柱、框架梁進(jìn)行了構(gòu)件截面檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，框架柱、框架梁的截面尺寸實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的偏差在規(guī)范的允許范圍內(nèi)。

2.2 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

混凝土強(qiáng)度通過鉆芯法來檢測(cè)，該法屬半破損法?，F(xiàn)場(chǎng)取芯位置、數(shù)量、室內(nèi)試驗(yàn)依據(jù)CECS 03：2007《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。芯樣試件的混凝土強(qiáng)度換算值按(1)式計(jì)算：

f (1)

本次鉆芯法檢測(cè)共取芯樣180個(gè)，強(qiáng)度評(píng)定結(jié)論見表1。

3 加固方案選擇與結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 加固方案選擇

通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，原有房屋的混凝土強(qiáng)度滿足原始設(shè)計(jì)要求，由于在原有結(jié)構(gòu)上增加2層混凝土結(jié)構(gòu)導(dǎo)致荷載增加，柱子內(nèi)力增大，結(jié)構(gòu)也由原來的多層建筑變?yōu)楦邔咏ㄖ?，依?jù)的規(guī)范有所不同，通過SATWE軟件驗(yàn)算也發(fā)現(xiàn)增加2層后柱子的軸壓比和層間位移角等不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，為了避免出現(xiàn)安全隱患，需對(duì)辦公樓進(jìn)行抗震加固。

表1 實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

原有結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，如果仍然按框架結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)，通過柱來抵抗水平力，需要大面積增大柱的截面，將會(huì)出現(xiàn)較大的梁和柱，增加建筑物的自重，嚴(yán)重影響建筑物的使用功能。如果對(duì)建筑物增加混凝土剪力墻，現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)多，影響工期。經(jīng)研究，決定采用“外包鋼+鋼支撐”的綜合加固方法對(duì)建筑物進(jìn)行抗震加固。

大量關(guān)于利用鋼支撐加固混凝土結(jié)構(gòu)的研究表明，采用鋼支撐加固混凝土結(jié)構(gòu)可以取得較好的效果。文獻(xiàn)[1]提出，利用有延性的鋼支撐系統(tǒng)加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的滯回環(huán)飽滿，有效地提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度剛度和耗能能力。文獻(xiàn)[2]也指出，經(jīng)過鋼支撐加固后的框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的抗震能力有較大的提高。在反復(fù)荷載作用下，支撐屈服前，結(jié)構(gòu)的滯回曲線飽滿，耗能能力高，而支撐屈服后耗能能力降低。本次對(duì)該辦公樓的加固采用增加鋼支撐的方法來提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，對(duì)于柱子采用外包鋼法來提高其承載力，鋼支撐布置見圖1和圖2。

圖1 加固鋼支撐平面布置圖(GZC表示鋼支撐) 圖2 GZC立面圖

3.1.1 外包鋼加固柱法

對(duì)于軸壓比不足的柱，通過采用角鋼外包框架柱的四角、角鋼用扁鋼焊接成整體的加固方法，該方法對(duì)構(gòu)件截面增加不大，增加質(zhì)量較少，但卻可以大幅度提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力，增加結(jié)構(gòu)的變形能力。

3.1.2 增設(shè)鋼支撐法

在適當(dāng)?shù)牟课辉鲈O(shè)一定數(shù)量的鋼支撐，通過鋼支撐來承擔(dān)水平荷載，增大結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的側(cè)移。鋼支撐的設(shè)計(jì)要注意控制高厚比和長(zhǎng)細(xì)比，防止構(gòu)件局部或整體失穩(wěn)，布置鋼支撐時(shí)盡量使結(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心重合，以減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用高層設(shè)計(jì)軟件SATWE對(duì)加固前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果見表2。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用“外包鋼+鋼支撐”的方法加固后，結(jié)構(gòu)的周期比、層間位移、軸壓比均滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

表2 結(jié)構(gòu)加固前后的計(jì)算結(jié)果1)

4 結(jié)論

4.1 在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固前，應(yīng)檢測(cè)主要承重構(gòu)件的強(qiáng)度，根據(jù)實(shí)測(cè)強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震驗(yàn)算，以此來選擇恰當(dāng)?shù)募庸谭桨?。加固方案的選擇，不僅要考慮結(jié)構(gòu)滿足承載力的要求，也要考慮施工方便，易于操作。

4.2 采用“外包鋼+鋼支撐”的綜合方法加固混凝土結(jié)構(gòu)，一方面可以有效地提高柱子的承載力，另一方面可以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，增加結(jié)構(gòu)的耗能能力，有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。

4.3 在鋼支撐設(shè)計(jì)時(shí)，要注意控制高厚比、寬厚比和長(zhǎng)細(xì)比，以免發(fā)生局部失穩(wěn)或整體失穩(wěn)；同時(shí)要注意節(jié)點(diǎn)域的設(shè)計(jì)，避免由于剪力過大而造成節(jié)點(diǎn)提前屈服。

[1] Masri A C，Goel S C.用鋼支撐加固的鋼筋混凝土板-柱框架的抗震設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].世界地震工程，1997，13(2)：79-90.

[2] 王來，叢術(shù)平，董錫同，等.鋼支撐加固震損鋼筋混凝土框架抗震性能試驗(yàn)研究[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，43(4)：94-99.

(編輯 盛晉生)

1009-9441(2015)05-0004-02

TU 352.11

B

趙培蘭(1977-)，女，山西太原人，講師，碩士，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)師，2007年6月碩士研究生畢業(yè)于太原理工大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，從事結(jié)構(gòu)工程教學(xué)工作。

2015-09-11