結(jié)構(gòu)改造加固設(shè)計(jì)中幾個(gè)常見問題的總結(jié)

張偉

摘要：我國現(xiàn)在正處于快速發(fā)展階段，城市用地日趨緊張，越來越多的建筑物需要進(jìn)行加固改造。筆者從事結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)多年，對(duì)加固改造設(shè)計(jì)中常見的幾個(gè)問題進(jìn)行探討及總結(jié)，希望可以為以后的工作提供一定的幫助。

Abstract： China is now in a stage of rapid development，urban land is becoming increasingly tense， more and more buildings need to be reinforced. The author has been engaged in structural reinforcement design for many years. This paper discusses and summarizes some common problems in the design of reinforcement and reconstruction， to provide some help for the future work.

關(guān)鍵詞： 加固設(shè)計(jì)；加固設(shè)計(jì)使用年限；增層改造

Key words： reinforcement design；reinforced design service life；add layer reconstruction

中圖分類號(hào)：TU753.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）28-0156-02

0 引言

建筑物加固的主要原因有以下幾個(gè)：①建筑物功能發(fā)生變化，荷載增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力不足；②建筑物布局、體系改變；③施工缺陷，如構(gòu)件材料、配筋等未達(dá)到設(shè)計(jì)要求等。結(jié)構(gòu)加固前，應(yīng)根據(jù)建筑物的種類，分別按照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測鑒定。本文主要對(duì)結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計(jì)中常見的幾個(gè)問題進(jìn)行探討及總結(jié)。

1 加固設(shè)計(jì)使用年限

1.1 加固設(shè)計(jì)使用年限的確定，按照規(guī)范應(yīng)由業(yè)主、設(shè)計(jì)單位共同商定；當(dāng)結(jié)構(gòu)加固材料中含有合成樹脂或其他聚合物成分時(shí)，其加固設(shè)計(jì)使用年限宜按30年考慮，當(dāng)確實(shí)需要50年時(shí)，其使用的膠和聚合物的粘結(jié)性能應(yīng)通過耐長期應(yīng)力作用能力的檢驗(yàn)。

1.2 加固設(shè)計(jì)活荷載取值，依據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50292-2015附錄J，既有建筑物加固改造設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，基本風(fēng)壓、基本雪壓及樓面活荷載可根據(jù)下一目標(biāo)使用期（加固設(shè)計(jì)使用年限）進(jìn)行折減，折減系數(shù)為0.85-1.0，具體見表1。

2 建筑物增層改造

在各種增層改造中，直接增層最為常見，還有外套增層、室內(nèi)及地下增層。直接增層中鋼結(jié)構(gòu)以其自身的優(yōu)點(diǎn)成了甲方的首選，但由于鋼結(jié)構(gòu)公司其專業(yè)性較強(qiáng)，他們?cè)谶M(jìn)行增層改造時(shí)往往只對(duì)鋼結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行計(jì)算，有條件的還進(jìn)一步把鋼結(jié)構(gòu)作為荷載輸入原結(jié)構(gòu)上對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，這樣做法是偏不安全的。該類增層項(xiàng)目一般均為既有建筑，由于缺少正常的建筑程序，缺少監(jiān)管，最后投入使用會(huì)帶來諸多安全隱患。以下分兩種情況進(jìn)行總結(jié)：

2.1 混凝土框架上新增鋼結(jié)構(gòu)框架

新增鋼結(jié)構(gòu)部分與原有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在質(zhì)量、剛度、阻尼比上有較大突變，造成下剛上柔、上輕下重、下部阻尼比大，上部阻尼比小，高階振型對(duì)鋼結(jié)構(gòu)影響較大。

新增鋼結(jié)構(gòu)底層及原結(jié)構(gòu)底層均為薄弱層，依據(jù)規(guī)范要求，不宜將頂層鋼結(jié)構(gòu)作為突出屋面的小屋并采用底部剪力法乘以增大系數(shù)的方法進(jìn)行地震力的計(jì)算，應(yīng)將其視為統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)體系采用振型分解法進(jìn)行計(jì)算，目前我們最常用的軟件是中國建筑科學(xué)研究院研發(fā)的PKPM系列結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件。在進(jìn)行PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，SATWE參數(shù)選擇注意事項(xiàng)：

①混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比0.05，鋼結(jié)構(gòu)阻尼比為0.02，整體結(jié)構(gòu)阻尼比按0.05計(jì)算將低估結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反映，為結(jié)構(gòu)安全留下隱患；因此在計(jì)算時(shí)將首層按照規(guī)范作為薄弱層，進(jìn)行水平地震剪力調(diào)整（地震剪力增大15%）；②由于新增鋼結(jié)構(gòu)在剛度和質(zhì)量上與下部結(jié)構(gòu)有明顯變化，將新增鋼結(jié)構(gòu)層間地震剪力放大2.0～3.0倍進(jìn)行計(jì)算。

2.2 多層砌體結(jié)構(gòu)上部新增單層輕型鋼結(jié)構(gòu)

此類建筑按照以下原則進(jìn)行加固設(shè)計(jì)：①可按照突出屋面結(jié)構(gòu)計(jì)算地震作用效應(yīng)，當(dāng)采用底部剪力法計(jì)算時(shí)，地震作用效應(yīng)增大系數(shù)可取3。②新增的頂層輕型鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置可靠的支撐系統(tǒng)。③在原屋頂圈梁上增設(shè)新的圈梁，且新、舊圈梁應(yīng)有可靠連接。

2.3 增層建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題

增層建筑地基承載力應(yīng)通過既有建筑基礎(chǔ)下地基土載荷試驗(yàn)進(jìn)行確定，當(dāng)確有難度時(shí)，且增加層數(shù)占總層數(shù)比例較小，原建筑沉降已穩(wěn)定，考慮建筑物的重要性及地基土的類型等因數(shù)，可以參考規(guī)范給出的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行地基基礎(chǔ)驗(yàn)算，如表2。

1.25；③當(dāng)原建筑物為樁基礎(chǔ)且已使用10年以上時(shí)，原樁基礎(chǔ)的承載力可提高10～20%；④當(dāng)有其他可靠經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可采用其他μ值。

3 樓板上增加荷載及開洞

建筑物改造時(shí)，樓板常常是直接受力構(gòu)件，改造內(nèi)容較多，新開洞口、封閉洞口、新增設(shè)備、新增墻體等。以下就這幾個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)：

3.1 樓板上增加荷載

樓板上增加荷載通常為面荷載或線荷載，現(xiàn)行的PKPM、盈建科等設(shè)計(jì)計(jì)算軟件均可以依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行荷載輸入，然后依據(jù)計(jì)算結(jié)果確定加固方法。例如在一單向板上新砌筑墻體時(shí)，應(yīng)根據(jù)墻體布置范圍加上擴(kuò)展范圍對(duì)樓板受力方向進(jìn)行加固。荷載越大影響范圍越大，有的設(shè)計(jì)人員依據(jù)構(gòu)造只在墻體對(duì)應(yīng)樓板底部范圍進(jìn)行加固，這是偏不安全的，如果全樓板加固又浪費(fèi)不經(jīng)濟(jì)，個(gè)人認(rèn)為一般情況下可延伸1.0-1.5m進(jìn)行加固。

3.2 現(xiàn)澆樓板開洞

現(xiàn)澆樓板開洞是經(jīng)常遇見的一個(gè)問題，根據(jù)樓板形式（單向板、雙向板）、開洞大小、其在樓板上的位置及周邊是否有荷載等因素，采用不同的加固方法，以下進(jìn)行分類總結(jié)：

①洞口邊無集中荷載或線荷載：當(dāng)洞口寬度小于等于300mm時(shí)，一般情況下可不進(jìn)行加固處理；當(dāng)洞口寬度大于300mm，小于等于1000mm時(shí)，在洞口周邊采用粘貼鋼板、碳纖維布進(jìn)行加固；②當(dāng)洞口寬度大于1000mm或洞口周邊有集中荷載或線荷載時(shí)應(yīng)新增受力梁。但也不是絕對(duì)的，個(gè)別的工程，需要開設(shè)較大的洞口，又不能設(shè)梁時(shí)，需做特殊處理，只要能保證安全，也是可行的。

3.3 樓板封堵

樓板封堵應(yīng)按照受力邊為簡支邊進(jìn)行計(jì)算，且宜采用雙層配筋，鋼筋應(yīng)采用螺紋鋼，且鋼筋間距不宜小于5d。

4 采用粘碳布箍加固軸壓比不足的柱

限制柱軸壓比主要是為了控制柱的延性，保證柱的塑性變形能力和抗倒塌能力，因?yàn)檩S壓比越大，柱的延性就越差，在地震作用下柱的破壞呈脆性。軸壓比指柱組合的軸壓力設(shè)計(jì)值與柱的全截面面積與混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比值，因此在軸壓力一定的情況下只有增大柱截面面積或提高混凝土抗壓強(qiáng)度才能使柱軸壓比降低，于是就有了加固方法的選擇問題：①采用擴(kuò)截面法；②采用粘碳纖維環(huán)向圍束法。

筆者就在日常工作中的總結(jié)如下：①在框架柱縱筋配置滿足的情況下，即保證碳纖維環(huán)向圍束內(nèi)混凝土不破壞，可采用粘碳纖維環(huán)向圍束法進(jìn)行加固。以下依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》舉例說明計(jì)算過程：

某框架柱：C30混凝土，截面尺寸500×500mm，主筋12根20，層高4500mm，抗震等級(jí)三級(jí)，加密區(qū)箍筋配置為8@100（4）。經(jīng)計(jì)算原有箍筋體積配箍率為0.89%?，F(xiàn)計(jì)算該柱加密區(qū)箍筋配置為10@100（4），軸壓比計(jì)算為0.9，超出規(guī)范限值0.85，采用粘碳纖維環(huán)向圍束法進(jìn)行加固。現(xiàn)計(jì)算體積配箍率為1.39%，可計(jì)算出環(huán)向圍束作為附加箍筋的體積配箍率：ρvf=λVfc/fyv=0.5%。

依據(jù)構(gòu)造要求：加固的碳纖維粘貼層數(shù)，對(duì)圓形截面最少為2層，對(duì)矩形和方形截面最少為3層，選用3層，再由公式10.8.2-2，計(jì)算出所需粘貼碳纖維規(guī)格：bf/sf=0.175。

②如框架柱計(jì)算軸壓比大于1.05，則必須采用擴(kuò)截面的方法進(jìn)行加固。

5 梁下或梁間集中荷載（懸掛荷載）

在日常加固中經(jīng)常有在混凝土樓板下部增加鋼梁，一是承受上部樓板新增較大荷載，還有作為新增洞口邊的加固。由于新加鋼梁在樓板下部，如果原梁截面高度不足夠大的情況下，新加鋼梁作用位置就在原有梁的受拉區(qū)，但在進(jìn)行建模計(jì)算時(shí)，有的設(shè)計(jì)人員通常只查看原有梁的箍筋配置是否滿足要求，如滿足就沒有采取任何加固措施。但依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）（2015年版）第9.2.11條：位于梁下部或梁截面高度范圍內(nèi)的集中荷載，應(yīng)全部由附加橫向鋼筋（箍筋、吊筋）承擔(dān)，附加橫向鋼筋宜采用箍筋。

因此只要在梁下部或截面高度范圍內(nèi)新加集中荷載，就應(yīng)該按照規(guī)范增加附加橫向鋼筋，防止出現(xiàn)剪切裂縫，從而引起混凝土局部拉脫破壞。對(duì)于加固設(shè)計(jì)通常采用粘貼碳纖維箍或鋼板箍進(jìn)行附加橫向鋼筋（箍筋）的加固。箍筋應(yīng)布置在長度為s的范圍內(nèi)，此處，s=2h+3b（見圖1）。

粘貼碳纖維布箍或鋼板箍的具體加固量參照規(guī)范公式確定。

6 總結(jié)

本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)改造加固設(shè)計(jì)工程中常見的幾種情況進(jìn)行了總結(jié)，提出了一些個(gè)人觀點(diǎn)及對(duì)規(guī)范的理解，通過總結(jié)為此類工程項(xiàng)目提供了一些參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50292-2015，民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（2015年版）[S].

[3]CECS225：2007，建筑物移位糾傾增層改造技術(shù)規(guī)范[S].

[4]GB50367-2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]13G311-1，混凝土結(jié)構(gòu)加固構(gòu)造[S].

[6]16G101-1，混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖[S].