既有建筑樓板局部開洞鑒定及加固設(shè)計

劉中　劉懷斌

摘要：以一棟框架-核心筒結(jié)構(gòu)作為實(shí)例，對既有建筑樓板開洞前進(jìn)行技術(shù)鑒定及開洞后進(jìn)行加固設(shè)計。對開洞樓層的型鋼柱、鋼筋混凝土柱、鋼筋混凝土現(xiàn)澆板現(xiàn)狀進(jìn)行檢查檢測及承載力驗算。研究表明，樓板局部開洞面積與結(jié)構(gòu)平面相比較小，對樓層結(jié)構(gòu)平面剛度及抗側(cè)力構(gòu)件幾乎沒有影響;同時，為了滿足既有建筑的安全性、使用性等要求樓板局部開洞后，沿板的洞邊設(shè)置防裂構(gòu)造鋼筋、新增樓梯區(qū)域需要考慮新增梁和原有梁加固等措施。

關(guān)鍵詞：既有建筑;樓板;開洞;加固

中圖分類號：TU398.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-5383（2019）04-0041-05

Identification and Reinforcement Design of Local Openings in Existing Building Floor

LIU Zhong1， LI Huaibin2

（1.Logistics Services Department， University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 611731， China;

2 Sichuan Institute of Building Research， Chengdu 610081， China）

Abstract：Taking a frame-core tube structure as an example， technical appraisal before opening and reinforcement design after opening of existing building floor were carried out. The present situation of steel columns， reinforced concrete columns and cast-in-situ reinforced concrete slabs on the floors with opennings was examined and checked， and the bearing capacity was calculated. The results show that the area of local openings in floor slabs is smaller than that in structural plane， which has little effects on the plane stiffness and lateral resistance components of floor structures. At the same time， in order to meet the safety and usability requirements of existing buildings， measures such as adding new beams and strengthening existing beams need to be taken into account when setting crack-proof structural reinforcement along the hole edge of the slabs and adding staircase areas.

Keywords：existing buildings; floor; openings; reinforcement

隨著社會的發(fā)展，我國既有建筑逐漸滿足市場需求，從原來的拆后重建到如今對既有建筑的維修、加固改造，為了改變或保證既有建筑的使用功能，維修、加固改造已成為現(xiàn)階段既有建筑業(yè)的主要選擇。在改造過程中，由于增加樓梯間、電梯間或為了滿足建筑使用功能等要求，需要對樓板進(jìn)行開洞。樓板是將其承受的荷載傳遞給梁、柱、墻，同時承受的水平力并將其傳遞給結(jié)構(gòu)中的抗側(cè)力構(gòu)件[1]。樓板開洞后，原有鋼筋被切斷且傳力路徑產(chǎn)生變化，洞口周邊樓板的剛度、承載力均降低，不再是一個剛性整體，視為一塊或多塊彈性樓板連接的多塊剛性樓板[2]。既有建筑樓板局部開洞后，結(jié)構(gòu)的周期和位移變化很小，對結(jié)構(gòu)整體剛度、樓層側(cè)向剛度比和樓層層間受剪承載力比基本沒有影響[3]。為了確保既有建筑的安全性、適用性、功能性，應(yīng)對樓板開洞前進(jìn)行技術(shù)鑒定，開洞后如何進(jìn)行改造是亟待解決的技術(shù)問題[4]。

1 工程概況

1.1 原建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

某高層辦公樓為商業(yè)、辦公用途，為地下5層、地上43層的框架-核心筒結(jié)構(gòu)房屋，建筑面積為117 904.00 m2，建筑高度為169.80 m，2008年3月開工，2010年10月竣工。建筑平面呈多邊形，長度為

62.89 m，該方向7跨且兩邊局部懸挑;寬度為

35.30 m，該方向3跨且兩邊局部懸挑。

1.2 擬改造結(jié)構(gòu)開洞布置

因某公司擬對該房屋12 層、13層進(jìn)行局部裝修，擬將13層⑤～（1/5）/（D）～（E）樓板局部拆除后新增鋼樓梯，新增鋼樓梯方案見圖1、圖2。擬局部開洞的13層⑤～（1/5）/（D）～（E）軸樓板設(shè)計厚度為120 mm，板底配筋分別為B8@150、B10@200，板面支座配筋分別為 C12@175、B8@150，混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C40，主筋的混凝土保護(hù)層厚度為15 mm。

2 改造前技術(shù)鑒定

2.1 現(xiàn)場檢查、檢測

2.1.1 表面現(xiàn)狀

未發(fā)現(xiàn)該房屋13層⑤～（1/5）/（D）～（E）軸樓蓋現(xiàn)澆板及相鄰結(jié)構(gòu)構(gòu)件有明顯變形及可見裂縫。

2.1.2 尺寸及配筋檢測

經(jīng)現(xiàn)場對該房屋13層⑤～（1/5）/（D）～（E）軸樓板鄰近的型鋼柱、鋼筋混凝土柱、鋼筋混凝土現(xiàn)澆板的截面尺寸、配筋情況進(jìn)行抽測，抽測結(jié)果分別見表1、表2和表3。

2.1.3 混凝土強(qiáng)度等級檢測

該房屋樓蓋梁、板混凝土強(qiáng)度等級相同，且同層梁、板混凝土為一并澆筑。對該房屋12層

⑤/（E）軸型鋼柱和13層（1/5）/D～（E）軸樓蓋梁的混凝土抗壓強(qiáng)度采用回彈法[5]進(jìn)行檢測，并依據(jù)GB 50292—2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中的《附錄K：老齡期混凝土回彈值齡期修正的規(guī)定》[6]對測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值進(jìn)行修正，修正后的檢測結(jié)果表明，該房屋12層（5）/（E）軸型鋼柱和13層（1/5）/D～（E）軸樓蓋梁的混凝土抗壓強(qiáng)度推定值分別為大于60.0 MPa和37.9 MPa。

2.2 承載能力驗算

2.2.1 驗算條件

樓面恒荷載（不含板自重）標(biāo)準(zhǔn)值：2.0 kN/m2;活荷載標(biāo)準(zhǔn)值（按原設(shè)計圖取值）：走廊、樓梯間為3.5 kN/m2;辦公室為3.0 kN/m2;[7]新增鋼樓梯荷載設(shè)計值（含使用活荷載）;鋼樓梯平面布置、樓板開洞位置、尺寸按委托方提供的鋼樓梯方案及開洞方案取值;結(jié)構(gòu)平面布置按結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙確定;鋼筋混凝土梁、板、柱的混凝土強(qiáng)度、截面尺寸、配筋情況按現(xiàn)場檢測結(jié)果結(jié)合設(shè)計圖紙取值;樓板局部開洞未影響該房屋抗側(cè)力構(gòu)件，故本次驗算不考慮地震作用和風(fēng)荷載作用[8]。

2.2.2 驗算結(jié)果

采用中國建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部（2010V2.2版）軟件，考慮13層⑤～/（D）～（E）軸樓板局部開洞及新增鋼樓梯后，對該房屋12層、13層⑤～～（1/5）/（D）～（E）軸樓板及相鄰鋼筋混凝土梁的承載力進(jìn)行驗算。

經(jīng)驗算表明：12層⑤～～（1/5）/（D）～（E）軸樓板在梯腳位置的抗彎承載能力不滿足要求;13層⑤～（1/5）/（D）～（E）軸樓蓋梁的新增鋼樓梯集中荷載作用處的附加橫向鋼筋的承載力不能滿足要求;13層⑤～～（1/5）/（D）～（E）軸樓板局部開洞后，沿板的洞邊無加強(qiáng)鋼筋，不滿足要求。

2.3 鑒定結(jié)果

1）該房屋13層⑤～～（1/5）/（D）～（E）軸樓板局部開洞面積與結(jié)構(gòu)平面相比較小，未對樓層結(jié)構(gòu)平面剛度及抗側(cè)力構(gòu)件造成影響。

2）該房屋12層⑤～～（1/5）/（D）～（E）軸樓板在梯腳位置的抗彎承載能力不滿足要求，其余部位的抗彎、抗剪承載能力均滿足要求;13層⑤～～（1/5）/（D）～（E）軸樓板局部開洞后的抗彎、抗剪承載能力均滿足要求;12層增設(shè)鋼樓梯影響及13層樓蓋開洞影響及增設(shè)鋼樓梯范圍內(nèi)的鋼筋混凝土梁的抗彎、抗剪承載力均滿足要求;13層⑤～～（1/5）/（D）～（E）軸樓蓋梁的新增鋼樓梯集中荷載作用處的附加橫向鋼筋的承載力不滿足要求。

3）該房屋13層

⑤～～（1/5）/（D）～（E）軸樓板局部開洞后，沿板的洞邊無防裂構(gòu)造鋼筋，不滿足GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[9]中第9.1.8 條的相關(guān)要求。

3 加固設(shè)計

樓板開洞盡量在既有建筑結(jié)構(gòu)平面中部開洞，以保證建筑物的整體抗震性能不受較大的影響，同時，對洞口周邊應(yīng)采取有效的加固措施。根據(jù)技術(shù)鑒定結(jié)果，提出加固措施如下：

3.1 新增梁加固措施

12層⑤～～（1/5）/（D）～（E）軸樓板的梯腳位置新增鋼筋混凝土扁梁進(jìn)行加固，新增鋼筋混凝土梁采用C45無收縮細(xì)石混凝土。其中，細(xì)石混凝土中石子粒徑為5～15 mm，采用中、粗砂。新增鋼筋混凝土扁梁平行于軸，距軸中心線為3 480 mm，尺寸為500 mm×150 mm，上部鋼筋為5C18，下部鋼筋為5C18，箍筋為A10@100（5），具體節(jié)點(diǎn)圖詳見圖3。

3.2 開洞后加固措施

13層⑤～～（1/5）/（D）～（E）軸樓板局部開洞后，開洞尺寸、加固構(gòu)件位置詳見圖4。

13層⑤～（1/5）/（D）～（E）軸樓蓋梁的新增鋼樓梯集中荷載作用處進(jìn)行粘貼碳纖維布U形箍，碳纖維應(yīng)選用高強(qiáng)度Ⅰ級碳纖維布，單層厚度為0.167 mm且為聚丙烯腈基（PAN基）不大于15 k的小絲束纖維，具體處理方式詳見圖5。

樓板局部開洞后，修補(bǔ)樓板采用C45無收縮細(xì)石混凝土。其中：細(xì)石混凝土中石子粒徑為5～15 mm，采用中、粗砂;沿板的洞邊加固節(jié)點(diǎn)圖詳見圖6。

3.3 加固施工要點(diǎn)

3.3.1 混凝土施工

在局部鑿除混凝土的過程中，除樓板開洞需截斷原樓板鋼筋外，不得損傷原結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋。在新舊混凝土結(jié)合面處應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理（新增梁僅限于梁兩端部與原鋼筋混凝土梁結(jié)合面鑿毛），且應(yīng)鑿除混凝土爆裂及松散部分，并清除所有混凝土碎塊、浮渣、灰塵，用水將結(jié)合面沖洗干凈。澆混凝土前，原結(jié)構(gòu)混凝土界面應(yīng)提前24 h澆水使界面充分濕潤，并用1∶0.4水泥凈漿涂刷一遍，在水泥凈漿初凝前澆筑混凝土?；炷翝仓戤吅髴?yīng)及時采用濕草袋覆蓋并保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不少于14 d。

3.3.2 碳纖維布粘貼施工

施工前，應(yīng)委托具有資質(zhì)的檢測結(jié)構(gòu)對構(gòu)件混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行檢測，正拉粘結(jié)強(qiáng)度不小于1.5 MPa方可進(jìn)行粘貼施工;用碳纖維片材及配套樹脂膠時應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電器設(shè)備及火源;受彎構(gòu)件粘貼的碳纖維布不宜截斷，當(dāng)現(xiàn)場條件限制必須截斷時，相鄰兩層纖維織物應(yīng)進(jìn)行搭接，搭接長度不應(yīng)小于200 mm;鑿除構(gòu)件的抹灰層及浮漿層，將構(gòu)件混凝土表面打磨平整，若有凹陷處，應(yīng)使用修補(bǔ)膠找平;碳纖維布的有效粘貼面積不小于95%;碳纖維布施工完成后，表面涂一層膠粘劑，初凝前，撒一層粗砂;碳纖維布表面抹15 mm厚M10水泥砂漿保護(hù)層;水泥砂漿層應(yīng)采取措施，避免砂漿層空鼓、裂縫及脫落;粘貼碳纖維布施工完畢后，應(yīng)對粘貼碳纖維施工質(zhì)量進(jìn)行檢測。