某大跨度鋼筋混凝土廠房增設(shè)夾層改造設(shè)計

劉 穎

(深圳市一方建筑設(shè)計有限公司東莞分公司,廣東 東莞 523000)

1 工程概況

某單層鋼筋混凝土鋁鎂廠房，框架結(jié)構(gòu)，層高12 m，框架抗震等級為三級，柱網(wǎng)尺寸12 m×9 m，柱截面600 mm×600 mm，主體驗收后，因工藝改變，需在半層高處增設(shè)夾層，工藝要求采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，活荷載較大為8 kN/m2。夾層結(jié)構(gòu)平面布置如圖1所示，局部放大如圖2所示。

圖1 夾層結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖2 夾層結(jié)構(gòu)局部放大平面圖

2 增設(shè)夾層方案分析

本工程采用空間桿件體系整體模型計算，各項參數(shù)指標(biāo)，周期、位移比、軸壓比、配筋截面等均復(fù)核規(guī)范要求，且在比較合理范圍內(nèi)。原基礎(chǔ)采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，一柱一樁，根據(jù)試樁豎向承載力特征值復(fù)核，基礎(chǔ)承載力滿足加層要求。在保證夾層下層高的條件下，梁高盡量做大，以降低梁配筋進而減少植筋量，梁寬考慮植筋鋼筋間距的排放，框架主梁采用400 mm×900 mm的截面，次梁考慮撓度及裂縫，同時不宜做的過寬，以減輕自重，最終采用250 mm×800 mm的截面，保證主梁和次梁鋼筋在相交處不沖突。

由于夾層屬于新建結(jié)構(gòu)，本次改造難點在于新增主梁和原結(jié)構(gòu)柱相連節(jié)點的處理。由于原廠房柱尺寸取值偏小，導(dǎo)致原柱內(nèi)鋼筋量很多，柱內(nèi)鋼筋非常密集，在原柱上植筋做梁，植筋數(shù)量嚴(yán)格受限，為盡量減少植筋，減少對原柱造成不必要的損傷。

根據(jù)以上思路，對設(shè)計參數(shù)進行調(diào)整，減小彎矩調(diào)幅系數(shù)，減小主梁上部鋼筋，減少貫通柱的上部鋼筋，相應(yīng)梁底鋼筋增加，根據(jù)水平地震作用組合下的梁彎矩包絡(luò)圖，讓梁下部部分縱筋不伸入柱內(nèi)。由于夾層活荷載較大，梁跨度也大，即使采取以上措施，植入梁內(nèi)的縱筋仍然太多，施工難度太大，很難實現(xiàn)。為此需要對梁柱節(jié)點進行新的處理方法，經(jīng)過多種方案比較后得出最合理的一種做法：設(shè)置柱帽。開始按常規(guī)柱帽做法，顯得比較笨重且無效部分太多，無端地增加了較多自重，經(jīng)過改進柱帽為八角錐形，創(chuàng)意來源于古代冷兵器中的大錘，如圖3所示；柱帽大樣剖面如圖4所示；柱帽大樣平面如圖5所示。

圖3 古代兵器之大錘

圖4 柱帽剖面大樣

圖5 柱帽平面大樣

采用加柱帽方案，不僅對梁柱節(jié)點起到加強作用，而且梁鋼筋可部分繞過柱，如圖6所示，保證一排最多3根鋼筋穿過柱子。夾層主體驗收時，現(xiàn)場的感覺是美觀精致。本項目已經(jīng)竣工3年，使用情況良好，得到建設(shè)和使用單位的一致好評。

圖6 梁柱節(jié)點大樣

主要問題解決了，梁與柱節(jié)點抗彎得到保障。因為施工技術(shù)及施工質(zhì)量的原因，原施工圖中新舊混凝土界面劑做法，臨時決定取消。界面劑本來是讓新舊混凝土更好的結(jié)合，共同工作，可是往往界面劑質(zhì)量不盡如人意，經(jīng)常起到反作用，新舊混凝土容易脫開，于是抗剪就成了問題。為了解決抗剪問題，施工圖中采用現(xiàn)場剔槽鑿毛的做法，把梁柱節(jié)點處柱的表面鑿成鋸齒形，鋸齒鑿至露出縱筋，鋸齒中間部位淺鑿毛處理，如圖7所示，同時要求施工單位精細化施工，嚴(yán)格按照圖紙施工。通過鋸齒結(jié)合，保證剪力由鋼筋和交接面混凝土共同承受，解決了抗剪問題；并且設(shè)置了柱帽增加了新舊混凝土接觸面，這些措施都有利于新舊混凝土更好的結(jié)合和共同工作。

圖7 梁柱節(jié)點開槽大樣

最后一個問題，夾層部位的柱箍筋加密問題：依據(jù)現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》需對柱端取截面高度、柱凈高1/6和500mm三者的最大值的范圍進行柱箍筋加密。夾層梁柱節(jié)點部位按照原設(shè)計處于非加密區(qū)，怎樣即對柱子產(chǎn)生盡可能少的破壞，又能進行箍筋加密呢。柱箍筋作用是為了架立縱向鋼筋；承擔(dān)剪力和扭矩；并與縱筋一起形成對芯部混凝土的圍箍約束。經(jīng)驗算，此處原箍筋承擔(dān)剪力和扭矩已經(jīng)可以滿足要求，原結(jié)構(gòu)圍箍作用已經(jīng)形成，此處僅為構(gòu)造措施，所以僅增設(shè)外圍大箍。施工方案為先剔一道豎向槽線，找到原箍筋位置，然后在兩箍筋中間有針對性的環(huán)形剔槽，增設(shè)箍筋；最大限度地減少對原柱的損傷。

3 結(jié)束語

加層改造節(jié)點處理的方案多種多樣，設(shè)計人員在掌握常規(guī)處理的基礎(chǔ)上，根據(jù)加固的基本原理，對每個工程進行具體分析處理，盡可能的考慮施工的可行性，減少對已有結(jié)構(gòu)的損傷，保證原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常工作。同時設(shè)計時需考慮加層部分對原結(jié)構(gòu)的影響，進行整體計算分析。本文對梁柱節(jié)點處理僅提供可行方案之一，還有其他可供選擇的設(shè)計方案，例如可采用圍箍鋼板，縱筋在柱處通過鋼板過渡，同時也能解決節(jié)點箍筋問題。夾層結(jié)構(gòu)按主梁大板加柱帽采用有限元分析，設(shè)計會更合理。