淺談某教學(xué)樓工程加固加層改造設(shè)計

關(guān)鍵詞:建筑工程；加固改造；設(shè)計 

1 工程概況 

某教學(xué)樓工程位廣東東莞,建于2000年,為現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu),無地下室,地上3層,層高分別為4.5、3.9、3.9m,總建筑面積2300m2,上人屋面。建筑物基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ),埋置深度2m,落至粉質(zhì)粘土層,承載力特征值為190kn/m2。由于使用功能的改變,要求在原結(jié)構(gòu)上加蓋2層作為學(xué)生活動中心與舞蹈教室,2009年對該食堂進(jìn)行加固改造與加層設(shè)計,加層部分層高為3.9m。 

2 原結(jié)構(gòu)安全驗算及加層方案選取 

2.1 沉降觀測與地基承載力驗算 

該建筑物地基比較均勻,經(jīng)沉降觀測點觀測到的沉降數(shù)據(jù)和竣工時的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)變化不大,地基已趨于穩(wěn)定,未發(fā)現(xiàn)不均勻沉降的情況。 

工程竣工至今9年時間,粉質(zhì)黏土地基趨于密實,其地耐力按有關(guān)資料能提高20%～30%,但由于加設(shè)兩層后,經(jīng)驗算,部分基礎(chǔ)的地基承載力仍有不足,需要采取加固措施。 

2.2 構(gòu)件承載力驗算 

對原結(jié)構(gòu)用satwe有限元軟件進(jìn)行抗震整體計算分析,并結(jié)合構(gòu)造進(jìn)行綜合評價,對結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、梁、柱、板等構(gòu)件進(jìn)行驗算,發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)有如下特點: 

1)梁、板承載力較為富余,加層對其影響相對較小。 

2)a,b軸線上各柱軸壓比較小,有加荷的潛力,框架柱b2～b4、c2～c5軸壓比較大,若加荷,軸壓比很可能超限。 

3)a,b軸線上各柱下獨立基礎(chǔ)的設(shè)計富余量很大,b2～b4、c2～c5柱下獨立基礎(chǔ)設(shè)計富余量相對較小。 

4)結(jié)構(gòu)不能直接進(jìn)行加層,必須對舊結(jié)構(gòu)先加固后方能加層。 

2.3 加層方案選取 

按照經(jīng)濟(jì)、安全、適用的原則,在加層設(shè)計中應(yīng)有效利用原結(jié)構(gòu)的設(shè)計的富余量,充分發(fā)揮原有構(gòu)件的潛力。經(jīng)過綜合分析采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為加層部分的結(jié)構(gòu)形式,其優(yōu)點為能與原結(jié)構(gòu)相同并很好地進(jìn)行連接,造價低,更加符合學(xué)生食堂的使用要求。 

3 加固設(shè)計方法 

3.1 框架柱的加固設(shè)計 

框架柱b2～b4、c2～c5,設(shè)計富余量比較小,加層后軸壓比超限,在7度多遇地震下抗震能力不足,需要進(jìn)行加固處理。由于食堂空間比較大,無空間限制,故選擇采用”增大柱截面加固法”來進(jìn)行加固處理。經(jīng)計算需對1～3層的框架柱b2～b4、c2～c5進(jìn)行加固處理�，F(xiàn)以c2柱的設(shè)計加固方法作詳細(xì)介紹。 

首先在原鋼筋混凝土柱的外圍增加主筋和箍筋,再澆注混凝土,使原柱尺寸增加至600mm×600mm,經(jīng)過加固后的c2柱剖面圖如圖1所示。運用satwe軟件對加層前后結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬,得底層c2柱各內(nèi)力參數(shù)如表1所示。 

 

由表1看出,經(jīng)過加固加層后,框架柱的各項指標(biāo)均達(dá)到規(guī)范要求,柱的受壓、受彎、受剪承載力以及剛度得到全面提高。 

使用該加固方法經(jīng)濟(jì)可靠、簡便易行,達(dá)到了預(yù)期的要求。施工過程中,采用增大柱截面法對柱進(jìn)行加固應(yīng)注意以下要點: 

1)為保證新舊混凝土充分結(jié)合,需在結(jié)合面上開鑿出6mm左右的凹凸槽并將表面清洗干凈,再在上面刷一層純水泥。 

2)新增的縱向鋼筋也需按照規(guī)范要求進(jìn)行錨固,以保證其有效傳力。 

3)梁柱交接處加入箍筋鉆孔時可能對原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,故應(yīng)按照等體積配箍率的原則將其換算成粗而稀的鋼筋。 

3.2 柱下獨立基礎(chǔ)加固 

結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆混凝土獨立基礎(chǔ),經(jīng)驗算,加層后框架柱b2～b4、c2～c5柱下獨立基礎(chǔ)抗彎剪能力略有不足,其余基礎(chǔ)則能滿足規(guī)范要求。地基土質(zhì)較弱,加層后,地基的承載能力不夠,需對框架柱b2～b4、c2～c5柱下獨立基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展以減小地基承受的作用力,經(jīng)研究決定采用植筋加固補(bǔ)強(qiáng)法加大基礎(chǔ)截面進(jìn)行改造加固。加固c2柱下獨立基礎(chǔ)如圖2所示。 

 

可以看出,采用植筋加固擴(kuò)大基礎(chǔ)截面面積的方法一定程度上減少了基底壓力,且對原結(jié)構(gòu)無損傷,經(jīng)濟(jì)效益與社會效益顯著,達(dá)到了預(yù)先的加固目的。 

施工過程中,采用植筋加固補(bǔ)強(qiáng)法應(yīng)注意以下要點: 

1)按規(guī)范要求對鋼筋進(jìn)行錨固,錨固前應(yīng)進(jìn)行清孔,以保證達(dá)到設(shè)計的粘結(jié)強(qiáng)度。 

2)鉆孔前要用儀器對原結(jié)構(gòu)中的鋼筋位置進(jìn)行測定,以免鉆孔造成對原結(jié)構(gòu)的損壞。 

3)植筋施工完畢后需進(jìn)行拉拔試驗,檢驗其抗拔力是否達(dá)到設(shè)計要求。 

3.3 其他部分改造加固措施 

1)減輕上部加層結(jié)構(gòu)重量,采取以輕質(zhì)保溫材料陶粒土空心磚作為填充墻材料的措施。 

2)減輕下部結(jié)構(gòu)的重量,采取加大原結(jié)構(gòu)門窗開洞面積的方法。 

3)加強(qiáng)新舊結(jié)構(gòu)交接處連接的可靠度。 

4)梁、板承載力有富余無需特別加固,只需剔除原結(jié)構(gòu)屋面防水層。 

3.4 新舊結(jié)構(gòu)連接處做法 

由于原柱沒有足夠長的鋼筋來進(jìn)行焊接,經(jīng)研究決定在原屋面上加做一條500mm×500mm的圈梁,把原結(jié)構(gòu)屋面梁鑿開,將其與圈梁鋼筋進(jìn)行焊接,再將加層柱鋼筋及圈梁鋼筋與下層柱深入梁內(nèi)的鋼筋進(jìn)行焊接。這樣大圈梁就形成一道箍,也形成了一個支座將上下層柱進(jìn)行有效連接,如圖3所示。這樣很大成程度上提高了結(jié)構(gòu)的整體性,使新舊結(jié)構(gòu)的連接更為緊密。 

4 結(jié)構(gòu)位移復(fù)核 

由于建筑物高度增加了7.8m,上部荷載也相應(yīng)增大很多,為了確保其安全性,需對結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移進(jìn)行復(fù)核。由于新舊結(jié)構(gòu)之間的連接牢靠,可不考慮連接處對整體結(jié)構(gòu)的影響。用satwe進(jìn)行模擬,得出加固加層前后結(jié)構(gòu)沿y方向的位移與位移角的值。 

可以看出,結(jié)構(gòu)雖然加高2層,但經(jīng)加固后,y方向頂層位移值為17.2mm,最大位移角為1/812,滿足gb50011-2001《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 (2008版)彈性層間位移角及位移限制要求,加固后的部分樓層比原結(jié)構(gòu)的安全性有所提高,加固方案起到了很好的效果。 

5 結(jié)束語 

在本工程中, 采用增大柱截面法加固全面提高框架柱的各項性能,施工易行,經(jīng)濟(jì)可靠，該方法起到了很好的效果,通過植筋加固擴(kuò)大基礎(chǔ)截面的方法有效提高基礎(chǔ)的抗彎剪能力,減少基底壓力,對原結(jié)構(gòu)無損傷,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。 

參考文獻(xiàn) 

[1] 葉增平，某教學(xué)樓加層改造前的鑒定與加固設(shè)計[j]工程抗震與加固改造，2008.05