某辦公樓磚混建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

關(guān)鍵詞：辦公樓；磚混結(jié)構(gòu)；加固設(shè)計；設(shè)計方法 

　　某辦公樓于1963年建成,該建筑由中部6層、東西兩側(cè)4層(局部5層,以下簡稱4層部分)、北側(cè)3層階梯辦公室及東西兩翼的實驗室和閱覽室組成,東西兩側(cè)2層部分設(shè)有地下室。各部分由變形縫分為獨立的結(jié)構(gòu)單元,6層部分建筑總高度24.70m,4層部為16.10m,總建筑面積約23000m2,全部為磚混結(jié)構(gòu)。樓、屋蓋體系-中廳部分、階梯部分為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu);其余部分均為預制梁、槽板結(jié)構(gòu),無圈梁�；�礎(chǔ)為漿砌毛石條基,持力層為強風化板巖。該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計基本地震加速度為0.1g,設(shè)計地震分組為第1組;基本風壓值為0.65kN/m2;場地類別為Ⅰ類。 

　　2．結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及加固原則 

　　2.1．結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、檢測情況。加固前檢測單位對主樓進行了檢測。經(jīng)檢測,紅磚強度等級達到MU10,但經(jīng)近50年的使用,砂漿強度嚴重退化,強度等級為1.0～3.5MPa,大幅度地低于原設(shè)計的50#～100#混合砂漿的強度值�？v橫墻砌筑咬槎良好。設(shè)計人員現(xiàn)場查勘發(fā)現(xiàn),有部分承重窗間墻幾何尺寸與原設(shè)計不符,且相差很大,因此對所有承重墻的幾何尺寸進行了現(xiàn)場測量。辦公部分梁板未發(fā)現(xiàn)受力裂縫,階梯教室梁、板混凝土強度等級均在C15左右。 

　　抗震橫墻最大間距15m(4層部分),房屋總高度24.7m(6層部分),無圈梁,不符合GB50023-2009《建筑抗震鑒定標準》的要求;抗震橫墻間距亦不符合第一級鑒定要求的限值。檢測結(jié)論為應(yīng)采取加固補強措施。 

　　2.2．加固原則及范圍 

　　在業(yè)主要求下,辦公樓完全保持既有的建筑風格,對主樓的承載力和抗震能力進行補強加固、內(nèi)部升級改造,外飾面盡量不破壞,以保持一致的外觀效果;加固后續(xù)設(shè)計使用年限為30年。加固分兩期進行,現(xiàn)階段只對辦公部分和階梯教室進行補強加固。 

　　3．加固方案的選擇 

　　3.1．承載力及抗震驗算。在確定加固方案之前,以檢測結(jié)果作為基本依據(jù),對原墻體承載力及抗震進行了計算分析。 

　　(1)承載力驗算:對所有承重墻體進行的抗壓驗算結(jié)果表明,兩側(cè)4層部分滿足承載力要求;中部6層部分的窗間墻、內(nèi)縱墻和中廳橫墻以及階梯教室的承重外墻均不滿足承載力要求,最不利墻段的計算承載力僅達到設(shè)計要求的50%～60%。(2)抗震驗算:在7度區(qū),如以后續(xù)設(shè)計使用年限30年為標準,運用地震危險性分析的研究成果,地震作用取重現(xiàn)期30年,按相應(yīng)可接受超越概率為10%確定設(shè)防烈度,并采取相應(yīng)的抗震措施,加固后的結(jié)構(gòu)在后續(xù)使用年限內(nèi),其抗震設(shè)防安全可靠性可達到新建工程要求的概率水準。經(jīng)計算,設(shè)防烈度約為6.7度,設(shè)計基本地震加速度為0.08g,相應(yīng)多遇地震的影響系數(shù)最大值αmax=0.064,地震作用相當于7度(0.1g)時的80%�？拐饦�(gòu)造可執(zhí)行GB 50023-2009《建筑抗震鑒定標準》的相關(guān)規(guī)定。 

　　按上述原則,經(jīng)驗算4層部分滿足抗震驗算要求(最不利部位為所需承載力的1.1倍),6層部分和階梯教室墻體不滿足抗震驗算要求。 

　　3.2．加固方案比選 

　　根據(jù)抗壓承載力和抗震驗算結(jié)果,6層部分和階梯教室墻體應(yīng)進行全面補強加固;階梯辦公室大梁混凝土強度較低應(yīng)進行加固;4層部分,只需按抗震構(gòu)造要求進行加固。對于墻體抗壓承載力不足,一般可采取面層加固或板墻加固法�？紤]到主樓6層部分、階梯辦公室原砌體的砂漿強度較低,砌體抗壓承載力嚴重不足,采取板墻加固法進行補強比較適合,并在每層樓板下縱橫墻的加固板墻內(nèi)設(shè)4<10水平筋加穿墻箍筋加強帶,作為該位置上的圈梁。 

　　對階梯辦公室大梁采用外粘鋼加固法,以滿足承載力要求。 

　　4層部分,主要是針對剛性體系要求的抗震橫墻最大間距和圈梁設(shè)置不符合鑒定標準的要求的情況,加固設(shè)計應(yīng)增設(shè)抗震橫墻和圈梁。增設(shè)抗震橫墻,一般可采用設(shè)置基礎(chǔ)的磚砌體墻或鋼筋混凝土墻,只要與原墻體進行可靠的錨拉即可。但主樓在該位置設(shè)有局部地下室,有一道橫墻至地下室頂板,底板置于毛石基礎(chǔ)上。經(jīng)復核,原基礎(chǔ)僅考慮了地下室底板和頂板的荷載,故不能承受新增抗震墻及樓面荷載重分布后所分擔的荷載,需對基礎(chǔ)進行加固。但這樣做將破壞底板,并很難解決防水問題,極易造成隱患。另外,施工期間還要進行降水,既不安全,也不經(jīng)濟。因此不宜采用增設(shè)實體抗震墻的方案�？紤]到地下室基礎(chǔ)及底板雖不能再承受豎向荷載,卻能很好地傳遞地震作用下的水平剪力。經(jīng)研究,采用了以鋼支撐替代抗震橫墻的方案,通過支撐將水平地震作用傳至基礎(chǔ)。增設(shè)圈梁,目前通常作法是在外墻上外貼鋼筋混凝圈梁或型鋼,內(nèi)橫墻采用鋼拉桿與圈梁拉結(jié),圈梁斷面常采用180mm×240mm。但業(yè)主要求加固不能改變主樓的既有風格,這樣,外貼圈梁的方案顯然不可行。經(jīng)反復研究,采取了將鋼筋混凝土圈梁一分為二并置入墻體內(nèi)外兩側(cè)的"嵌入式組合圈梁"方案,保證了原建筑立面不受影響。 

　　4．加固設(shè)計 

　　4.1．板墻加固設(shè)計。6層部分、階梯辦公室采用C20噴射混凝土板墻,內(nèi)配<8@200雙向鋼筋網(wǎng),外墻內(nèi)側(cè)單面噴射80mm厚混凝土,內(nèi)墻雙面噴射60mm厚混凝土,詳見圖1。經(jīng)驗算,加固后均滿足承載力和抗震的要求。 

　　4.2．嵌入式組合圈梁及拉結(jié)設(shè)計 

　　對無圈梁的4層部分,每層外墻設(shè)嵌入式組合圈梁,詳見圖2,組合圈梁每隔開間用鋼拉桿拉結(jié)或與進深梁錨拉。單側(cè)走廊整體性差,是抗震的薄弱部位,該部位采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆拉梁(300mm×180mm)將外墻與內(nèi)橫墻拉桿或進深梁拉結(jié)的方式予以加強,使每層形成封閉的環(huán)箍體系,拉梁采用C20混凝土澆筑。 

　　圖2嵌入式組合圈梁 

　　4.3．鋼支撐設(shè)計 

　　在原15m間距的內(nèi)橫墻間增設(shè)一道鋼支撐,鋼支撐設(shè)計應(yīng)滿足作為剛性計算方案房屋橫墻的剛度要求,根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2001),鋼支撐在風荷載和地震作用情況下,其最大位移值應(yīng)滿足:Umax≤H /4000(H為房屋總高度),以此為控制條件對鋼支撐進行設(shè)計,詳見圖3,并進行了"中震"不屈服驗算(地震參數(shù)參照有關(guān)文獻)。 

　　4.4．階梯教室混凝土梁加固 

　　階梯教室鋼筋混凝土大梁,采用梁底及支座粘鋼加固的方法,以滿足抗彎承載力要求;梁端設(shè)鋼板箍加錨栓解決抗剪問題,同時可使端部混凝土處于多向約束狀態(tài),改善其受力性能,詳見圖4。 

　　圖4階梯辦公室梁加固詳圖 

　　4.5．施工要求 

　　嵌入式組合圈梁在施工時會削弱墻體,應(yīng)采取分段、分面漸近式施工方式,必要時應(yīng)采取支撐措施,以保證施工期間的安全。凹槽可采用機械切割方式形成,采用噴射混凝土施工。鋼支撐應(yīng)與原墻體及進深梁結(jié)合緊密、連結(jié)可靠,以保證有效地傳遞水平力,達到抗震墻的效果。 

　　結(jié)語 

　　(1)對于建造年代較早的老建筑,由于使用時間較長、技術(shù)資料不全,不應(yīng)只對材料強度、整體及構(gòu)件外觀表征進行檢測,設(shè)計人員還應(yīng)對重要承重構(gòu)件的幾何尺寸進行現(xiàn)場勘測。以便全面、準確地反映結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀。 

　　(2)根據(jù)加固后的預期設(shè)計使用年限,合理確定抗震設(shè)防目標及地震作用基本參數(shù),并按相應(yīng)的標準采取抗震措施,在后續(xù)使用年限內(nèi)其抗震設(shè)防安全可靠性可達到新建工程要求的安全保證概率,加固的成本相對經(jīng)濟。 

　　(3)對磚混結(jié)構(gòu)抗震加固時采用"嵌入式組合圈梁"可滿足此類建筑的特殊要求,且效果明顯。增設(shè)抗震橫墻若受條件限制時,可采用符合剛性計算方案要求的其他構(gòu)件替代,并加強連結(jié),也可取得與實體墻同樣的效果。 

　　該建筑目前使用情況表明,通過采取本文所述的設(shè)計方法對其進行全面、系統(tǒng)的加固補強,達到了提高承載力水平、改善抗震性能和內(nèi)部升級改造的目的,使這座老建筑得以重新恢復甚至超越其往日的風采。 

　　參考文獻 

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