馬瑞斌

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030001)

某綜合辦公樓加層加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

馬瑞斌

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院，山西太原 030001)

以某綜合辦公樓為例，根據(jù)結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)原則，對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的加層加固改造設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究，并分析了基礎(chǔ)加固、框架柱加固、梁板加固、剪力墻加固等加固方法的特點(diǎn)及具體構(gòu)造要求，以達(dá)到良好的加固效果。

加層加固，植筋，外粘鋼，外粘碳纖維布

1 工程概況

該工程為某企業(yè)辦公大樓，于2011年6月設(shè)計(jì)完成，原設(shè)計(jì)為地上8層，地下1層，總建筑面積為8 080m2，建筑高度為29.85m。地下部分主要以設(shè)備用房為主，地上部分主要以辦公、會(huì)議為主。設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為梁板式滿堂紅基礎(chǔ)，樓(屋)面為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。

2013年，由于企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，原有辦公大樓的辦公面積無(wú)法滿足現(xiàn)在企業(yè)的使用要求。根據(jù)甲方要求在原辦公樓頂增標(biāo)準(zhǔn)辦公樓層(約1加2層800 m2)，以滿足企業(yè)人員的辦公需求。

2 設(shè)計(jì)原則

1)加固設(shè)計(jì)要對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，了解原結(jié)構(gòu)的受力形式，以確定設(shè)計(jì)時(shí)的力學(xué)計(jì)算方向。結(jié)構(gòu)加固時(shí)的力學(xué)計(jì)算通常對(duì)于單一桿件進(jìn)行，而且通常是基于強(qiáng)度要求進(jìn)行加固的，所以運(yùn)用材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行分析與計(jì)算是加固設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)力學(xué)計(jì)算，可以明確原結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)所在，進(jìn)而確定設(shè)計(jì)的思路，選定加固方法。

2)對(duì)加層以后的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，明確所加部分對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響程度，以確定在現(xiàn)有的加固方法下，原結(jié)構(gòu)是否能滿足加層后的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。因?yàn)闊o(wú)論哪種加固方法對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的提高都是有限的，所以加層后的原結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度差值必須是在現(xiàn)有的加固方法的可提高范圍之內(nèi)。

3)在加固過(guò)程中會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，所以加固方法的選用應(yīng)在盡可能少破壞原有結(jié)構(gòu)的原則下進(jìn)行。

3 設(shè)計(jì)思路

1)在滿足使用功能的前提下，盡量減輕上部新加層的荷載。將荷載較大的房間放到底層，上部新加層則以荷載較小的辦公、會(huì)議為主;另外，減小新加混凝土構(gòu)件的斷面，內(nèi)部采用輕質(zhì)隔墻板進(jìn)行房間分割。同時(shí)，盡可能保持上下柱網(wǎng)尺寸不變，使平面布置更加靈活。

2)經(jīng)計(jì)算分析，增加2層后，地震力對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響明顯增大。為了減小地震力對(duì)原框架的不利影響，可在結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)奈恢迷黾右恍┘袅?，使結(jié)構(gòu)體系由原來(lái)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)改為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。這樣可以有效的減少原框架所承擔(dān)的地震力，使整體結(jié)構(gòu)的地震周期、位移等重要指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

3)地基和基礎(chǔ)的問(wèn)題:本工程采用天然地基，基礎(chǔ)落于卵石層上，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告該層卵石的地基承載力特征值為300 kPa，滿足加層后的地基承載力要求。且經(jīng)過(guò)兩年的使用及地基的壓密效應(yīng)，地基承載力可提高20%左右，有一點(diǎn)的安全度。所以本工程地基可不做加固處理，只需對(duì)基礎(chǔ)梁板進(jìn)行強(qiáng)度加固。

4 加固方法

1)基礎(chǔ)加固:該工程采用鋼筋混凝土梁板式滿堂紅基礎(chǔ)，基礎(chǔ)梁斷面為500×1 000，筏板厚度為600 mm。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)梁截面的驗(yàn)算，基礎(chǔ)梁斜截面抗剪承載力滿足設(shè)計(jì)要求，正截面抗彎承載力存在不足:a.基礎(chǔ)梁上部跨中彎矩較大，原配筋不能滿足要求，可在基礎(chǔ)梁頂部?jī)山峭獍麹100×10角鋼，兩角鋼之間采用-40× 4的綴板連接，并用d12的膨脹螺栓固定角鋼，角鋼與基礎(chǔ)梁采用結(jié)構(gòu)膠粘牢;b.基礎(chǔ)梁底部負(fù)彎矩較大，原配負(fù)筋不能滿足要求，由于在基礎(chǔ)梁底部采取加固措施難度較大，可在梁頂支座負(fù)彎矩處加250×1 000的混凝土斜向腋角，以增加梁底負(fù)彎矩承載力。

2)框架柱加固:框架柱在整個(gè)結(jié)構(gòu)中承擔(dān)大部分的豎向荷載和水平地震荷載，本工程框架柱在4層以下斷面為700×700，4層以上斷面為600×600。通過(guò)加層后的結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，框架柱承載力不足主要有兩種情況:a.在較大的豎向荷載作用下，混凝土抗壓承載力不足，柱子軸壓比超過(guò)規(guī)范限值，可采用增大柱截面的方法進(jìn)行加固，在原框架柱四周澆筑一層混凝土外殼，并在這層混凝土外殼內(nèi)配置計(jì)算所需的鋼筋，這種方法不僅可以提高柱子的抗壓承載力，還可以提高柱子的抗彎剛度;b.框架柱抗壓承載力滿足要求，而抗彎承載力不足，可以采用外包角鋼的方法進(jìn)行加固，在框架柱四角包角鋼，并在橫向用綴板連接成整體，角鋼與混凝土柱之間用結(jié)構(gòu)膠充分粘結(jié)，這種方法對(duì)構(gòu)件的截面尺寸增加不多，但混凝土柱的承載力可以有較大的提高。

3)梁板加固:梁是框架結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，且數(shù)量較多。本工程中梁承載力不足主要是由于加層后地震力增大，造成部分框架梁彎矩增大，配筋不足;還有一些是因?yàn)榉块g功能改變，荷載增大造成的配筋不足。針對(duì)以上問(wèn)題，可采取兩種方法進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng): a.粘鋼板加固，用結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼于梁的上下受力表面，以補(bǔ)充梁的鋼筋量不足，達(dá)到提高梁受彎承載力的目的，并用d10的錨栓進(jìn)行附加錨固;b.粘碳纖維布加固，用結(jié)構(gòu)膠將碳纖維布粘貼于梁的上下受力表面，以補(bǔ)充梁的鋼筋量不足，達(dá)到提高梁受彎承載力的目的，并用“壓結(jié)鋼片+射釘”進(jìn)行附加錨固，碳纖維布可根據(jù)計(jì)算粘1層～2層。一般來(lái)說(shuō)樓板加固比較容易，且受地震力的影響較小，可采用粘碳纖維布的方法進(jìn)行加固，用結(jié)構(gòu)膠將200 mm寬碳纖維布在需加固樓板的雙面雙向粘貼，間距根據(jù)計(jì)算確定。為了提高碳纖維布的耐久性，所有碳纖維布均采用“壓結(jié)鋼片+射釘”進(jìn)行附加錨固。

4)剪力墻加固:本工程剪力墻為新加構(gòu)件，以分擔(dān)框架所承受的水平地震力。新加剪力墻與原有構(gòu)件的連接處，鋼筋采用植筋錨固。

5 加固構(gòu)造要求

1)新舊混凝土的連接。

新澆混凝土強(qiáng)度應(yīng)比原構(gòu)件設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度提高一級(jí);為了增加新舊混凝土間的結(jié)合能力，原構(gòu)件結(jié)合面應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理，鑿去一切風(fēng)化疏松層、碳化銹裂層及嚴(yán)重油污層，直至完全露出堅(jiān)實(shí)的基層為止，并在此基礎(chǔ)上鑿毛，使表面凸凹差不小于4 mm，然后用水沖洗干凈;混凝土澆筑前，原混凝土表面應(yīng)涂刷界面結(jié)合劑一道，隨涂隨澆。

2)植鋼筋。

鋼筋植入前應(yīng)除銹，錨孔應(yīng)采用鉆孔成形，不得用手鑿，孔內(nèi)應(yīng)采用壓縮空氣吹凈并用水沖洗，植筋用膠粘劑應(yīng)飽滿并使鋼筋有可靠的錨固;植筋用的膠粘劑必須采用改性環(huán)氧類(lèi)或改性乙烯基脂類(lèi)的膠粘劑;植筋時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和圖紙要求放線，利用鋼筋定位儀測(cè)試鋼筋位置，確定植筋的位置;采用植筋錨固時(shí)，其錨固部位的原構(gòu)件混凝土不得有局部缺陷，若有局部缺陷，應(yīng)先進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或加固處理后再植筋;當(dāng)植筋的直徑大于20mm時(shí)，應(yīng)采用A級(jí)膠;鋼筋植入孔內(nèi)，建議孔徑見(jiàn)表1。

表1 孔徑參數(shù)表 mm

3)外粘鋼。

用磨光機(jī)打磨原構(gòu)件混凝土粘合面，除去2mm～3mm表面，直至露出混凝土新面，然后用空氣泵吹除粉粒，表面應(yīng)清洗干凈，并將原構(gòu)件截面的棱角打磨成半徑不小于7 mm的圓角;采用外粘鋼加固混凝土構(gòu)件時(shí)，應(yīng)采用改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑進(jìn)行充分灌注，并用夾具將鋼板或型鋼夾緊;外粘型鋼的注膠應(yīng)在型鋼構(gòu)架焊接完成后進(jìn)行。

4)外粘碳纖維布。

碳纖維布粘貼前應(yīng)清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并用修復(fù)材料表面修復(fù)平整;加固所選用的碳纖維布均為高強(qiáng)度Ⅰ級(jí)碳纖維布，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于3 400 MPa;在受彎加固時(shí)，應(yīng)使碳纖維布的纖維方向與被加固構(gòu)件軸線方向一致;在受剪加固時(shí)，應(yīng)使碳纖維布的纖維方向與被加固構(gòu)件軸線方向垂直;粘結(jié)碳纖維布的膠粘劑必須是專(zhuān)門(mén)配制的改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑及表面防護(hù)材料;其粘貼部位混凝土含水率不應(yīng)大于4%。

5)需加固的混凝土結(jié)構(gòu)。

其長(zhǎng)期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃;必須先進(jìn)行加固施工，等加固施工全部結(jié)束構(gòu)件達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行上部加層部分施工;構(gòu)件在加固過(guò)程中不得在其上部加任何荷載;加固過(guò)程中不得破壞加固范圍以外的結(jié)構(gòu);植筋鉆孔時(shí)不得破壞原構(gòu)件中的鋼筋;對(duì)使用膠粘方法加固后的構(gòu)件，應(yīng)定期檢查其工作狀態(tài)，檢查的時(shí)間間隔不應(yīng)遲于10年。

6 結(jié)語(yǔ)

以上是本人對(duì)工程加固技術(shù)的一些認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)心得。該工程現(xiàn)已全部完工，并投入使用，效果良好?，F(xiàn)代社會(huì)飛速發(fā)展，技改工程、提標(biāo)項(xiàng)目越來(lái)越多，加固技術(shù)必將在工程設(shè)計(jì)中得到更加廣泛的應(yīng)用。

［1］ GB 50367—2006，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ CECS 146∶2003，碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］ 06SG311—1，混凝土結(jié)構(gòu)加固構(gòu)造［S］.

The strengthening and extending structure design scheme of a com prehensive office building

Ma Ruibin

(Coal Industry Taiyuan Design and Research Institute，Taiyuan 030001，China)

Taking a comprehensive office building as an example，according to the structure reinforcement design principle，this paper researched the strengthening and extending reconstruction design scheme of reinforced concrete frame structure，and analyzed the characteristics and specific construction requirements of foundation reinforcement，frame column reinforcement，beam and slab reinforcement，shear wall reinforcement and other reinforcementmethods，in order to achieve good reinforcement effect.

strengthening and extending，reinforced bars，sticking steel，sticking carbon fiber cloth

TU318

A

1009-6825(2015)29-0040-02

2015-08-06

馬瑞斌(1979-)，男，工程師