某结构加层改造及抗震加固设计

庞新凤

中广电广播电影电视设计研究院，北京 100045

某结构加层改造及抗震加固设计

庞新凤

中广电广播电影电视设计研究院，北京 100045

本文简要介绍了某钢筋混凝土结构房屋的改造，依据有关资料和规程，对房屋进行抗震加固设计。重点介绍结构外包钢加固技术，为以后类似工程提供借鉴。外包钢法是以角钢、钢板外包于构件表面或角部的加固方法，以达到增强原结构强度和刚度的目的。优点是受力可靠，能显著改善结构性能，对使用空间影响小，施工简便；缺点是外露钢件应进行防火、防腐处理。

外包钢法；钢缀板；角钢；抗震加固

1 工程概述

本项目为地下2层，地上7层的办公楼改造。其建筑面积3 898.51m2，位于北京西城区，已建成15年，使用正常，为框架-剪力墙结构，抗震等级为二级。柱网尺寸为6 300×7 500，柱下为人工挖孔扩底灌注桩。

2 确定结构改造方案

2.1 结构加固方案的确定

按照业主提出的改造要求，设计人员对原结构进行详细分析论证后，认为改造主要包括以下4个方面：1）将七层楼板以上部分结构全部拆除；2）地上部分剪力墙全部拆除；3）首层顶板、二层顶板和四层顶板拆除；4）在首层楼板和三层顶板之间增加一层钢筋混凝土现浇楼板，以配合相邻建筑的使用功能。采取改造加固措施后，可以满足新的使用功能，仍维持原有设计使用年限不增加。

2.2 原有结构检测

由于该办公楼建造时间比较早，当时的设计规范不能满足现有抗震规范的要求；而且原有结构材料的强度会随时间有一定程度降低，如果直接按照原有图纸材料设计等级重新进行结构抗震验算，会影响结构的安全性。

为了使结构加固更加贴近结构的实际情况，加固措施更加准确，业主委托北京市建设工程质量第五检测所有限公司对主体结构进行检测，检测项目主要包括：1）框架柱、剪力墙、框架梁、板混凝土强度检测；2）钢筋强度检测；3）基础部分检测。

经过检测，材料强度均没有问题，因此在后面的加固整体抗震计算中，均按原材料强度等级计算。

2.3 原有结构拆除

混凝土拆除采用静力拆除的方式进行，拆除前应进行可靠支撑，当工艺条件不具备时应用小工具剔凿，不允许大锤敲击，尽量减少对周围结构的震动影响，同时作好原有结构的支承，确保施工安全。

3 计算分析

根据修改后的建筑使用功能，将工程分为两个部分，其中包括原有建筑加固和改扩建的屋顶大空间预应力楼板体系。

在根据原有结构蓝图提供的数据建立计算模型基础上，采用中国建筑科学研究院的《结构平面计算机辅助设计软件》PMCAD程序，对结构进行抗震计算，给出需要补强的数值。

4 加固改造重点

原有建筑地上共七层，改造之后为地上四层，竖直方向减少三层楼面荷载，经计算，除新增楼层处框架柱配筋不足外，其他楼层框架柱基本满足抗震要求。

1）新增框架梁与框架柱连接

因原框架整齐规则，且经结构鉴定基本满足要求。在中间跨处新增框架梁钢筋贯通原框架柱，在边跨处新增框架梁钢筋与原框架柱连接采用植筋。考虑到植筋成本和施工难度，框架梁截面宽度适当加宽，对框架梁钢筋直径和间距进行合理优化，尽量选用大直径钢筋，以在满足配筋率的前提下增大钢筋间距。由于新增框架梁与原框架柱新老混凝土连接存在施工缝现象，对原框架柱进行凿毛处理，刷界面剂，并增设横向短筋，以便增加其抗剪承载力。详见图1。

图1

2）框架柱承载力补强

图2

由于原结构首层至四层间拆除两层楼板，增加一层楼板，使结构层高增加1.5倍，而且楼层位置发生变化，结构计算结构显示该层框架柱纵向纵筋和水平箍筋均不满足计算要求，须对其进行加固处理。本工程采用了外包钢法。结构中框架柱的纵向受力角钢由计算确定，计算结果减去框架柱原有钢筋后折合角钢面积，采用L125×10，柱纵向受力角钢在加固楼层范围内通长设置，中间不断开。纵向角钢上下两端采用向上下延伸一层以便形成锚固。新增楼层处框架柱须进行箍筋加密以抵抗水平剪力，所以在外包角钢之间用钢缀板连接，缀板截面采用100×3，在梁区用φ20箍筋，穿梁与角钢焊接代替。详见图2。

3）在六层顶板以上，结构墙体和框架柱全部拆除，致使顶层框架柱钢筋无法锚固，故在柱顶位置附加方形钢板，与角钢互焊，柱纵向受力钢筋弯折与钢板，角钢互焊，起到锚固作用。详见图3。

图3

4）剪力墙处理

由于原混凝土墙体顶部有暗梁，所以加固方案采用墙体拆除后保留原暗梁并对其进行加固，达到框架梁承载力要求。对暗梁底部采用加大截面法，增设纵向受力钢筋，在梁顶采用粘钢加固措施。

5 结论

1）在已有建筑改造过程中，由于建筑使用功能的改变和新旧规范要求的不同，使得原有结构的承载能力和抗震措施等许多方面有可能存在不足需要加固。在加固设计中，须根据具体要求，采取不同的加固方法；

2）外包钢法可有效地加固钢筋混凝土结构，使其承载力提高、受力性能改善，延缓裂缝的开展和提高混凝土的抗压强度，加强了强柱弱梁的设计理念。节点经粘钢加固后，破坏形式基本上不会发上核心区剪切脆性破坏，而是粱端塑性铰延性破坏，耗能能力和延性都得到显著改善，抗震性能明显优与加固前的节点，破坏时节点达到足够的延性，能够保证其在使用期内的安全。经加固后，框架柱的抗弯承载力，抗剪承载力，竖向承载力均满足建筑抗震要求。

[1]中国建筑科学研究院结构所主编的.混凝土结构加固改造构造图.

[2]中国建筑标准设计研究院主编的.建筑结构加固施工图设计表示方法.

[3]杨雪,任小艳.粘钢加固钢筋混凝土框架中节点抗震性能分析.

[4]中国建筑工业出版社出版的.混凝土结构加固设计规范（GB50367-2006）.

TU352.1

A

1674-6708（2011）51-0128-02

庞新凤，工程师，国家一级注册结构师