普通地下室主体结构加固改造方法分析

陈斌，诸宏博

（1.绍兴市人防工程质量监督管理站，浙江 绍兴 312000；2.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012）

0 引 言

普通地下室一般具有较厚的桩基承台底板、顶板和侧墙，部分高层建筑地下室还有粗大的梁柱和较厚的剪力墙体系，对战时冲击波和核辐射有较大的潜在防护能力。在战时对普通地下室尤其是高层建筑中满足人防规范顶板构造要求的普通地下室进行主体结构加固改造，实现平战功能转换后，可成为战时临时性物资掩蔽所或者为人员相对集中区域提供大量的临时性人员掩蔽场所。

1 普通地下室主体结构加固改造方法

临战时，普通地下室顶板直接承受冲击波超压，虽然冲击波在经过上部结构后会减弱一些，但顶板承受的等效静荷载标准值为60kN/m2（核6级；顶板覆土厚度≤0.5m）[1]，而普通地下室顶板设计荷载值比其小得多，因此顶板是普通地下室相对薄弱的一个环节，特别是当地下室柱间距较大时。

对于满足人防规范顶板构造要求（顶板厚度≥200mm）的普通地下室，可常用的加固方案有以下几种[2]：

①增大现有结构承载力，如增大截面加固法、碳纤维包裹法、外部粘钢加固法、外包钢加固法等，对于柱间距不大的普通地下室可采用这类方法可提高承载力；

②增设支撑构件，对于柱间距较大的普通地下室可采用这类方法可提高承载力，并有效降低跨中截面弯矩。

1.1 增大现有结构承载力方法

图1 某普通地下室柱网图

常用方法有：增大截面加固法、外包钢加固法、外部粘钢加固法和碳纤维包裹加固法等。其中碳纤维加固法是指配套用胶将碳纤维布粘贴于混凝土构件表面的补强方法，是新型的结构加固技术。目前国内外己广泛应用于桥梁、建（构）筑物、隧道、涵洞及其他各种混凝土结构的加固补强工程中。

1.2 增设支撑构件方法

人防工程的加固因工程建成后使用空间受到限制，改变结构受力体系是主要的转换方法。改变结构的受力体系，需增加相应的支撑结构构件，包括在梁板的中间部位增设支点、增设托梁（架）等方法。改变结构的受力体系能大幅度地降低计算弯矩，提高结构构件的承载力，进而提高整个结构的承载力，达到加强原结构的目的。

柱是常用支撑构件，后加柱类型一般为：钢柱、钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱和钢管柱。

2 普通地下室主体结构加固改造实例分析

某普通地下室，建筑面积约5000m2，平时为地下车库，柱距8400mm，层高4m，顶板厚度250mm，顶板平时荷载10kN/m2，战时荷载60kN/m2，采用C40混凝土，HRB335钢筋。具体柱网布置与梁配筋详见图1。

现要求对其进行加固改造，以满足战时荷载的需要。本例采用增设钢筋混凝土柱和采用碳纤维布包裹两种方法进行加固改造。

2.1 增设钢筋混凝土柱法

暂定在跨中增设200mm×200mm混凝土柱，则跨度调整为4.2m。

2.1.1 荷载计算[3]

梁所受线荷载设计值

q=60×1/2×4.2=126kN/m

2.1.2 内力计算

按等跨连续梁考虑塑性内力重分布，则

计算跨度l0=4.2-0.2-0.1=3.9m

M中=1/16ql02=119.78kN·m

V=0.55ql0=270.27kN

柱轴力N=ql0=491.4kN

2.1.3 截面强度验算

b=350m m；h0=665mm；fc=19.1N/mm2；fy=300N/mm2

材料强度调整系数：混凝土为1.5；HRB335钢筋为1.35。

斜截面受剪承载力

V=0.07fcdbh0=466.8kN>V

由上可得，采取在不改变平时荷载作用下截面及其配筋，只改变梁跨度并增设支撑柱的方法，即可满足战时荷载下的防护要求。

2.2 碳纤维布包裹法

采用等级为FTS-C1-20级别碳纤维布进行包裹加固，其抗拉强度ff=3550N/mm2，厚度t=0.111mm，材料强度调整系数：混凝土为1.5；HRB335钢筋为1.35。

2.2.1 荷载计算

梁所受线荷载设计值：

q=60×4.2=352kN/m

2.2.2 内力计算

按等跨连续梁考虑塑性内力重分布，则

计算跨度

l0=8.4-0.2-0.1=8.1m

M中=1/16ql02=1033.36kN·m

2.2.3 计算所需碳纤维布量

不加固时混凝土梁承载力

采用碳纤维布进行加固，设碳纤维布截面面积为Af，按弯矩等效原则折算成钢筋时相对应的面积为Af，则

由上可得，采取在不改变平时荷载作用下截面及其配筋，包裹碳纤维布截面面积为219.5mm2，即可满足战时荷载下的防护要求。

2.3 两种加固改造方法比较分析

表1对于增设钢筋混凝土柱法和碳纤维布包裹法进行了比较分析。

两种加固方法比较分析 表1

碳纤维布包裹加固方法优点突出，工序简便、高强高效、耐高温、耐腐蚀、耐久性好、适应面广、施工质量易于保证，加固周期短，施工工效高，与增设钢筋混凝土柱法相比，可节约一半左右施工时间，并降低1/3左右施工费用，且对于地下室停车位无影响，若采用增设钢筋混凝土柱法则对停车位数量有明显影响，会导致停车位减少1/4左右。

高技术战争条件下，人防工程易遭摧毁，需快速修复。碳纤维加固法的诸多特点能较好满足高技术战争条件下对人防工程进行快速加固的需求，能在一定程度上快速恢复和提高结构的抗力等级，使结构满足承受一定的二次打击要求，是对普通地下室主体结构进行加固改造的重要方法之一。

3 结 语

①对于顶板厚度满足规范构造要求的普通地下室进行加固改造后，使其作为战时物资和人员临时性掩蔽场所的方法是切实可行的，且较为快捷、方便。但由于防空地下室战时对于临空墙和底板等部位荷载要求较高，将普通地下室改造为标准人防工程难度较大且难以完成。

②临时性加固改造可选方法较多，对于采取何种加固方式需根据实际情况选用，以做到时效性与经济性的统一，一般情况下建议采用碳纤维布包裹加固方法。

③对普通地下室进行加固改造后，可为战时提供大量而有效的物资和人员临时性掩蔽场所，具有较大的战备效益和经济效益，值得进行进一步的探讨和研究。

[1]GB50038-2005,人民防空地下室设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[2]王丽莉.地下室结构抗核爆效应及平战功能转换设计研究[D].武汉:武汉理工大学,2003.

[3]程文瀼,康谷贻.混凝土结构设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.