既有建筑楼板局部开洞鉴定及加固设计

刘中　刘怀斌

摘要：以一栋框架-核心筒结构作为实例，对既有建筑楼板开洞前进行技术鉴定及开洞后进行加固设计。对开洞楼层的型钢柱、钢筋混凝土柱、钢筋混凝土现浇板现状进行检查检测及承载力验算。研究表明，楼板局部开洞面积与结构平面相比较小，对楼层结构平面刚度及抗侧力构件几乎没有影响;同时，为了满足既有建筑的安全性、使用性等要求楼板局部开洞后，沿板的洞边设置防裂构造钢筋、新增楼梯区域需要考虑新增梁和原有梁加固等措施。

关键词：既有建筑;楼板;开洞;加固

中图分类号：TU398.7文献标志码：A

文章编号：2095-5383（2019）04-0041-05

Identification and Reinforcement Design of Local Openings in Existing Building Floor

LIU Zhong1， LI Huaibin2

（1.Logistics Services Department， University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 611731， China;

2 Sichuan Institute of Building Research， Chengdu 610081， China）

Abstract：Taking a frame-core tube structure as an example， technical appraisal before opening and reinforcement design after opening of existing building floor were carried out. The present situation of steel columns， reinforced concrete columns and cast-in-situ reinforced concrete slabs on the floors with opennings was examined and checked， and the bearing capacity was calculated. The results show that the area of local openings in floor slabs is smaller than that in structural plane， which has little effects on the plane stiffness and lateral resistance components of floor structures. At the same time， in order to meet the safety and usability requirements of existing buildings， measures such as adding new beams and strengthening existing beams need to be taken into account when setting crack-proof structural reinforcement along the hole edge of the slabs and adding staircase areas.

Keywords：existing buildings; floor; openings; reinforcement

随着社会的发展，我国既有建筑逐渐满足市场需求，从原来的拆后重建到如今对既有建筑的维修、加固改造，为了改变或保证既有建筑的使用功能，维修、加固改造已成为现阶段既有建筑业的主要选择。在改造过程中，由于增加楼梯间、电梯间或为了满足建筑使用功能等要求，需要对楼板进行开洞。楼板是将其承受的荷载传递给梁、柱、墙，同时承受的水平力并将其传递给结构中的抗侧力构件[1]。楼板开洞后，原有钢筋被切断且传力路径产生变化，洞口周边楼板的刚度、承载力均降低，不再是一个刚性整体，视为一块或多块弹性楼板连接的多块刚性楼板[2]。既有建筑楼板局部开洞后，结构的周期和位移变化很小，对结构整体刚度、楼层侧向刚度比和楼层层间受剪承载力比基本没有影响[3]。为了确保既有建筑的安全性、适用性、功能性，应对楼板开洞前进行技術鉴定，开洞后如何进行改造是亟待解决的技术问题[4]。

1 工程概况

1.1 原建筑结构现状

某高层办公楼为商业、办公用途，为地下5层、地上43层的框架-核心筒结构房屋，建筑面积为117 904.00 m2，建筑高度为169.80 m，2008年3月开工，2010年10月竣工。建筑平面呈多边形，长度为

62.89 m，该方向7跨且两边局部悬挑;宽度为

35.30 m，该方向3跨且两边局部悬挑。

1.2 拟改造结构开洞布置

因某公司拟对该房屋12 层、13层进行局部装修，拟将13层⑤～（1/5）/（D）～（E）楼板局部拆除后新增钢楼梯，新增钢楼梯方案见图1、图2。拟局部开洞的13层⑤～（1/5）/（D）～（E）轴楼板设计厚度为120 mm，板底配筋分别为B8@150、B10@200，板面支座配筋分别为 C12@175、B8@150，混凝土设计强度等级为C40，主筋的混凝土保护层厚度为15 mm。

2 改造前技术鉴定

2.1 现场检查、检测

2.1.1 表面现状

未发现该房屋13层⑤～（1/5）/（D）～（E）轴楼盖现浇板及相邻结构构件有明显变形及可见裂缝。

2.1.2 尺寸及配筋检测

经现场对该房屋13层⑤～（1/5）/（D）～（E）轴楼板邻近的型钢柱、钢筋混凝土柱、钢筋混凝土现浇板的截面尺寸、配筋情况进行抽测，抽测结果分别见表1、表2和表3。

2.1.3 混凝土强度等级检测

该房屋楼盖梁、板混凝土强度等级相同，且同层梁、板混凝土为一并浇筑。对该房屋12层

⑤/（E）轴型钢柱和13层（1/5）/D～（E）轴楼盖梁的混凝土抗压强度采用回弹法[5]进行检测，并依据GB 50292—2015《民用建筑可靠性鉴定标准》中的《附录K：老龄期混凝土回弹值龄期修正的规定》[6]对测区混凝土抗压强度换算值进行修正，修正后的检测结果表明，该房屋12层（5）/（E）轴型钢柱和13层（1/5）/D～（E）轴楼盖梁的混凝土抗压强度推定值分别为大于60.0 MPa和37.9 MPa。

2.2 承载能力验算

2.2.1 验算条件

楼面恒荷载（不含板自重）标准值：2.0 kN/m2;活荷载标准值（按原设计图取值）：走廊、楼梯间为3.5 kN/m2;办公室为3.0 kN/m2;[7]新增钢楼梯荷载设计值（含使用活荷载）;钢楼梯平面布置、楼板开洞位置、尺寸按委托方提供的钢楼梯方案及开洞方案取值;结构平面布置按结构设计图纸确定;钢筋混凝土梁、板、柱的混凝土强度、截面尺寸、配筋情况按现场检测结果结合设计图纸取值;楼板局部开洞未影响该房屋抗侧力构件，故本次验算不考虑地震作用和风荷载作用[8]。

2.2.2 验算结果

采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部（2010V2.2版）软件，考虑13层⑤～/（D）～（E）轴楼板局部开洞及新增钢楼梯后，对该房屋12层、13层⑤～～（1/5）/（D）～（E）轴楼板及相邻钢筋混凝土梁的承载力进行验算。

经验算表明：12层⑤～～（1/5）/（D）～（E）轴楼板在梯脚位置的抗弯承载能力不满足要求;13层⑤～（1/5）/（D）～（E）轴楼盖梁的新增钢楼梯集中荷载作用处的附加横向钢筋的承载力不能满足要求;13层⑤～～（1/5）/（D）～（E）轴楼板局部开洞后，沿板的洞边无加强钢筋，不满足要求。

2.3 鉴定结果

1）该房屋13层⑤～～（1/5）/（D）～（E）轴楼板局部开洞面积与结构平面相比较小，未对楼层结构平面刚度及抗侧力构件造成影响。

2）该房屋12层⑤～～（1/5）/（D）～（E）轴楼板在梯脚位置的抗弯承载能力不满足要求，其余部位的抗弯、抗剪承载能力均满足要求;13层⑤～～（1/5）/（D）～（E）轴楼板局部开洞后的抗弯、抗剪承载能力均满足要求;12层增设钢楼梯影响及13层楼盖开洞影响及增设钢楼梯范围内的钢筋混凝土梁的抗弯、抗剪承载力均满足要求;13层⑤～～（1/5）/（D）～（E）轴楼盖梁的新增钢楼梯集中荷载作用处的附加横向钢筋的承载力不满足要求。

3）该房屋13层

⑤～～（1/5）/（D）～（E）轴楼板局部开洞后，沿板的洞边无防裂构造钢筋，不满足GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》[9]中第9.1.8 条的相关要求。

3 加固设计

楼板开洞尽量在既有建筑结构平面中部开洞，以保证建筑物的整体抗震性能不受较大的影响，同时，对洞口周边应采取有效的加固措施。根据技术鉴定结果，提出加固措施如下：

3.1 新增梁加固措施

12层⑤～～（1/5）/（D）～（E）轴楼板的梯脚位置新增钢筋混凝土扁梁进行加固，新增钢筋混凝土梁采用C45无收缩细石混凝土。其中，细石混凝土中石子粒径为5～15 mm，采用中、粗砂。新增钢筋混凝土扁梁平行于轴，距轴中心线为3 480 mm，尺寸为500 mm×150 mm，上部钢筋为5C18，下部钢筋为5C18，箍筋为A10@100（5），具体节点图详见图3。

3.2 开洞后加固措施

13层⑤～～（1/5）/（D）～（E）轴楼板局部开洞后，开洞尺寸、加固构件位置详见图4。

13层⑤～（1/5）/（D）～（E）轴楼盖梁的新增钢楼梯集中荷载作用处进行粘贴碳纤维布U形箍，碳纤维应选用高强度Ⅰ级碳纤维布，单层厚度为0.167 mm且为聚丙烯腈基（PAN基）不大于15 k的小丝束纤维，具体处理方式详见图5。

楼板局部开洞后，修补楼板采用C45无收缩细石混凝土。其中：细石混凝土中石子粒径为5～15 mm，采用中、粗砂;沿板的洞边加固节点图详见图6。

3.3 加固施工要点

3.3.1 混凝土施工

在局部凿除混凝土的过程中，除楼板开洞需截断原楼板钢筋外，不得损伤原结构构件钢筋。在新旧混凝土结合面处应进行凿毛处理（新增梁仅限于梁两端部与原钢筋混凝土梁结合面凿毛），且应凿除混凝土爆裂及松散部分，并清除所有混凝土碎块、浮渣、灰尘，用水将结合面冲洗干净。浇混凝土前，原结构混凝土界面应提前24 h浇水使界面充分湿润，并用1∶0.4水泥净浆涂刷一遍，在水泥净浆初凝前浇筑混凝土。混凝土浇筑完毕后应及时采用湿草袋覆盖并保湿养护，养护期不少于14 d。

3.3.2 碳纤维布粘贴施工

施工前，应委托具有资质的检测结构对构件混凝土表面的正拉粘结强度进行检测，正拉粘结强度不小于1.5 MPa方可进行粘贴施工;用碳纤维片材及配套树脂胶时应尽量远离电器设备及火源;受弯构件粘贴的碳纤维布不宜截断，当现场条件限制必须截断时，相邻两层纤维织物应进行搭接，搭接长度不应小于200 mm;凿除构件的抹灰層及浮浆层，将构件混凝土表面打磨平整，若有凹陷处，应使用修补胶找平;碳纤维布的有效粘贴面积不小于95%;碳纤维布施工完成后，表面涂一层胶粘剂，初凝前，撒一层粗砂;碳纤维布表面抹15 mm厚M10水泥砂浆保护层;水泥砂浆层应采取措施，避免砂浆层空鼓、裂缝及脱落;粘贴碳纤维布施工完毕后，应对粘贴碳纤维施工质量进行检测。