成都市高新区智慧指挥中心结构加固改造

付晓东，范 乐，崔剑锋

(中国建筑科学研究院有限公司西南分院，四川成都 610041)

目前，既有建筑改造渐渐地进入大众的视野，逐渐的被大众所接受。随着人们物质文化生活水平的提高以及生产技术工艺的发展，人们理念的变化及对新鲜事物的追求，原有建筑已经不能满足人们新的需求，既有建筑改造越来越多，从之前的单一结构改造到现在的全专业改造，改造种类越来越多，改造需求也越来越多。但在改造及使用过程中，结构加固改造应排在首位，结构安全至关重要，它是其他所有专业改造的基础。现在人们对品质要求越来越高的情况下，如何做到结构加固改造设计既不影响功能又满足安全需求，这是对广大结构工程师的一大考验。

1 工程概况

高新区智慧指挥中心位于成都市高新区天韵路186号高新国际广场C座，该楼修建于2003年，为联通的成都总部大楼，见图1。该房屋为地上11层全现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构。1层层高为7.4m，2层层高为5m，3层及以上层高为4.5m，房屋总高度为53.2m。现业主要在一层局部改造，包括增加部分夹层及首层楼面局部增加设备房，需局部增加荷载。

图1 该房屋外观照片

2 原结构的检验检测

该房屋在改造之前，委托了某检测中心对其改造范围内的主体结构进行了检验检测。

2.1 原结构的主要设计参数查阅

根据委托方提供了该楼的施工蓝图，该楼在正常使用条件下，本建筑结构设计使用年限为50a。地震烈度：本工程抗震设防烈度为7度。建筑场地类别为Ⅱ类。风荷载：基本风压为0.3kN/m2。雪荷载：0.2kN/m2。根据建筑抗震设防分类标准，本工程为乙类建筑。主楼下设2层停车库，基础为筏板基础，剪力墙抗震等级为一级，框架二级，建筑结构安全等级为二级，地基安全等级为一级，本工程按六级人防设计。本工程主要使用荷载为：办公1.5kN/m2，楼梯走廊3.5kN/m2，屋面1.5kN/m2，卫生间1.5kN/m2，电梯机房、空调机房6.0kN/m2，其他生产机房6.0kN/m2，传输设备室8.0kN/m2。电池电力室16kN/m2。

主要结构材料：基础垫层C15,基础筏板C40防水混凝土，抗渗等级S8。柱：16.750m以下，C60。梁板、剪力墙C35，楼梯C30。墙体材料：车库填充墙采用页岩实心砖，外墙、内墙采用容重不大于8kN/m3的轻质墙材，砂浆采用M5混合砂浆砌筑。混凝土保护层：基础底板、地基梁35mm，地下室混凝土外墙临水面50mm，地下室混凝土外墙内面20mm，地下室内混凝土墙、剪力墙20mm，梁、柱、构造柱25mm且不小于d(d为钢筋直径)，板15mm，箍筋保护层15mm，分布钢筋保护层10mm。

2.2 现场调查

(1)该建筑该部分实际使用功能及荷载调查。该楼改造范围内，原使用功能为联通营业厅，现已搬离，现场已经空置，无其他使用荷载。

(2)结构构件布置与尺寸检查。该楼为钢筋混凝土全现浇框架剪力墙结构，实际与之相符。在检测范围内，框架柱截面为850mm×850mm，实际与之相符。主框架梁多为400mm×750mm，实际与之相符。

(3)构件外观质量检查。该楼在改造范围内，未见影响结构安全的明显外观质量缺陷，在受力较大处(如梁柱节点及跨中部位)未见引起结构安全的受力裂缝。

2.3 实体检测

(1)梁柱构件的混凝土强度检测。按照JGJ/T23-2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》[1]的要求，采用回弹法对构件混凝土强度进行检测。在改造范围内，柱和梁的混凝土强度检测结果为：所抽检柱的混凝土强度为60.2～61.3MPa，符合设计规定的C60要求。所抽检梁的混凝土强度为36.4～38.6MPa，符合设计规定的C30要求。

(2)混凝土构件钢筋配置检测结果。采用磁感仪对混凝土构件的钢筋配置进行了抽样检测，检测操作依据JGJ/T152-2008《混凝土中钢筋检测技术规程》[2]的有关规定进行。各构件的钢筋配置检测结果表明：所抽检部分的钢筋配置符合设计要求。

2.4 结论

综上所述，所检测项的建筑和结构布置与图纸一致，构件混凝土强度和钢筋布置与图纸一致，无影响结构安全的表观质量缺陷。可按原结构施工图进行改造。

3 房屋的加固改造

为充分减轻新增夹层的结构自重，及建筑功能需要，本次改造设计采用钢结构夹层，梁采用H型钢截面，楼板采用钢筋混凝土组合楼板。建立原楼的整体模型，复核各项整体指标是否满足相应规范要求，复核基础是否需要加固。对原结构连接处进行承载力验算，对不满足要求的构件进行加固处理。新增机房处，进行承载力验算，对不满足要求的部位进行加固处理。对新老设计规范不一致处，按新规范从严进行设计复核。

3.1 加固改造主要参数

本工程建筑抗震设防类别为乙类，建筑结构的安全等级为二级；本工程场地地震烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g；地震分组：第三组；本工程设计标高±0.000同建筑图纸。改造后正常使用条件下本工程主体结构设计使用年限为30a,到期后，若重新进行的可靠性鉴定认为该结构工作正常可延长其使用年限,在使用期内每5a定期检查改造的结构、构件的工作状态。

3.2 加固改造方案与措施

3.2.1 新增钢结构夹层设计

钢材均采用Q355B钢，柱跨距为8.4m，平面布置图详见图2，主要钢梁截面为HM488×300×11×18、HM582×300×12×17、HM482×300×11×15、HN350×175×7×11、HN300×150×6.5×9。所用钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；应有明显的屈服台阶,且伸长率不应小于20 %；应有良好的焊接性和合格的冲击韧性；所有钢材的机械性能(抗拉强度、延伸率、屈服点等)和化学成分(碳、硫、磷、锰等的含量)均应符合规范规定，且钢材必须具备出厂证明和合格保证，并有机械性能和化学成份合格证明。

图2 钢结构平面布置

新增钢梁与混凝土墙柱连接处采用铰接，钢梁从混凝土墙柱上悬挑处加斜向支撑。为了避免节点处对原结构的损伤过大及施工方便，经比选，采用化学锚栓加围箍钢板的形式代替植筋，化学锚栓采用特殊倒锥型化学锚栓，螺杆采用8.8级钢，使用高品质锚栓，化学锚栓须做现场承载力检测试验；围箍钢板围绕柱一圈布置，钢板厚度为20mm，具体节点详见图3。

图3 化学锚栓加围箍钢板节点大样

3.2.2 原结构加固设计

(1)地基基础加固：增加钢结构夹层后，通过对全楼整体模型复核，各项指标均满足相应规范要求。因钢结构夹层的荷载不大，单柱荷载增加值约为400kN，单柱总荷载约为9 000kN，新增荷载增幅不大，且原楼基础为筏板基础，经对比分析，富余量较大，增加荷载对原有基础的影响很小，原有基础满足设计要求，故基础无须加固。

(2)上部结构加固：新加夹层后，对二层以上的影响很小，可以忽略不计。在一层至二层之间，墙柱的配筋及轴压比均满足原设计要求，但考虑在夹层节点处，钻孔对原结构的削弱作用，且在夹层处原柱的箍筋未加密，对原柱在一层至二层板面之间进行包钢加固[3]，提高其抗震性能，加固节点详见图4，现场照片详见图5。

图4 原柱加固大样

图5 现场加固照片

(3)增加机房加固：原设计楼板为跨度4m×4m的双向板，未考虑新增机房处的荷载，经承载力复核，原首层楼板板厚为180mm，配筋及截面均较大，原设计楼板及梁柱配筋满足设计要求，但充分考虑到机房运行时的动荷载，及安装时对楼板开小孔等不利影响，综合考虑采用碳纤维对楼板进行加固处理，加固大样详见图6。

图6 碳纤维加固楼板大样

3.3 现场施工注意要点

.加固过程中及使用过程中不得增加原设计要求的设计荷载值。在加固设计使用年限内，未经技术鉴定或设计认可，不得改变加固后结构的用途和使用环境。除本设计表述的对规定构件的钻孔及切割外，不得进行其他任何损伤原结构的施工操作。施工前，应现场核实已建成结构的标高、截面、配筋是否与原设计图及变更吻合，如发现不同，必须通知设计院，经过设计院的认可后方可施工。加固施工前必须应使原结构处于卸载状态，同时在相应部位架设可靠临时支撑，且待加固结构构件达到设计强度后方可拆除支撑。对原有结构构件进行剔凿时，必须使用无振动方法，禁止使用大锤夯凿，禁止使用风镐。在原结构构件上钻孔时，必须事先探明原结构构件的钢筋位置且避开，禁止损伤任何钢筋。结构改造施工过程中不得对原结构构件造成损坏，不得降低原结构构件的承载力。

本项目施工顺序为：加固一层原结构柱→施工夹层钢结构梁→浇筑夹层楼板，为保证浇筑质量，本工程剔凿后浇筑的混凝土均采用CGM微膨胀无机灌浆料浇筑。.新浇注混凝土及无机灌浆料与原结构的交界面须凿毛、松动部位应剔除至实处，用钢丝刷清洗干净、充分润湿、涂刷高性能界面剂，再浇注混凝土。新加混凝土叠合板与原结构的交界面，其凿毛的不平度需不小于20mm。植筋工程必须由具有加固专业施工资质的单位施工，植筋施工工艺、流程施工须满足现行规范要求，施工方应采取措施保证植入的钢筋达到规范锚固要求。钻孔前需将钢筋保护层剔开以找准钻孔位置，钻孔时不得损坏原有结构钢筋。植筋时必须先焊后植，若植筋后仍需进行焊接操作，必须采取耐焊接高温的植筋胶，并做好降温措施，如在植筋外露部分的根部敷冰水毛巾等，且焊点距离基材混凝土表面大于15d。植筋间距及边距：除特别注明外，植筋间距不小于5d，植筋边距不小于2.5d。d为植筋直径。植筋深度：除特别注明外，在原结构的柱、墙上植筋深度23d；在原结构的梁、板上植筋深度16d。

4 结束语

现阶段，房屋大规模新建的时代已经基本结束，在国家政策的扶持下，即将迎来加固改造的浪潮，加固改造的比重越来越大，随着现代人们生活水平的不断提高，房屋的现有功能已不能满足新的需求，人们对房屋的品质要求越来越高，对房屋的安全性也格外关注，特别是现阶段土地资料紧缺，讲究绿色环保的新时代，为了节地节材，老旧房屋改造的例子不断增多。本文通过实例分析，通过对整个加固改造工程的梳理，阐述了加固改造的流程及方法，对以后出现的类似问题可作参考。