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办公楼加层加固结构设计方案
 
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文章来源:加固改造网   添加人:admin   添加时间:2017-11-20 17:14:21

1工程概况 

该工程为某企业办公大楼,于2011年6月设计完成,原设计为地上8层,地下1层,总建筑面积为8080m2,建筑高度为29.85m。地下部分主要以设备用房为主,地上部分主要以办公、会议为主。设计采用钢筋混凝土框架结构,基础为梁板式满堂红基础,楼(屋)面为现浇钢筋混凝土梁板结构。2013年,由于企业规模扩大,原有办公大楼的办公面积无法满足现在企业的使用要求。根据甲方要求在原办公楼顶增标准办公楼层(约1加2层800m2),以满足企业人员的办公需求。 

2设计原则 

1)加固设计要对原结构进行力学分析,了解原结构的受力形式,以确定设计时的力学计算方向。结构加固时的力学计算通常对于单一杆件进行,而且通常是基于强度要求进行加固的,所以运用材料力学,结构力学进行分析与计算是加固设计的理论基础。通过力学计算,可以明确原结构的弱点所在,进而确定设计的思路,选定加固方法。2)对加层以后的整体结构进行力学分析,明确所加部分对原结构的影响程度,以确定在现有的加固方法下,原结构是否能满足加层后的整体结构强度要求。因为无论哪种加固方法对结构承载力的提高都是有限的,所以加层后的原结构构件强度差值必须是在现有的加固方法的可提高范围之内。3)在加固过程中会对原结构造成一定的破坏,所以加固方法的选用应在尽可能少破坏原有结构的原则下进行。 

3设计思路 

1)在满足使用功能的前提下,尽量减轻上部新加层的荷载。将荷载较大的房间放到底层,上部新加层则以荷载较小的办公、会议为主;另外,减小新加混凝土构件的断面,内部采用轻质隔墙板进行房间分割。同时,尽可能保持上下柱网尺寸不变,使平面布置更加灵活。2)经计算分析,增加2层后,地震力对原结构的影响明显增大。为了减小地震力对原框架的不利影响,可在结构适当的位置增加一些剪力墙,使结构体系由原来的钢筋混凝土框架结构改为框架—剪力墙结构。这样可以有效的减少原框架所承担的地震力,使整体结构的地震周期、位移等重要指标满足规范要求。3)地基和基础的问题:本工程采用天然地基,基础落于卵石层上,根据地质报告该层卵石的地基承载力特征值为300kPa,满足加层后的地基承载力要求。且经过两年的使用及地基的压密效应,地基承载力可提高20%左右,有一点的安全度。所以本工程地基可不做加固处理,只需对基础梁板进行强度加固。 

4加固方法 

1)基础加固:该工程采用钢筋混凝土梁板式满堂红基础,基础梁断面为500×1000,筏板厚度为600mm。通过对基础梁截面的验算,基础梁斜截面抗剪承载力满足设计要求,正截面抗弯承载力存在不足:a.基础梁上部跨中弯矩较大,原配筋不能满足要求,可在基础梁顶部两角外包L100×10角钢,两角钢之间采用-40×4的缀板连接,并用d12的膨胀螺栓固定角钢,角钢与基础梁采用结构胶粘牢;b.基础梁底部负弯矩较大,原配负筋不能满足要求,由于在基础梁底部采取加固措施难度较大,可在梁顶支座负弯矩处加250×1000的混凝土斜向腋角,以增加梁底负弯矩承载力。2)框架柱加固:框架柱在整个结构中承担大部分的竖向荷载和水平地震荷载,本工程框架柱在4层以下断面为700×700,4层以上断面为600×600。通过加层后的结构整体计算,框架柱承载力不足主要有两种情况:a.在较大的竖向荷载作用下,混凝土抗压承载力不足,柱子轴压比超过规范限值,可采用增大柱截面的方法进行加固,在原框架柱四周浇筑一层混凝土外壳,并在这层混凝土外壳内配置计算所需的钢筋,这种方法不仅可以提高柱子的抗压承载力,还可以提高柱子的抗弯刚度;b.框架柱抗压承载力满足要求,而抗弯承载力不足,可以采用外包角钢的方法进行加固,在框架柱四角包角钢,并在横向用缀板连接成整体,角钢与混凝土柱之间用结构胶充分粘结,这种方法对构件的截面尺寸增加不多,但混凝土柱的承载力可以有较大的提高。3)梁板加固:梁是框架结构的主要构件,且数量较多。本工程中梁承载力不足主要是由于加层后地震力增大,造成部分框架梁弯矩增大,配筋不足;还有一些是因为房间功能改变,荷载增大造成的配筋不足。针对以上问题,可采取两种方法进行加固补强:a.粘钢板加固,用结构胶将钢板粘贴于梁的上下受力表面,以补充梁的钢筋量不足,达到提高梁受弯承载力的目的,并用d10的锚栓进行附加锚固;b.粘碳纤维布加固,用结构胶将碳纤维布粘贴于梁的上下受力表面,以补充梁的钢筋量不足,达到提高梁受弯承载力的目的,并用“压结钢片+射钉”进行附加锚固,碳纤维布可根据计算粘1层~2层。一般来说楼板加固比较容易,且受地震力的影响较小,可采用粘碳纤维布的方法进行加固,用结构胶将200mm宽碳纤维布在需加固楼板的双面双向粘贴,间距根据计算确定。为了提高碳纤维布的耐久性,所有碳纤维布均采用“压结钢片+射钉”进行附加锚固。4)剪力墙加固:本工程剪力墙为新加构件,以分担框架所承受的水平地震力。新加剪力墙与原有构件的连接处,钢筋采用植筋锚固。 

5加固构造要求 

1)新旧混凝土的连接。新浇混凝土强度应比原构件设计混凝土强度提高一级;为了增加新旧混凝土间的结合能力,原构件结合面应进行凿毛处理,凿去一切风化疏松层、碳化锈裂层及严重油污层,直至完全露出坚实的基层为止,并在此基础上凿毛,使表面凸凹差不小于4mm,然后用水冲洗干净;混凝土浇筑前,原混凝土表面应涂刷界面结合剂一道,随涂随浇。2)植钢筋。钢筋植入前应除锈,锚孔应采用钻孔成形,不得用手凿,孔内应采用压缩空气吹净并用水冲洗,植筋用胶粘剂应饱满并使钢筋有可靠的锚固;植筋用的胶粘剂必须采用改性环氧类或改性乙烯基脂类的胶粘剂;植筋时应根据现场实际情况和图纸要求放线,利用钢筋定位仪测试钢筋位置,确定植筋的位置;采用植筋锚固时,其锚固部位的原构件混凝土不得有局部缺陷,若有局部缺陷,应先进行补强或加固处理后再植筋;当植筋的直径大于20mm时,应采用A级胶;钢筋植入孔内,建议孔径见表1。3)外粘钢。用磨光机打磨原构件混凝土粘合面,除去2mm~3mm表面,直至露出混凝土新面,然后用空气泵吹除粉粒,表面应清洗干净,并将原构件截面的棱角打磨成半径不小于7mm的圆角;采用外粘钢加固混凝土构件时,应采用改性环氧树脂胶粘剂进行充分灌注,并用夹具将钢板或型钢夹紧;外粘型钢的注胶应在型钢构架焊接完成后进行。4)外粘碳纤维布。碳纤维布粘贴前应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土,露出混凝土结构层,并用修复材料表面修复平整;加固所选用的碳纤维布均为高强度Ⅰ级碳纤维布,其抗拉强度标准值不小于3400MPa;在受弯加固时,应使碳纤维布的纤维方向与被加固构件轴线方向一致;在受剪加固时,应使碳纤维布的纤维方向与被加固构件轴线方向垂直;粘结碳纤维布的胶粘剂必须是专门配制的改性环氧树脂胶粘剂及表面防护材料;其粘贴部位混凝土含水率不应大于4%。5)需加固的混凝土结构。其长期使用的环境温度不应高于60℃;必须先进行加固施工,等加固施工全部结束构件达到设计强度后方可进行上部加层部分施工;构件在加固过程中不得在其上部加任何荷载;加固过程中不得破坏加固范围以外的结构;植筋钻孔时不得破坏原构件中的钢筋;对使用胶粘方法加固后的构件,应定期检查其工作状态,检查的时间间隔不应迟于10年。 

6结语 

以上是本人对工程加固技术的一些认识和设计心得。该工程现已全部完工,并投入使用,效果良好。现代社会飞速发展,技改工程、提标项目越来越多,加固技术必将在工程设计中得到更加广泛的应用。 

作者:马瑞斌 单位:煤炭工业太原设计研究院

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