1、工程概況

某大廈高層建筑原主體樓15層，地下1層面積3980m2，主體樓面積43200m2。原主體采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，抗震設(shè)防烈度為7度，剪力墻抗震等級為二級，框架抗震等級為三級。基礎(chǔ)采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁Φ500，壁厚125mm，AB型，樁端持力層為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，樁長約25米，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為5000kN。由于業(yè)主提出加層要求，由原15層加至21層，建筑屋面高度由50.6米加高到79.7米，增加面積約9800m2。該工程為在建時加層續(xù)建，前后兩次設(shè)計均采用同一現(xiàn)行規(guī)范，故本工程不存在設(shè)計使用年限和新老規(guī)范銜接等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)問題。

2、結(jié)構(gòu)加層設(shè)計分析

在建項目由15層擴(kuò)建到21層，關(guān)鍵是解決好在新增的豎向荷載和地震作用及風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)體系的整體性能、已建結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力及加固方法等問題。首先進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析計算，初步判斷加層的可能性。為了充分發(fā)揮原已施工完成的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件及抗側(cè)力體系，先按原結(jié)構(gòu)布置方案直接增加6層進(jìn)行分析計算。采用剛性樓板假定，按模擬施工加載方式，考慮±5％偶然偏心及雙向地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)作用，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈性靜力分析，由計算結(jié)果可知：結(jié)構(gòu)整體剛度偏柔，周期偏長，樓層層間最大位移與層高之比為1/720，超過規(guī)范1/800限值，樓層最小地震剪力系數(shù)值為1.51％，小于7度區(qū)的規(guī)范0.016限值，底部框架部分承受的地震傾覆力矩大于總力矩的50％，部分框架柱軸壓比達(dá)到1.15，嚴(yán)重超限，框架梁、剪力墻存在超筋現(xiàn)象。根據(jù)原結(jié)構(gòu)直接加層存在的問題，經(jīng)過多輪方案試設(shè)計，確定采用增設(shè)鋼筋混凝土剪力墻，加大剪力墻和框架柱截面尺寸，既提高結(jié)構(gòu)剛度又提高承載力的結(jié)構(gòu)加層加固的基本方法，上部續(xù)建結(jié)構(gòu)也采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系以保持與原結(jié)構(gòu)的一致性和協(xié)調(diào)性。根據(jù)建筑使用功能的要求，以及結(jié)構(gòu)加固效果的需要，設(shè)計時在建筑的角部增設(shè)剪力墻，在原中部核心筒樓電梯處增加剪力墻的長度。結(jié)合原框架柱軸壓比的嚴(yán)重不足，采用增大截面法加固，同時適當(dāng)增加剛度。結(jié)構(gòu)整體分析主要結(jié)果見表1，可以看出：在風(fēng)荷載和地震荷載作用下，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角均滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的要求；結(jié)構(gòu)的第一自振周期為平動周期，且結(jié)構(gòu)以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比小于0.9；結(jié)構(gòu)的剪重比、底部框架部分承擔(dān)的傾覆力矩以及墻柱軸壓比（柱最大軸壓比0.79）均滿足規(guī)范要求。

新設(shè)計方案由于建筑立面需要退臺，在十四層處有五根框架柱內(nèi)退1500mm，造成豎向構(gòu)件不連續(xù)，按常規(guī)抬柱轉(zhuǎn)換將形成高位轉(zhuǎn)換，對結(jié)構(gòu)抗震不利。本設(shè)計采用從十二層至十三層增設(shè)斜柱（撐），斜柱上方與十四層內(nèi)退框架柱連續(xù)，其傾斜僅為1:6，下部外排框架柱又向上延伸兩層至十四層樓面，并且在十二層和十四層斜柱轉(zhuǎn)折處樓層框架梁予以加強(qiáng)（梁截面為600×1000），其剖面見圖1。根據(jù)電算分析，十四層側(cè)移剛度與下一層之比為0.93，不存在剛度突變。由于斜柱作用，對十二層處與之相連的梁板產(chǎn)生642kN的水平拉力，在該影響范圍內(nèi)樓板加厚到180mm，另加該方向受拉鋼筋上下各20Φ12@100，同樣與之相連的框架梁另加6Φ25通長受拉鋼筋。在此范圍內(nèi)的各構(gòu)件均相應(yīng)提高配筋率和加強(qiáng)構(gòu)造措施，提高其承載力和延性，關(guān)鍵構(gòu)件斜柱及其下層柱和12、14層與之相連的框架梁按中震不屈服進(jìn)行分析計算，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。

3、結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固改造

3.1 地基基礎(chǔ)加固

在房屋加層續(xù)建工程中，必然要遇到地基基礎(chǔ)問題。為了減少基礎(chǔ)改造的工作量，要最大限度挖掘上部荷載潛力。首先是墻體材料，把原先使用的保溫?zé)Y(jié)空心磚和砼空心砌塊均改用容重較低的加氣砼砌塊，辦公區(qū)內(nèi)的磚砌墻改用輕質(zhì)隔墻，同時首層地面回填土部分根據(jù)情況采用架空板，以及電算荷載按實際情況輸入等措施，多方面多渠道合理卸載。通過在基礎(chǔ)上埋設(shè)錨桿固定壓樁架，以建筑物自重荷載作為壓樁反力，用千斤頂將預(yù)制樁逐段壓入土中，并與原基礎(chǔ)連接，提高樁基總承載力。錨桿靜壓樁采用 ZHB30，采用焊接接頭，樁身砼為C30，錨桿靜壓樁樁長約8-10米，持力層為土層⑤砂質(zhì)粘性土，樁端進(jìn)入持力層不少于2米，單樁豎向承載力特征值為500kN，施工壓樁力為1000kN，共增補錨桿樁130根。為保證新補的錨桿樁能與原樁基形成有效整體，共同受力，需擴(kuò)大原承臺截面，使得補樁反力作用在新澆搗的混凝土擴(kuò)大部分上，新舊混凝土通過鑿毛和植筋方式形成一體。新承臺尚應(yīng)重新進(jìn)行受力驗算，根據(jù)計算需要利用建筑面層200-300mm厚度加高承臺，滿足受力要求。為了更好發(fā)揮補樁的作用，避免應(yīng)力滯后，確保新、舊樁基共同受力，要求上部結(jié)構(gòu)應(yīng)待樁基補強(qiáng)結(jié)束后方可繼建。

3.2 上部構(gòu)件加固

考慮盡可能減少加固施工對原結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損害，遵循對原有構(gòu)件不動或少動的加固原則，對構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的補強(qiáng)。

部分框架柱存在軸壓比超限嚴(yán)重，必須進(jìn)行加固。在高層建筑結(jié)構(gòu)的墻柱加固設(shè)計中，最簡單、最優(yōu)先采用的方法是加大截面加固法。該方法簡單、可靠，符合強(qiáng)柱弱梁抗震原則，同時對框架梁采取粘鋼加固時的節(jié)點錨固處理很有幫助，故本工程墻柱加固均采用此方法。在柱截面加大設(shè)計中，會遇到新加柱的縱筋與鋼筋混凝土框架梁相碰的問題，縱筋排列應(yīng)全部或大部分繞過框架梁，然后采用1:6的坡度內(nèi)收至設(shè)計位置，為滿足規(guī)范規(guī)定的豎筋間距要求，在框架梁上下各增加附加鋼筋植入梁內(nèi)。柱縱筋實配時可考慮原柱縱筋能夠承擔(dān)的部分彎矩。為保證加固效果，構(gòu)件截面加大尺寸均不小于100mm，新澆注混凝土強(qiáng)度等級比原構(gòu)件混凝土強(qiáng)度提高一級，新舊混凝土交接面均應(yīng)鑿毛，并在澆搗前除塵洗凈后涂刷界面劑。

由于水平荷載作用增加，部分框架梁存在受彎及抗剪承載力不足。為確保施工質(zhì)量，又不影響建筑使用高度，框架梁采用粘貼鋼板和U型鋼箍加固方法，具體措施見上圖3。梁面、梁底粘鋼采用Q345B材質(zhì)鋼板，梁箍板采用Q235B材質(zhì)鋼板。梁受彎承載力驗算時，按保守算法，不考慮受壓鋼筋作用，根據(jù)鋼筋差值進(jìn)行換算，得出粘鋼的數(shù)量。粘鋼施工前先將原構(gòu)件擬粘鋼處鑿至混凝土外露，然后將表面浮灰除去并打磨平整，除塵清洗干凈后方可粘貼鋼板，U型鋼箍安裝前還需將安裝位置的構(gòu)件方角打磨成圓角。梁面粘鋼彎起處的柱端箍板施工要認(rèn)真細(xì)致，避免形成虛設(shè)，起不到約束作用，影響加固效果。

4、結(jié)束語

對于建筑工程項目加層加固設(shè)計，應(yīng)盡量減少對建筑功能和已建結(jié)構(gòu)的影響，經(jīng)多方案比選，在滿足現(xiàn)行規(guī)范和建筑使用目標(biāo)前提下，確定可實施加固的結(jié)構(gòu)改造方案。首先，在加層改建中，對上部荷載的挖潛是非常必要的，減少豎向荷載，不但可以減少加固工作量，還可以減輕地震作用；其次，選用簡單方便的構(gòu)件加固方法，更容易達(dá)到預(yù)期加固效果。本工程取得了明顯經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會影響，同時本工程的結(jié)構(gòu)加層設(shè)計經(jīng)驗可供類似高層加層設(shè)計以參考和借鑒。

標(biāo)題名稱：論建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中加層加固設(shè)計
標(biāo)題路徑：http://jinyejixie.com/hangye/jiagu/n23391.html

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