1工程概況
該工程為某企業(yè)辦公大樓，于2011年6月設(shè)計完成，原設(shè)計為地上8層，地下1層，總建筑面積為8080m2，建筑高度為29．85m。地下部分主要以設(shè)備用房為主，地上部分主要以辦公、會議為主。設(shè)計采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為梁板式滿堂紅基礎(chǔ)，樓(屋)面為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。2013年，由于企業(yè)規(guī)模擴大，原有辦公大樓的辦公面積無法滿足現(xiàn)在企業(yè)的使用要求。根據(jù)甲方要求在原辦公樓頂增標準辦公樓層(約1加2層800m2)，以滿足企業(yè)人員的辦公需求。
2設(shè)計原則
1)加固設(shè)計要對原結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析，了解原結(jié)構(gòu)的受力形式，以確定設(shè)計時的力學(xué)計算方向。結(jié)構(gòu)加固時的力學(xué)計算通常對于單一桿件進行，而且通常是基于強度要求進行加固的，所以運用材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)進行分析與計算是加固設(shè)計的理論基礎(chǔ)。通過力學(xué)計算，可以明確原結(jié)構(gòu)的弱點所在，進而確定設(shè)計的思路，選定加固方法。2)對加層以后的整體結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析，明確所加部分對原結(jié)構(gòu)的影響程度，以確定在現(xiàn)有的加固方法下，原結(jié)構(gòu)是否能滿足加層后的整體結(jié)構(gòu)強度要求。因為無論哪種加固方法對結(jié)構(gòu)承載力的提高都是有限的，所以加層后的原結(jié)構(gòu)構(gòu)件強度差值必須是在現(xiàn)有的加固方法的可提高范圍之內(nèi)。3)在加固過程中會對原結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，所以加固方法的選用應(yīng)在盡可能少破壞原有結(jié)構(gòu)的原則下進行。
3設(shè)計思路
1)在滿足使用功能的前提下，盡量減輕上部新加層的荷載。將荷載較大的房間放到底層，上部新加層則以荷載較小的辦公、會議為主;另外，減小新加混凝土構(gòu)件的斷面，內(nèi)部采用輕質(zhì)隔墻板進行房間分割。同時，盡可能保持上下柱網(wǎng)尺寸不變，使平面布置更加靈活。2)經(jīng)計算分析，增加2層后，地震力對原結(jié)構(gòu)的影響明顯增大。為了減小地震力對原框架的不利影響，可在結(jié)構(gòu)適當?shù)奈恢迷黾右恍┘袅?，使結(jié)構(gòu)體系由原來的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)改為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。這樣可以有效的減少原框架所承擔(dān)的地震力，使整體結(jié)構(gòu)的地震周期、位移等重要指標滿足規(guī)范要求。3)地基和基礎(chǔ)的問題:本工程采用天然地基，基礎(chǔ)落于卵石層上，根據(jù)地質(zhì)報告該層卵石的地基承載力特征值為300kPa，滿足加層后的地基承載力要求。且經(jīng)過兩年的使用及地基的壓密效應(yīng)，地基承載力可提高20%左右，有一點的安全度。所以本工程地基可不做加固處理，只需對基礎(chǔ)梁板進行強度加固。
4加固方法
1)基礎(chǔ)加固:該工程采用鋼筋混凝土梁板式滿堂紅基礎(chǔ)，基礎(chǔ)梁斷面為500×1000，筏板厚度為600mm。通過對基礎(chǔ)梁截面的驗算，基礎(chǔ)梁斜截面抗剪承載力滿足設(shè)計要求，正截面抗彎承載力存在不足:a．基礎(chǔ)梁上部跨中彎矩較大，原配筋不能滿足要求，可在基礎(chǔ)梁頂部兩角外包L100×10角鋼，兩角鋼之間采用－40×4的綴板連接，并用d12的膨脹螺栓固定角鋼，角鋼與基礎(chǔ)梁采用結(jié)構(gòu)膠粘牢;b．基礎(chǔ)梁底部負彎矩較大，原配負筋不能滿足要求，由于在基礎(chǔ)梁底部采取加固措施難度較大，可在梁頂支座負彎矩處加250×1000的混凝土斜向腋角，以增加梁底負彎矩承載力。2)框架柱加固:框架柱在整個結(jié)構(gòu)中承擔(dān)大部分的豎向荷載和水平地震荷載，本工程框架柱在4層以下斷面為700×700，4層以上斷面為600×600。通過加層后的結(jié)構(gòu)整體計算，框架柱承載力不足主要有兩種情況:a．在較大的豎向荷載作用下，混凝土抗壓承載力不足，柱子軸壓比超過規(guī)范限值，可采用增大柱截面的方法進行加固，在原框架柱四周澆筑一層混凝土外殼，并在這層混凝土外殼內(nèi)配置計算所需的鋼筋，這種方法不僅可以提高柱子的抗壓承載力，還可以提高柱子的抗彎剛度;b．框架柱抗壓承載力滿足要求，而抗彎承載力不足，可以采用外包角鋼的方法進行加固，在框架柱四角包角鋼，并在橫向用綴板連接成整體，角鋼與混凝土柱之間用結(jié)構(gòu)膠充分粘結(jié)，這種方法對構(gòu)件的截面尺寸增加不多，但混凝土柱的承載力可以有較大的提高。3)梁板加固:梁是框架結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，且數(shù)量較多。本工程中梁承載力不足主要是由于加層后地震力增大，造成部分框架梁彎矩增大，配筋不足;還有一些是因為房間功能改變，荷載增大造成的配筋不足。針對以上問題，可采取兩種方法進行加固補強:a．粘鋼板加固，用結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼于梁的上下受力表面，以補充梁的鋼筋量不足，達到提高梁受彎承載力的目的，并用d10的錨栓進行附加錨固;b．粘碳纖維布加固，用結(jié)構(gòu)膠將碳纖維布粘貼于梁的上下受力表面，以補充梁的鋼筋量不足，達到提高梁受彎承載力的目的，并用“壓結(jié)鋼片+射釘”進行附加錨固，碳纖維布可根據(jù)計算粘1層～2層。一般來說樓板加固比較容易，且受地震力的影響較小，可采用粘碳纖維布的方法進行加固，用結(jié)構(gòu)膠將200mm寬碳纖維布在需加固樓板的雙面雙向粘貼，間距根據(jù)計算確定。為了提高碳纖維布的耐久性，所有碳纖維布均采用“壓結(jié)鋼片+射釘”進行附加錨固。4)剪力墻加固:本工程剪力墻為新加構(gòu)件，以分擔(dān)框架所承受的水平地震力。新加剪力墻與原有構(gòu)件的連接處，鋼筋采用植筋錨固。
5加固構(gòu)造要求
1)新舊混凝土的連接。新澆混凝土強度應(yīng)比原構(gòu)件設(shè)計混凝土強度提高一級;為了增加新舊混凝土間的結(jié)合能力，原構(gòu)件結(jié)合面應(yīng)進行鑿毛處理，鑿去一切風(fēng)化疏松層、碳化銹裂層及嚴重油污層，直至完全露出堅實的基層為止，并在此基礎(chǔ)上鑿毛，使表面凸凹差不小于4mm，然后用水沖洗干凈;混凝土澆筑前，原混凝土表面應(yīng)涂刷界面結(jié)合劑一道，隨涂隨澆。2)植鋼筋。鋼筋植入前應(yīng)除銹，錨孔應(yīng)采用鉆孔成形，不得用手鑿，孔內(nèi)應(yīng)采用壓縮空氣吹凈并用水沖洗，植筋用膠粘劑應(yīng)飽滿并使鋼筋有可靠的錨固;植筋用的膠粘劑必須采用改性環(huán)氧類或改性乙烯基脂類的膠粘劑;植筋時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況和圖紙要求放線，利用鋼筋定位儀測試鋼筋位置，確定植筋的位置;采用植筋錨固時，其錨固部位的原構(gòu)件混凝土不得有局部缺陷，若有局部缺陷，應(yīng)先進行補強或加固處理后再植筋;當植筋的直徑大于20mm時，應(yīng)采用A級膠;鋼筋植入孔內(nèi)，建議孔徑見表1。3)外粘鋼。用磨光機打磨原構(gòu)件混凝土粘合面，除去2mm～3mm表面，直至露出混凝土新面，然后用空氣泵吹除粉粒，表面應(yīng)清洗干凈，并將原構(gòu)件截面的棱角打磨成半徑不小于7mm的圓角;采用外粘鋼加固混凝土構(gòu)件時，應(yīng)采用改性環(huán)氧樹脂膠粘劑進行充分灌注，并用夾具將鋼板或型鋼夾緊;外粘型鋼的注膠應(yīng)在型鋼構(gòu)架焊接完成后進行。4)外粘碳纖維布。碳纖維布粘貼前應(yīng)清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并用修復(fù)材料表面修復(fù)平整;加固所選用的碳纖維布均為高強度Ⅰ級碳纖維布，其抗拉強度標準值不小于3400MPa;在受彎加固時，應(yīng)使碳纖維布的纖維方向與被加固構(gòu)件軸線方向一致;在受剪加固時，應(yīng)使碳纖維布的纖維方向與被加固構(gòu)件軸線方向垂直;粘結(jié)碳纖維布的膠粘劑必須是專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑及表面防護材料;其粘貼部位混凝土含水率不應(yīng)大于4%。5)需加固的混凝土結(jié)構(gòu)。其長期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃;必須先進行加固施工，等加固施工全部結(jié)束構(gòu)件達到設(shè)計強度后方可進行上部加層部分施工;構(gòu)件在加固過程中不得在其上部加任何荷載;加固過程中不得破壞加固范圍以外的結(jié)構(gòu);植筋鉆孔時不得破壞原構(gòu)件中的鋼筋;對使用膠粘方法加固后的構(gòu)件，應(yīng)定期檢查其工作狀態(tài)，檢查的時間間隔不應(yīng)遲于10年。
6結(jié)語
以上是本人對工程加固技術(shù)的一些認識和設(shè)計心得。該工程現(xiàn)已全部完工，并投入使用，效果良好。現(xiàn)代社會飛速發(fā)展，技改工程、提標項目越來越多，加固技術(shù)必將在工程設(shè)計中得到更加廣泛的應(yīng)用。
作者：馬瑞斌 單位：煤炭工業(yè)太原設(shè)計研究院
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