論建筑結(jié)構(gòu)加層改造設(shè)計(jì)的可行性

【摘 要】本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)加層改造設(shè)計(jì)為例，增加夾層的兩個(gè)加固方案的比較，結(jié)合原結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，選取既為施工簡(jiǎn)便易行，又能確保工程質(zhì)量安全的施工設(shè)計(jì)方案，完成加層加固方案的可行性與安全性論證。以及進(jìn)一步探討了植筋建筑產(chǎn)生的問(wèn)題和在抗震中對(duì)建筑物的影響。

【關(guān)鍵詞】加層改造；建筑結(jié)構(gòu)；加固方案；抗震性能

1、工程概況

本工程位于某經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，是一個(gè)地上17層，地下1層的高層商業(yè)小區(qū)，建筑高度差不多60米，一共有8棟高層建筑，其中7，8棟為11層，其余1，2，3，5，6，9都為17層，1期為1，2，3棟。2期為5，6，7，8，9棟與1層地下室，都為剪力墻結(jié)構(gòu)，首層與2層為大型商場(chǎng)，本工程所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度.每棟建筑在三層位置都有部分的局部轉(zhuǎn)換。

2、新增加層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方案

本工程1棟在首層上3米處加建了一個(gè)面積大概為200平方的辦公室，5-9棟在首層往上2.7米處加建了一個(gè)夾層作商業(yè)用途，而且分布在不同的高度上，設(shè)計(jì)和施工均有一定的難度。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

增加夾層屬于結(jié)構(gòu)改造工程，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅要求夾層結(jié)構(gòu)于計(jì)算上安全，還要求結(jié)合原建筑物結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，所提出的夾層錨固措施安全可靠，施工上簡(jiǎn)易可行，且應(yīng)盡量避免對(duì)建筑物原有梁、板、剪力墻等構(gòu)件的破壞。本工程的關(guān)鍵在于新增夾層挑梁的設(shè)計(jì)，為此，根據(jù)工程實(shí)踐中遇到的困難，經(jīng)探討，先后提出了兩個(gè)新增夾層挑梁與原建筑物錨固的方案。

（1）方案一：夾層挑梁主筋焊接錨固。在新加夾層挑梁軸線上的室內(nèi)剪力墻上預(yù)埋鋼板，挑梁主筋穿過(guò)室外的剪力墻（梁）后，與預(yù)埋鋼板焊接錨固。該方案在第五層夾層施工時(shí)，發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：

①由于新加夾層的挑梁均設(shè)置在縱橫兩向剪力墻的交接處，該位置屬暗柱，鋼筋數(shù)量較多且密集，在附加架立筋和鋼筋植筋錨固時(shí)，發(fā)現(xiàn)成孔十分困難，且在成孔過(guò)程中對(duì)原結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較大。

②安裝困難，表現(xiàn)在：第一，與鋼板焊接的夾層挑梁主筋在穿過(guò)外墻剪力墻時(shí)，為躲避原有剪力墻內(nèi)的鋼筋，造成與附墻鋼板偏差較大，夾層主筋與鋼板的焊接十分困難，質(zhì)量也無(wú)法保證。第二，內(nèi)墻兩側(cè)的鋼板通過(guò)Φ22 短鋼筋對(duì)拉連接，該對(duì)拉短鋼筋在穿孔過(guò)程中，亦為了躲避剪力墻內(nèi)的鋼筋，無(wú)法保證平直，造成鋼板開(kāi)孔較大，短鋼筋與鋼板的塞焊質(zhì)量也難以保證。第三，施工難度較大，進(jìn)度十分緩慢。基于以上原因，方案一在1棟施工完畢后放棄，目前已投入使用，第5-9棟在首層往上2.7米處加建了一個(gè)夾層作商業(yè)用途開(kāi)始按下述方案二進(jìn)行施工。

（2）方案二：夾層鋼筋穿墻或錨固在新加附墻柱內(nèi)。

方案二與方案一的實(shí)質(zhì)區(qū)別在于取消了附墻鋼板，改以附墻鋼筋混凝土柱。這樣新加夾層挑梁主筋穿墻后直接彎入附墻柱內(nèi)錨固，由于可錨固范圍擴(kuò)大，給施工安裝帶來(lái)極大的方便，施工質(zhì)量也得到了保證。

3、植筋建筑在高層抗震中對(duì)高層建筑的影響

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50068-2001），本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年；本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0；根據(jù)《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223），本工程抗震設(shè)防類別為丙類；根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001），本工程所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g。

地震力對(duì)結(jié)構(gòu)的作用常顯反復(fù)交替的形式，一般認(rèn)為，只要將滯回耗能控制在合理范圍內(nèi)，便可保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震性能，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過(guò)度損傷或性能退化。至今，植筋抗震性能主要通過(guò)對(duì)比構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下的滯回曲線飽滿程度、極限承載力、位移延性、剛度退化以及耗能性能等方面作出評(píng)價(jià)。

3.1 植筋深度不同的影響

用環(huán)氧砂漿作為植筋材料，錨固長(zhǎng)度為15D，進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗(yàn)，植筋梁呈現(xiàn)脆性破壞，通過(guò)對(duì)鋼筋應(yīng)變分析認(rèn)為鋼筋已經(jīng)達(dá)到了屈服強(qiáng)度，鋼筋拔出是環(huán)氧砂漿密實(shí)度的問(wèn)題，若采取措施增強(qiáng)環(huán)氧砂漿施工的密實(shí)度，加強(qiáng)鋼筋錨固部分與混凝土的粘結(jié)，則環(huán)氧砂漿植筋錨固技術(shù)是可靠有效的，提出為確保植筋的質(zhì)量、鋼筋的錨固長(zhǎng)度可適當(dāng)增加到20D。良好的延性，位移延性比都達(dá)到了4.0左右，植筋構(gòu)件與整澆構(gòu)件在延性方面沒(méi)有多大的差異，剛度退化曲線也與整澆相似，滯回曲線上升下降段都比較平緩。因此，有理由認(rèn)為當(dāng)達(dá)到某一植筋深度時(shí)，植筋構(gòu)件的各方面性能均可達(dá)到整澆試件的水平，植筋節(jié)點(diǎn)完全可以取代整澆節(jié)點(diǎn)完成抗震設(shè)防的任務(wù)。

3.2 植筋膠種類的影響

采用環(huán)氧砂漿植筋15D，構(gòu)件在周期反復(fù)荷載作用下，鋼筋達(dá)到屈服后，仍具有較好的變形能力，其延性雖然不如整澆構(gòu)件，但在施工質(zhì)量有保證的情況下，其位移延性比也達(dá)到了4.0以上。軸壓比為3.0，植筋錨固長(zhǎng)度為15D的植筋混凝土柱在水平往復(fù)荷載作用下的極限承載力、延性和耗能能力與非植筋柱近似，表現(xiàn)出良好的延性和耗能能力，有的甚至優(yōu)于非植筋柱；但是軸壓比為0.3，錨固長(zhǎng)度10D的RES00結(jié)構(gòu)膠植筋混凝土柱也具有良好的延性和耗能能力。

3.3 施工因素的影響

在實(shí)際施工中，清孔是否徹底、焊接鋼筋產(chǎn)生的高溫對(duì)植筋膠的性能也會(huì)產(chǎn)生影響。利用環(huán)氧砂漿作為粘結(jié)劑時(shí)，要采取措施增強(qiáng)環(huán)氧砂漿施工的密實(shí)度Ⅲ。焊接溫度和高溫（火災(zāi)）對(duì)植筋效果的影響可以通過(guò)適當(dāng)增加錨固長(zhǎng)度加以保證，節(jié)點(diǎn)的耗能性能在溫度2000C以上時(shí)會(huì)有很大損失。焊接點(diǎn)在距膠體10D 的位置，所產(chǎn)生的高溫對(duì)JGN、HRB335植筋混凝土柱的抗震性能無(wú)較大影響。

3.4 抗震耗能能力的計(jì)算方法

目前延性的計(jì)算方法有多種，用于植筋抗震分析的主要是位移延性比、極限位移角和塑性變形系數(shù)三個(gè)指標(biāo)。采用能量等值法，在試件的骨架曲線上確定屈服點(diǎn)，取水平荷載下降15時(shí)的位移為極限位移。

4、大跨度板植筋需要注意的問(wèn)題

由于加層梁屬于新建結(jié)構(gòu)，本次加層改造的難點(diǎn)在于和原結(jié)構(gòu)相連的柱子的加同。難于主體結(jié)構(gòu)框架柱抗震等級(jí)為一級(jí)，柱節(jié)點(diǎn)鋼筋非常密集，新加柱鋼筋植筋有很大難度。設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量考慮預(yù)留的截面一定的混凝土柱頭分批焊接柱頭鋼筋作為新加柱的縱向鋼筋，盡量減少植筋，減少對(duì)原結(jié)構(gòu)造成不必要的損傷。

對(duì)于大跨度梁兩側(cè)的柱子，初步方案采用增大截面法進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，柱鋼筋采用植筋的方式，后經(jīng)過(guò)施工隊(duì)反應(yīng)植筋過(guò)多，很難施工。分析其原因主要是原結(jié)構(gòu)屋頂?shù)闹?jié)點(diǎn)的鋼筋太密集造成的，在屋頂?shù)闹?jié)點(diǎn)處，原結(jié)構(gòu)柱的鋼筋錨人梁中，而柱四周的梁筋也在此交叉。而上層大跨度梁支座柱的配筋由于大跨度梁的原因，柱配筋很大，需植筋的根數(shù)很多。

加層改造可以采取的方案多種多樣，設(shè)計(jì)人員需要掌握一些常用的方法，針對(duì)具體的工程進(jìn)行比較分析，盡可能的考慮施工的可行性，減少對(duì)已建結(jié)構(gòu)的損傷，保證原結(jié)構(gòu)的正常工作。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮加層部分對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)行整體驗(yàn)算。

5、結(jié)語(yǔ)

（1）在高層建筑施工中，于不同高度處新增大量夾層的工程案例在國(guó)內(nèi)較少報(bào)道，本工程為剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑新增夾層提供了一個(gè)案例，為以后的相關(guān)工程借鑒起到拋磚引玉的作用。

（2）改造工程施工需要充分考慮原結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，理論聯(lián)系實(shí)際，將新加構(gòu)建與原有構(gòu)件有機(jī)結(jié)合起來(lái)，才能避免如本工程所制定的方案一施工難度大，質(zhì)量無(wú)法保證的情況。

（3）本工程完工至今，新增加層無(wú)變形無(wú)裂縫，安全可靠。房屋加層改造涉及面廣，原建筑建造時(shí)間長(zhǎng)、變化大、情況復(fù)雜，要做到適用、經(jīng)濟(jì)、快捷難度很大，目前還沒(méi)有專門的加層設(shè)計(jì)法令性規(guī)定，因此設(shè)計(jì)前要廣泛收集資料，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，認(rèn)真分析資料，確定合理的結(jié)構(gòu)方案。

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