框架結(jié)構(gòu)樓改造加固設(shè)計(jì)探討

摘要：在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無論是在保障建筑安全還是在保證建筑外觀形態(tài)方面都占有重要戰(zhàn)略位置。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)框架結(jié)構(gòu)樓改造加固設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)樓;改造;加固設(shè)計(jì)

一、工程概況

某工程為4層框架結(jié)構(gòu)占地面積9960m²，總建筑面積4100m²，首層層高5.5m，其余各層均為5m，基礎(chǔ)為400錘擊預(yù)應(yīng)力管樁。原設(shè)計(jì)用作普通商場，樓面均布活載標(biāo)準(zhǔn)值為3.5kN/m²，現(xiàn)業(yè)主根據(jù)市場需求提出對(duì)2層局部進(jìn)行重新布局，改變其使用功能，需將樓面均布活載標(biāo)準(zhǔn)值提高到6.0kN/m²。因活載大幅增加，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)核發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載力不滿足要求，需對(duì)所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件和基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。

二、樓板加固設(shè)計(jì)

1、加固方案

原結(jié)構(gòu)樓板設(shè)計(jì)厚度為110mm，面層20mm，水泥砂漿抹面采用C25混凝土，I級(jí)鋼筋結(jié)構(gòu)尺寸及板內(nèi)配筋如圖1所示。

圖1" 樓板原配筋圖

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，決定采用加大截面法對(duì)樓板進(jìn)行加固，因該法投資較少，施工速度快且質(zhì)量有保證，為使加固后的樓板整體受力，必須將原板面鑿毛深約4mm，且每隔0.5m鑿出寬30mm，深10mm的凹槽作為剪力鍵，洗凈后澆筑40mm，厚的C30細(xì)石混凝土層使樓板厚度增至170mm。

2、荷載計(jì)算

原樓板自重3250N/m²，增厚部分自重1000N/m²，即恒載q₁=4250N/m²，活載q₂=6000N/m²，總荷載q=q₁+q₂=10250N/m²，計(jì)算簡圖如圖2所示。

圖2 荷載計(jì)算簡圖

3、內(nèi)力計(jì)算

各截面的總彎矩取值見表1。

表1" 板彎矩計(jì)算數(shù)（kN.m）

計(jì)算

邊跨

參數(shù)

跨中

支座

跨中

支座

M1k

2.54

-3.41

1.07

-2.57

M2k

3.59

-4.81

1.51

-3.62

Mz

8.09

-10.83

3.40

-8.17

注）M1k、M2k分別由q₁、q₂引起的彎矩;Mz=1.2M_1k+1.4M_2k

4、截面承載力計(jì)算

計(jì)算結(jié)果見表2，其中跨中截面h₁=170mm，h₀₁=155mm，支座截面h₁=170mm原板中負(fù)筋有效高度=95mm，新配筋有效高度=155mm可見支座處Mu=0.128，查表得=0.119，則Mu<=12.78>Mz，滿足要求。

表2" 截面承載力驗(yàn)算結(jié)果

計(jì)算

邊跨

參數(shù)

跨中

支座

跨中

支座

Z=rfy/fc

0.038

0.081

0.038

0.081

as（查表）

0.038

0.077

0.038

0.077

Mu

10.86

-7.42

10.86

-7.42

注）Mu為截面承載力，。

5、鋼筋應(yīng)力計(jì)算

對(duì)于邊跨跨中截面，有：

對(duì)于支座截面，后澆層處在受拉區(qū)，未出現(xiàn)鋼筋應(yīng)力超前現(xiàn)象，相反后補(bǔ)筋與梁中原配筋相比則存在應(yīng)力滯后現(xiàn)象，因此對(duì)連續(xù)板支座處補(bǔ)配的受拉筋應(yīng)力一般不必驗(yàn)算，整體加固如圖3所示。

三、梁、柱的加固設(shè)計(jì)

將2層樓板厚度增至170mm，活載增至6kN/m²，采用廣廈結(jié)構(gòu)CAD 軟件進(jìn)行整體分析計(jì)算，其結(jié)果為2層梁和首層柱配筋增大，部分梁柱出現(xiàn)超筋。

經(jīng)研究決定采用增大截面法對(duì)梁和柱進(jìn)行加固，由于需增補(bǔ)受力鋼筋故梁底需增高50mm，加上樓板加固時(shí)增高60mm，使得梁總高增加110mm，首層柱的四周外包80mm，厚混凝土層，則柱每邊加寬160mm，梁端彎矩取調(diào)幅系數(shù)0.8重新計(jì)算通過。調(diào)幅使梁端負(fù)彎矩減小并增加跨中彎矩使梁的上下配筋更均勻。但計(jì)算程序梁端彎矩調(diào)幅對(duì)次梁無效，結(jié)果顯示次梁由200×600改為200×710 后，底筋和支座負(fù)筋都比原配筋稍多但箍筋不變;框梁由300×800改為300×910后，由于梁高增大且梁端調(diào)幅其支座負(fù)筋相當(dāng)支座處不需加固而底筋相差較多，箍筋不變;框架柱由600×600 改為760×760后，由于截面增大，部分柱的配筋反而略為減少，只需加配構(gòu)造筋加大截面即可，而部分配筋增多的柱則根據(jù)增加配筋量采用加大截面法進(jìn)行加固。

1、次梁

次梁底筋和支座筋不需增加較多鋼筋，且原梁配筋率較低，故可采用增補(bǔ)受拉筋的方法進(jìn)行加固。由計(jì)算結(jié)果配筋減去原鋼筋面積，再除以0.9即為所需增配的鋼筋面積。增補(bǔ)筋與原梁的連接采用半焊接法，即先鑿去原焊接處混凝土保護(hù)層，并在跨中設(shè)置臨時(shí)支撐，然后分段把增補(bǔ)筋焊接在梁中原筋上，再噴射一層C30細(xì)石混凝土保護(hù)層，使增補(bǔ)筋通過焊接錨固和粘結(jié)固結(jié)，其受力特征可接近于原鋼筋，受力較可靠，次梁加固如圖4所示

其中鋼筋頭要求直徑≧20mm，長度≧5d（d為新增縱筋和原有縱筋直徑的較小值）且≦120mm，各鋼筋頭的中距≦500mm，每根增補(bǔ)筋焊點(diǎn)在點(diǎn)以上。

2、框梁

框梁通過增大梁高和梁端調(diào)幅，其支座負(fù)筋基本滿足要求，故支座處不需加筋處理，不過底部鋼筋增加較多，故采用與次梁相同的方法進(jìn)行底筋加固。

由于2層樓面荷載增大，致使部分首層柱配筋不能滿足要求，需補(bǔ)強(qiáng)加固，補(bǔ)強(qiáng)方案是在原有柱外圍加設(shè)80mm厚鋼筋混凝土圍套。通過框架計(jì)算簡圖計(jì)算柱內(nèi)力，就可確定各柱的缺筋量，除以0.9即為需增補(bǔ)的鋼筋量，加設(shè)封閉式箍筋8@200。混凝土柱后加主筋用植筋緊固于混凝土承臺(tái)上在樓板處貫通，原框架柱為C25，新澆混凝土為C30細(xì)石混凝土。為提高新舊混凝土接觸面的抗剪力增設(shè)f16銷釘（如圖5），為便于柱圍套內(nèi)混凝土澆筑，在柱頂板面開鑿了澆筑孔，開孔時(shí)保證原板筋不受損。

圖5" 框架柱加固大樣

4、基礎(chǔ)

原基礎(chǔ)采用400錘擊預(yù)應(yīng)力管樁，L≈20m，以中風(fēng)化砂巖為持力層，單樁承載力特征值1000kN，大部分為三樁和四樁承臺(tái)。根據(jù)改造要求對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行了分析計(jì)算，結(jié)果表明柱底軸力標(biāo)準(zhǔn)值有所增大，最大約280kN。考慮到管樁施工質(zhì)量較有保證，加上地質(zhì)條件較好（中風(fēng)化砂巖以上均為可塑硬塑的粘土層），且結(jié)構(gòu)已建成5年，樁基礎(chǔ)承載力可提高即單樁承載力可達(dá)1100kN，故可滿足要求至于底筋增大的幾個(gè)承臺(tái)，可加澆200mm厚的C30混凝土面層，以加大承臺(tái)厚度和減少計(jì)算配筋。

四、介紹語

該改造工程完工經(jīng)觀測(cè)沉降較均勻且不大，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，且新舊混凝土構(gòu)件交接處無裂縫結(jié)構(gòu)性能良好取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益為今后類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳宗澤.框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則及應(yīng)注意的問題[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2010，31（06）：56～57.

[2]張恒.建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些問題探討[J].民營科技，2010，25（03）：31～32.

[3]周俊，肖曉珊.建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)措施與技巧探析[J].建材與裝飾（中旬刊），2007，35（11）：78～79.