某綜合辦公樓加層加固結構設計方案

馬瑞斌

(煤炭工業太原設計研究院，山西太原 030001)

某綜合辦公樓加層加固結構設計方案

馬瑞斌

(煤炭工業太原設計研究院，山西太原 030001)

以某綜合辦公樓為例，根據結構加固設計原則，對鋼筋混凝土框架結構的加層加固改造設計方案進行了研究，并分析了基礎加固、框架柱加固、梁板加固、剪力墻加固等加固方法的特點及具體構造要求，以達到良好的加固效果。

加層加固，植筋，外粘鋼，外粘碳纖維布

1 工程概況

該工程為某企業辦公大樓，于2011年6月設計完成，原設計為地上8層，地下1層，總建筑面積為8 080m2，建筑高度為29.85m。地下部分主要以設備用房為主，地上部分主要以辦公、會議為主。設計采用鋼筋混凝土框架結構，基礎為梁板式滿堂紅基礎，樓(屋)面為現澆鋼筋混凝土梁板結構。

2013年，由于企業規模擴大，原有辦公大樓的辦公面積無法滿足現在企業的使用要求。根據甲方要求在原辦公樓頂增標準辦公樓層(約1加2層800 m2)，以滿足企業人員的辦公需求。

2 設計原則

1)加固設計要對原結構進行力學分析，了解原結構的受力形式，以確定設計時的力學計算方向。結構加固時的力學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，結構力學進行分析與計算是加固設計的理論基礎。通過力學計算，可以明確原結構的弱點所在，進而確定設計的思路，選定加固方法。

2)對加層以后的整體結構進行力學分析，明確所加部分對原結構的影響程度，以確定在現有的加固方法下，原結構是否能滿足加層后的整體結構強度要求。因為無論哪種加固方法對結構承載力的提高都是有限的，所以加層后的原結構構件強度差值必須是在現有的加固方法的可提高范圍之內。

3)在加固過程中會對原結構造成一定的破壞，所以加固方法的選用應在盡可能少破壞原有結構的原則下進行。

3 設計思路

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，減小新加混凝土構件的斷面，內部采用輕質隔墻板進行房間分割。同時，盡可能保持上下柱網尺寸不變，使平面布置更加靈活。

2)經計算分析，增加2層后，地震力對原結構的影響明顯增大。為了減小地震力對原框架的不利影響，可在結構適當的位置增加一些剪力墻，使結構體系由原來的鋼筋混凝土框架結構改為框架—剪力墻結構。這樣可以有效的減少原框架所承擔的地震力，使整體結構的地震周期、位移等重要指標滿足規范要求。

3)地基和基礎的問題:本工程采用天然地基，基礎落于卵石層上，根據地質報告該層卵石的地基承載力特征值為300 kPa，滿足加層后的地基承載力要求。且經過兩年的使用及地基的壓密效應，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，只需對基礎梁板進行強度加固。

4 加固方法

1)基礎加固:該工程采用鋼筋混凝土梁板式滿堂紅基礎，基礎梁斷面為500×1 000，筏板厚度為600 mm。通過對基礎梁截面的驗算，基礎梁斜截面抗剪承載力滿足設計要求，正截面抗彎承載力存在不足:a.基礎梁上部跨中彎矩較大，原配筋不能滿足要求，可在基礎梁頂部兩角外包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，角鋼與基礎梁采用結構膠粘牢;b.基礎梁底部負彎矩較大，原配負筋不能滿足要求，由于在基礎梁底部采取加固措施難度較大，可在梁頂支座負彎矩處加250×1 000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:框架柱在整個結構中承擔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。通過加層后的結構整體計算，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構膠充分粘結，這種方法對構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:梁是框架結構的主要構件，且數量較多。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，用結構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，用結構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“壓結鋼片+射釘”進行附加錨固，碳纖維布可根據計算粘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，用結構膠將200 mm寬碳纖維布在需加固樓板的雙面雙向粘貼，間距根據計算確定。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件，以分擔框架所承受的水平地震力。新加剪力墻與原有構件的連接處，鋼筋采用植筋錨固。

5 加固構造要求

1)新舊混凝土的連接。

新澆混凝土強度應比原構件設計混凝土強度提高一級;為了增加新舊混凝土間的結合能力，原構件結合面應進行鑿毛處理，鑿去一切風化疏松層、碳化銹裂層及嚴重油污層，直至完全露出堅實的基層為止，并在此基礎上鑿毛，使表面凸凹差不小于4 mm，然后用水沖洗干凈;混凝土澆筑前，原混凝土表面應涂刷界面結合劑一道，隨涂隨澆。

2)植鋼筋。

鋼筋植入前應除銹，錨孔應采用鉆孔成形，不得用手鑿，孔內應采用壓縮空氣吹凈并用水沖洗，植筋用膠粘劑應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氧類或改性乙烯基脂類的膠粘劑;植筋時應根據現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，其錨固部位的原構件混凝土不得有局部缺陷，若有局部缺陷，應先進行補強或加固處理后再植筋;當植筋的直徑大于20mm時，應采用A級膠;鋼筋植入孔內，建議孔徑見表1。

表1 孔徑參數表 mm

3)外粘鋼。

用磨光機打磨原構件混凝土粘合面，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，表面應清洗干凈，并將原構件截面的棱角打磨成半徑不小于7 mm的圓角;采用外粘鋼加固混凝土構件時，應采用改性環氧樹脂膠粘劑進行充分灌注，并用夾具將鋼板或型鋼夾緊;外粘型鋼的注膠應在型鋼構架焊接完成后進行。

4)外粘碳纖維布。

碳纖維布粘貼前應清除被加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層，并用修復材料表面修復平整;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3 400 MPa;在受彎加固時，應使碳纖維布的纖維方向與被加固構件軸線方向一致;在受剪加固時，應使碳纖維布的纖維方向與被加固構件軸線方向垂直;粘結碳纖維布的膠粘劑必須是專門配制的改性環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大于4%。

5)需加固的混凝土結構。

其長期使用的環境溫度不應高于60℃;必須先進行加固施工，等加固施工全部結束構件達到設計強度后方可進行上部加層部分施工;構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構;植筋鉆孔時不得破壞原構件中的鋼筋;對使用膠粘方法加固后的構件，應定期檢查其工作狀態，檢查的時間間隔不應遲于10年。

6 結語

以上是本人對工程加固技術的一些認識和設計心得。該工程現已全部完工，并投入使用，效果良好。現代社會飛速發展，技改工程、提標項目越來越多，加固技術必將在工程設計中得到更加廣泛的應用。

［1］ GB 50367—2006，混凝土結構加固設計規范［S］.

［2］ CECS 146∶2003，碳纖維片材加固混凝土結構技術規程［S］.

［3］ 06SG311—1，混凝土結構加固構造［S］.

The strengthening and extending structure design scheme of a com prehensive office building

Ma Ruibin

(Coal Industry Taiyuan Design and Research Institute，Taiyuan 030001，China)

Taking a comprehensive office building as an example，according to the structure reinforcement design principle，this paper researched the strengthening and extending reconstruction design scheme of reinforced concrete frame structure，and analyzed the characteristics and specific construction requirements of foundation reinforcement，frame column reinforcement，beam and slab reinforcement，shear wall reinforcement and other reinforcementmethods，in order to achieve good reinforcement effect.

strengthening and extending，reinforced bars，sticking steel，sticking carbon fiber cloth

TU318

A

1009-6825(2015)29-0040-02

2015-08-06

馬瑞斌(1979-)，男，工程師