CFST柱在單跨結構中的抗震加固設計與應用研究★

龍建文 植嘉生 莊 妍

(1.廣州市建筑科學研究院新技術開發中心有限公司，廣東 廣州 510440； 2.廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司，廣東 廣州 510440)

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CFST柱在單跨結構中的抗震加固設計與應用研究★

龍建文1植嘉生1莊 妍2

(1.廣州市建筑科學研究院新技術開發中心有限公司，廣東 廣州 510440； 2.廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司，廣東 廣州 510440)

以某單跨框架結構為研究對象，從減小對既有建筑功能連續使用的干擾，縮短改造工期等方面考慮，對比分析了新增鋼管混凝土(CFST)柱和現澆鋼筋混凝土(RC)柱兩種加固方案對既有結構抗震性能的影響，最終采用了鋼管混凝土新增結構柱的抗震加固方式。

單跨結構，抗震加固，鋼管混凝土柱，建筑功能

0 引言

單跨結構具有超靜定次數少，抗震性能差的特點，在2008建筑抗震設計規范修訂中已明確甲、乙類建筑以及超過24 m的丙類框架結構不應采用單跨結構。

目前國內外針對單跨結構常用的抗震加固措施主要有柱改墻、消能減震和新增結構柱或支撐等方式[1，2]，其中柱改墻和消能減震的加固措施需要長時間中斷建筑功能的使用。而目前較常采用的新增結構柱的加固方式，由于施工空間的影響，以及支模、綁扎鋼筋、灌漿等多工藝流程的影響，增加了施工難度和施工周期，同樣在一定程度上也制約了既有建筑功能的持續使用。國內外已有學者提出采用搖擺結構等抗震加固方法[3，4]，但目前應用還相對較少。

本文以某抗震加固項目為例，基于目前比較成熟的新增結構柱加固技術，提出新增鋼管混凝土(CFST)柱的抗震加固措施，一方面可以采用鋼管柱增加預制率，起到縮短工期作用；另一方面利用鋼管混凝土柱不支模的工藝特點，降低施工難度，縮短工期。

1 項目概況

工程為廣州市荔灣區某中學綜合樓，為1993年建成的7層鋼筋混凝土框架結構，建筑高度27 m，經檢測鑒定該綜合樓屬于重點設防類(乙類)建筑，設防烈度為7度，其結構布置與構造鑒定按提高1度(即8度，一級抗震)的要求進行核查。該建筑橫向(Y方向)以單跨為主，不滿足抗震鑒定要求，須進行加固處理。綜合樓結構平面如圖1所示。

2 抗震加固分析

項目主要因橫向采用單跨結構，不滿足抗震構造要求，提出幾種抗震加固方案進行比選(見表1)。對比可以發現新增結構柱的加固方式對原建筑功能的影響最小，其中新增CFST柱的加固方式可減少工藝流程，在人工成本較高的情況下具備一定優勢。根據項目特點，防止改變原建筑空間和功能，選用增加結構柱的加固方案。

表1 加固方案比選

為縮短工期，避免中斷原建筑功能的持續使用，最后選定對采用新增現澆RC柱和新增CFST柱的兩種方案進行對比分析，新增柱截面統一采用400 mm×400 mm，混凝土等級均為C30，其中鋼管壁厚4 mm。對結構加固前后進行設防烈度地震計算，得到計算結果如表2所示。

表2 加固后地震周期

計算結果顯示以扭動為主的地震周期均在第三階，分析發現其中加固前的周期比為0.91>0.90，不滿足規范要求；采用新增RC柱、CFST柱加固后的周期比為0.86和0.85,均小于0.90，符合加固目標要求，因此新增結構柱的加固方式合理有效。

由計算結果可知，對結構整體周期有明顯降低作用，主要因為新增柱加固方案提高了結構整體的抗側剛度。

采用新增柱的加固方式使結構最大層間位移角增大，主要因為增加剛度導致其余構件的彈性內力發生改變，部分構件位移變大，針對該現象可采取適當減少新增柱數量，僅需保證局部單跨部分承擔的剪力或傾覆力矩小于總的50%即滿足規范要求[5]；此外，對比位移角變化量，其變化率小于5%，且都在規范控制范圍內，可忽略其影響。

由表2對比新增CFST柱和新增RC柱兩種加固措施發現，采用前種措施加固后的周期和最大層間位移角有所降低，抗震作用優于新增RC混凝土柱。

3 結語

目前對單跨結構抗震加固措施種類繁多，本文主要針對新增結構柱的方式，采用鋼管混凝土柱和現澆鋼筋混凝土柱兩種不同措施情況進行對比分析。

研究表明采用鋼管混凝土新增結構柱的方式能夠較好的滿足單跨結構的抗震加固要求，在一定程度上可縮短工程周期，避免中斷建筑功能的持續使用。

[1] 張敬書,潘寶玉.現行抗震加固方法及發展趨勢[J].工程抗>震與加固改造,2005,27(1):56-62.

[2] 李麗梅.建筑結構抗震加固設計研究[J].山西建筑,2016,42(8):57-58.

[3] 周 穎,呂西林.搖擺結構及自復位結構研究綜述[J].建筑結構學報,2011,32(9):1-10.

[4] Loghman V, Khoshnoudian F, Banazadeh M. Effect of Vertical Component of Earthquake on Seismic Responses of Triple Concave Friction Pendulum Base-isolated Structures[J]. Journal of Vibration and Control,2015,21(11):2099-2113.

[5] 謝良法,張華紅,張維旭,等.全國民用建筑工程設計技術措施2009——結構(結構體系)[M].北京:中國計劃出版社,2009:23-24.

Anti-seismic reinforcement design and application study of Concrete-Filled Steel Tubular columns for single-span structures★

Long Jianwen1Zhi Jiasheng1Zhuang Yan2

(1.TechnologyDevelopmentCenterofGuangzhouInstituteofBuildingScienceCo.,Ltd,Guangzhou510440,China； 2.GuangzhouTestingCentreofConstructionQualityandSafetyCo.,Ltd,Guangzhou510440,China)

This paper set a single span frame structure as the research object. By considering the comprehensive factors of shortening construction period and avoiding the interruption to existing building functions. This paper contrasts and analyzes the effects of the reinforcement measures that increasing Concrete-Filled Steel Tube(CFST) column and increasing Reinforced Concrete(RC) column to the seismic performance of existing structure. It finally adopts seismic reinforcement method of combining steel tube concrete with structural column.

single-span structures, anti-seismic reinforcement, Concrete Filled Steel Tube, building function

1009-6825(2017)07-0026-02

2016-12-25 ★：廣州市建筑科學研究院有限公司科技進步資金項目(項目編號：17K00010)

龍建文(1988- )，男，碩士，助理工程師； 植嘉生(1990- )，男，助理工程師； 莊 妍(1982- )，女，高級工程師

TU352

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