南方某市建筑加固設計

孫兆陽

（中國中元國際工程有限公司 北京 100089）

1 導言

近十幾年來，中國建筑行業蓬勃發展，不計其數的高樓大廈拔地而起，國人正在經歷著一次居舍以舊換新的浩大工程。與此同時，很多老舊建筑雖然年代久遠，但是其本身結構仍然完好，尚具有一定的使用價值。將既有建筑重新改造，是對能源的充分利用，具有生態文明建設的深刻意義。下文中則以一工程實例介紹某市建筑加固的初步設計。

2 項目概況

項目位于中國南方某市。抗震設防烈度：6度0.05g，地震分組為第三組，場地土類別：II類。場地內無液化土和濕陷性土；地下水水位較高，為正負0標高下1.0m。基本風壓：0.40kN/m2。

建筑為一座高層建筑，地上7層，1層、2層層高為4.9m，3層至7層層高均為3.9m，建筑總高29.3m；建筑含一層地下室，地下室層高5.4m。柱網9.0m×9.0m，原設計混凝土標號：C35。結構體系為框架結構，基礎類型為樁基礎。該建筑尚處于設計使用年限中（50年），原建筑使用功能為廠房，改造后建筑使用功能為辦公樓，室內使用空間主要為辦公室、會議室、活動室等，地下室為車庫，本次改造中不含地下室，使用功能因而未改變。

3 設計過程

3.1 準備工作

根據《混凝土結構加固設計規范》在結構加固前，應根據建筑物種類，對建筑進行可靠性鑒定和抗震鑒定。上述工作在初步設計階段前已經預先完成，不再詳述。

本項目中，需要確定建筑使用年限，對于加固類的建筑，其使用年限常規設計為30年，對應結構重要性系數為1.0，本次設計采用30年使用年限。本項目原建筑為廠房，抗震設防類別為丙類，改造后為辦公樓，抗震設防類別為丙類，框架結構的抗震等級未改變。本設計的內容應含有：對承載力不足的構件（板、梁、柱、基礎）進行加固，對結構進行抗震驗算復核。

3.2 荷載取值

建筑原使用功能為廠房，樓地面及天花僅簡單抹灰，無隔墻布置，原板面活荷載取值為3.0kN/m2。改造后建筑為辦公樓，樓地面和天花板增加地磚、吊頂等裝修材料，使用區域增加很多隔墻用于分隔辦公區域，板面活荷載取值主要為2.0kN/m2。由上所述，雖改造后樓面活荷載減小，但因各層均室內裝修和隔墻增加，整體的恒荷載增加很多，原構件的承載力可能已經無法滿足改造后要求，故必須對各層平面及整體進行驗算，并采取相應加固措施。

3.3 梁板設計

梁板設計屬于結構局部加固。在計算過程中，將竣工圖中的結構構件信息完成輸入到計算模型中，同時輸入改造后荷載，計算梁板配筋。計算結果顯示，部分樓板和梁承載力已不能滿足設計要求，應進行加固設計。本設計中梁板加固采用了兩種方法：增大截面法，粘貼碳纖維法。

增大截面法主要用于需要大幅度提高承載力的混凝土構件。設計中，部分次梁與主梁因為局部房間隔墻較多，原設計已經遠遠不能滿足承載要求，對于這部分梁，設計采用了增大截面加固法。增大截面加固法，對梁截面進行增大，受力鋼筋重新布置。計算時，將增大后截面輸入到整體計算模型中，使其滿足承載力和配筋率的要求，增大后截面與原截面的差值就是新增截面的數值。具體設計內容為，部分梁下部加高200mm，部分梁下部加高150mm，新增下部鋼筋植筋到主梁或柱中，下部鋼筋按彎矩圖包絡設計，不全部植入原混凝土中，避免原構件開洞較多、植筋過密等不利情況。

粘貼碳纖維法用于對結構承載力提升需求不高的混凝土構件。粘貼碳纖維主要用于梁板抗彎承載力加固。粘貼碳纖維法對梁板結構破壞小，施工方便，外觀上對結構影響微乎其微，相比于其他加固方法對于提高梁板抗彎承載力具有明顯優勢。計算時，對于樓板，將承載力不足的樓板板底雙向設置碳纖維，根據碳纖維凈截面面積計算出樓板加固后承載力，使其滿足改造后承載力要求；對于梁，將梁底通長鋪設碳纖維，計算出加固后的梁承載力，使其滿足改造后承載力要求，部分梁根據需要增加碳纖維的層數，以增大承載力提高的幅度。

3.4 柱設計

柱屬于結構的豎向構件，整體荷載的增加對柱尤其是底層柱影響十分巨大，本建筑處于低烈度區，下層柱截面大部分由軸壓比控制，荷載增大后大部分下層柱軸壓比已經不能滿足《建筑抗震設計規范》中的要求，因此應對柱進行加固設計。降低柱軸壓比最簡單且最直接的方法只有增大截面法。設計時，先將增大后柱截面代入模型進行計算，復核柱軸壓比，確保柱軸壓比滿足規范限制要求，然后確定柱增大后截面。經設計，首層和二層柱截面長寬各邊均增加80mm，澆筑材料為C45高強灌漿料。

3.5 抗震驗算

本次加固改造中，結構整體恒荷載增加較多，地震作用會根據重力荷載代表值增大而增大。設計中將結構整體模型代入到計算軟件中驗算，當地為低烈度區（Ⅵ度），地震力組合并不起控制作用，構件均根據重力荷載設計，本次設計未進行抗震加固。

3.6 地基基礎驗算

本項目采用樁基礎，地下室底板采用梁板式防水板。設計過程中，按照竣工圖將地基參數和基礎形式輸出到計算模型中，復核地基和構件強度，經計算，由于原設計中地基承載力和基礎均比較富余，原地基基礎可以滿足增大后的上部荷載。

地勘報告顯示，地下水水位很高，改造過程中，新增了大量構件作為永久荷載，對建筑整體抗浮有利，故未進行整體抗浮驗算。改造內容中不含地下室部分，建筑布局和使用功能無變化，因此未進行防水板局部驗算。

地基基礎初步設計中未采取措施。

4 結語

上述內容簡要敘述了該建筑的加固改造設計，設計結論可以滿足初步設計的深度要求。在建筑的使用過程中，其功能不一定一成不變的，往往在此過程中，要涉及到結構加固改造的內容。因此，我們在設計新建筑的同時，也不能忽略既有建筑的加固設計，望此文可以對后續設計人有所幫助。

[1]《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2013）.

[2]《建筑抗震設計規范》（GB50010-2010）（2016年版）.

[3]《工程結構可靠性設計統一標準》（GB50153-2008）.