檔案館的加固改造設計

江蘇城歸設計有限公司，江蘇 無錫 214061

隨著社會經濟的快速發(fā)展，房地產行業(yè)迅速崛起，過度開發(fā)導致部分企業(yè)資金供應不足，出現(xiàn)爛尾樓問題，如何有效地利用這些爛尾樓是一個社會問題。文章通過實際案例，闡述了將某一擱置多年的地下室加固改造為檔案館的設計方法和思路，可為同類結構加固改造提供參考。

1 工程背景及概況

案例工程始建于2010年，原設計為31層的公寓及2層商業(yè)裙房，分別為剪力墻結構和框架結構。由于各種原因，該工程在完成基礎及地下一層頂板施工后便停止施工，成為爛尾樓。2016年，投資主體更換后擬建設為檔案館。綜合考慮造價、施工工期、社會影響等多方面因素，經過多方案比選，最終確定設計方案如下：充分考慮檔案館的功能要求及現(xiàn)狀條件，盡量利用原有基礎和地下室，空間布局、平面尺寸均結合已有的柱網體系，盡量減少轉換。

地下室原主樓區(qū)域剪力墻較多，布置成設備用房；原裙房范圍對應區(qū)域柱網規(guī)整，布置為停車位。因為使用功能的重大改變，所以必須對基礎及地下一層結構的梁板柱墻進行加固改造。新建檔案館為長99.3m、寬38.5m的3層框架結構，中間由鋼結構連廊相連，將上部混凝土結構主體分為左右兩部分，地下室面積為4752m2，長105m，寬約52.9m。地下一層平面圖見圖1。

圖1 地下一層平面圖（單位：mm）

2 加固改造設計

2.1 檢測鑒定分析

由于該項目閑置多年后重新設計施工，因此必須請專業(yè)的檢測機構對該地下室的工程質量進行檢測和可靠性鑒定。鑒定檢測的主要結論如下：（1）地下室結構體系、主要承重構件平面布置及尺寸基本符合原設計圖紙。（2）地下室外觀質量較差，外墻有裂縫，部分已經出現(xiàn)滲水，部分裙房頂板裂縫與外墻貫通。（3）部分框架柱、梁、板的鋼筋直徑及間距不滿足原設計要求。（4）用鉆芯法檢測混凝土構件強度，基本符合原設計要求。（5）將該房屋地基基礎作為一個結構體系，根據(jù)《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》（GB 50144—2019）7.2.1條規(guī)定，經驗算其承載力滿足《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB 50007—2011）規(guī)定的要求，評定為B級。

2.2 基礎的加固改造

基礎的加固改造設計主要圍繞地基承載力和底板承載力兩部分進行。

（1）地基承載力驗算。原主樓為2000mm厚的樁筏基礎，筏板底位于3-2粉土夾粉質黏土中，承載力特征值為160kPa；原二層商業(yè)下地庫為450mm厚的筏基，筏板底位于3-1黏土中，承載力特征值為220kPa。經過深度修正后，地基承載力特征值分別為223kPa和292kPa，能夠滿足設計要求。但是由于原主樓下滿堂布置600mm直徑的預應力管樁，地基剛度明顯高于裙房部分，兩者差異較大。根據(jù)當?shù)毓こ探涷灒『线m的基床系數(shù)進行模擬計算，得出相鄰柱基的沉降差小于0.002，整體傾斜小于0.004，能夠滿足規(guī)范要求。同時設計采取加大裙房與主樓的連接部位的地梁截面、加大裙房筏板厚度、加大梁筏配筋等措施減少不均勻沉降。該工程從地庫加固完成后立即開始沉降檢測，每施工完一層都要觀測一次沉降情況，結構封頂后每隔半個月觀測一次沉降情況直至沉降穩(wěn)定。其沉降變形圖見圖2，從圖2中能看出基礎剛度的差異，最終沉降量與計算接近，滿足設計要求。

圖2 沉降變形圖

（2）底板承載力驗算。由于裙房荷載大幅度增加，原裙房部分地下室的梁筏基礎已經不能滿足設計要求。經過商量，允許采用在原裙房筏板基礎上再疊加樓板的加固方法。經計算，典型板厚由原450mm增加至600mm、梁厚由800mm增加至950mm，能滿足大部分梁板設計要求。地下室底板及梁的典型加固大樣見圖3。

圖3 地下室底板及梁的典型加固示意圖（單位：mm）

地庫③～④軸柱距離達到9700mm，水平方向地梁按加高截面已經完全不能滿足設計要求，為減小跨度，在地梁跨中設置一道250mm厚的混凝土墻，縱筋植入底板及地庫頂板相應框架梁中，可以很好地解決該跨地基梁承載力不足的問題。

2.3 柱的修復加固

地下室范圍內框架柱軸壓比及正截面承載力不滿足要求的采用高強灌漿料擴大截面的加固方法，斜截面不滿足要求的采用外包碳纖維的加固方法。擴截面及外包碳纖維加固的典型截面做法見圖4。

圖4 框架柱擴截面及外包碳纖維加固的典型截面做法（單位：mm）

2.4 梁的修復加固

對地下室頂板部分承載力不滿足要求的混凝土梁采用擴大截面或黏鋼進行加固，地下室頂板梁加固示意圖見圖5，擴截面加固梁典型做法見圖6。

圖5 地下室頂板梁加固示意圖（單位：mm）

圖6 擴截面加固梁典型做法（單位：mm）

黏鋼加固方法施工簡單，不增加構件截面尺寸，但對施工工藝要求和膠水質量要求較高，其承載力提升有限且表面防護較困難。采用黏鋼加固后，其正截面受彎承載力的提高幅度不應超過40%。由于該工程加固幅度較大，部分梁頂可采用黏鋼+梁端底加腋方法來提高承載力，典型節(jié)點做法見圖7、圖8。

圖7 梁底加腋+梁頂黏鋼做法（單位：mm）

圖8 梁黏鋼加固示意圖（單位：mm）

2.5 板的修復加固

原地庫頂板結構標高種類較多，大部分標高為-0.60m，變電所位置標高為-1.10m，商業(yè)部位標高為-0.33m。該建筑改為檔案館后，頂板的結構標高為-0.05m，因此需要將板面抬高，既保證建筑標高及面層強度，又不能過多增加結構自重，根據(jù)不同高度采用不同的方式進行加固。主要采用疊合板+BDF鋼質網箱體+現(xiàn)澆板、疊合板+加氣混凝土砌塊+現(xiàn)澆板的方式，地下室頂板的加固見圖9。

圖9 地下室頂板加固圖（單位：mm）

其中，鋼網箱現(xiàn)澆混凝土樓蓋空腔樓蓋技術（BDF）是根據(jù)樓板的厚度及跨度，選用合適厚度的鋼網箱作為內模，現(xiàn)場澆筑混凝土，制成空腔樓蓋的整套技術，具有結構整體性好、自重輕、保溫隔聲耐火性好及施工方便等特點。該技術已經通過由住房和城鄉(xiāng)建設部科技發(fā)展促進中心組織的建設行業(yè)科技成果評估會。板面負筋不足部分可以通過加大疊合現(xiàn)澆層的配筋實現(xiàn)，對板底受力筋不足主要采取粘貼碳纖維，碳纖維加固板底示意圖見圖10。

圖10 碳纖維加固板底示意圖

2.6 加固注意事項

加固工程中的新增部分與原有結構能否共同作用很大程度上取決于施工質量。

（1）梁柱板加大截面注意事項。①清除混凝土表面的油污、浮漿，并將灰塵清理干凈。新舊混凝土澆筑界面通過鑿毛、充分濕潤、接漿（或使用界面劑）進行處理，保證連接面質量及可靠性。②按產品說明進行灌漿料拌制。澆筑過程中應適當攪拌使氣體自由溢出，確保澆筑密實。澆筑完成后應采取相應的措施進行養(yǎng)護。

（2）黏鋼加固注意事項。①黏鋼加固表面應首先進行除銹和清潔處理。②黏鋼應采取措施保證鋼板中的膠水不能空鼓。

（3）拆除注意事項。在加固改造過程中，無論是構件的鑿除還是卸載都會涉及現(xiàn)場構件拆除，稍不注意就會造成嚴重的施工事故，因此必須注意以下內容：①在拆除前應對需要拆除范圍做好標記，以免誤拆。②涉及主體部分的混凝土構件鑿除，應先在周邊構件設置有效支撐，以保證支撐體系的穩(wěn)定。③對不需要保留鋼筋的構件應盡可能采用整體切割工藝，避免損害保留部分。④拆除的建筑垃圾應即拆即運，不得在樓板上進行堆載，應嚴格按《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB 50204—2015）進行施工。

3 結構計算

該工程主體結構的內力與位移按彈性方法計算，采用了盈建科建筑結構設計軟件YJK對整個結構進行分析計算。設計使用年限為50年，抗震設防烈度為7度，場地類別為二類，特征周期為0.35s，框架抗震等級為三級。加固設計時，必須考慮原有結構實際受力狀況、加固部分與原有結構共同作用的程度、應力滯后等因素。加固后結構整體計算指標均能滿足規(guī)范要求。

4 結論

該項目為廢棄建筑物的改造利用提供了一個切實可行的實踐案例，通過合適的方式進行加固改造，可以極大降低成本，縮短工期，取得良好的社會效益和經濟效益。

（1）混凝土結構加固前應根據(jù)建筑物的種類，按現(xiàn)行國家標準《工業(yè)建筑可靠性鑒定標準》（GB 50144—2019）和《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB 50292—2015）進行結構檢測或鑒定。

（2）該工程的地基基礎加固是難點，必須充分考慮原有基礎形式所造成的地基剛度差異。通過加厚筏板、加大梁高、增加大跨范圍的剪力墻，可以達到增強剛度、減少不均勻沉降、提高基礎承載力的目的。

（3）地下室頂板采用疊合板+BDF鋼制網箱體+現(xiàn)澆板的加固方式，既能減少自重，又能滿足建筑標高的要求。

（4）對于梁柱板等不滿足要求的構件和部位，根據(jù)相關規(guī)范流程進行設計和驗算，采用合理的方案進行加固，滿足結構整體性和構件的要求。