某辦公樓屋面增設(shè)水箱可行性分析與加固設(shè)計(jì)

徐海軍

(甘肅省建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司，甘肅 蘭州 730070)

1 概述

1.1 工程概況

某辦公樓(以下簡(jiǎn)稱該樓)，位于甘肅省蘭州市，該樓設(shè)計(jì)建造于1993年，為地上7層(局部8層)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用人工成孔灌注樁基礎(chǔ)[1]。根據(jù)現(xiàn)行GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)的規(guī)定[2]，該樓抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，地震分組為第三組。

1.2 可行性分析目的

該樓在設(shè)計(jì)建造伊始未設(shè)置消防水箱，現(xiàn)為了滿足消防要求，業(yè)主方擬在該樓七層屋面增設(shè)消防水箱，消防水箱選用國(guó)家建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖集《矩形給水箱》12S101中尺寸為3.0 m×5.0 m×2.5 m、公稱容積為37.5 m3的不銹鋼水箱[3]。為確定其可行性，需對(duì)該樓屋面增加消防水箱進(jìn)行荷載計(jì)算分析，確定該樓在增設(shè)消防水箱后結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力是否滿足要求。若結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力不滿足要求，則對(duì)其進(jìn)行加固處理[4]。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

2.1 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

該樓設(shè)計(jì)建造于1993年，混凝土齡期已超過(guò)1 000 d，因此，采用回彈法對(duì)該樓七層混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，并采用鉆芯法對(duì)回彈結(jié)果進(jìn)行修正，具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1～表3。檢測(cè)結(jié)果表明：該樓7層框架柱、框架梁、現(xiàn)澆板混凝土強(qiáng)度推定等級(jí)均為C25。

表1 框架柱混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

表3 現(xiàn)澆板混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

2.2 鋼筋配置檢測(cè)

根據(jù)規(guī)范要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在該樓7層抽取5根框架柱、5道框架梁和5塊現(xiàn)澆板，共15個(gè)構(gòu)件，采用鋼筋探測(cè)儀對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋配置進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明：所檢測(cè)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件鋼筋配置均滿足設(shè)計(jì)要求[5]。

3 計(jì)算分析

3.1 參數(shù)選取

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，采用SATWE計(jì)算軟件對(duì)該樓增設(shè)水箱后在靜力作用下主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力進(jìn)行驗(yàn)算，具體參數(shù)選取見(jiàn)表4。

表4 計(jì)算參數(shù)選取表

3.2 水箱布置

考慮到該樓屋面主梁軸線尺寸為3.6 m×6.0 m，選用不銹鋼水箱，尺寸為3.0 m×5.0 m×2.5 m，滿水情況下總重量為20 kN+375 kN=395 kN，水箱布置方式如下：

1)放置于樓板上：水箱位置如圖1所示，水箱產(chǎn)生樓面均布恒載18.5 kN/m2。

2)放置于新增鋼反梁上：水箱位置如圖2所示，鋼梁間距為1 000 mm，鋼梁上均布線荷載為22 kN/m，鋼反梁支座反力為39.6 kN。

3.3 計(jì)算分析

針對(duì)以上兩種布置方式對(duì)該樓結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力分別進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 非地震工況下結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)消防水箱直接布置于該樓7層10～11×B～D樓板時(shí)，該區(qū)域部分梁、板配筋不滿足計(jì)算要求；當(dāng)消防水箱布置于該樓7層10～11×B～D樓板新增鋼反梁時(shí)，該區(qū)域部分梁配筋不滿足計(jì)算要求。

4 加固設(shè)計(jì)

根據(jù)《國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集：矩形給水箱》(12S101)總說(shuō)明第6.9條“水箱底部應(yīng)架空，距地面不宜小于0.5 m”的規(guī)定，應(yīng)采用增設(shè)鋼反梁的方式增設(shè)水箱。通過(guò)增設(shè)鋼反梁將新增水箱荷載傳遞至框架梁上，水箱布置位置長(zhǎng)跨方向框架梁(10×B～D，11×B～D)承載力不滿足計(jì)算要求，采用外粘型鋼進(jìn)行加固處理，其施工工藝流程為：基層處理→放線下料→型鋼、鋼板表面處理→型鋼骨架制作及安裝→注膠→防護(hù)面層施工→檢查、記錄等，鋼材采用Q235B鋼，焊條采用E43型焊條，植筋用的膠粘劑采用改性環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠粘劑。具體加固做法見(jiàn)圖3,圖4。

5 結(jié)語(yǔ)

在既有建筑屋面增設(shè)水箱，由于水箱荷載一般都比較大，會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。因此，首先要對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢測(cè)，確定其質(zhì)量情況，然后按照實(shí)際情況將水箱荷載布置于樓板進(jìn)行計(jì)算分析。由于規(guī)范要求布置水箱時(shí)，底部應(yīng)架空，且距地面不宜小于0.5 m，因此，一般采用增設(shè)鋼反梁的方式布置水箱，將新增水箱荷載傳遞至原有承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。當(dāng)增設(shè)水箱后，原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件不能滿足計(jì)算要求時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行加固處理，一般采用增大截面法和外粘型鋼法。在實(shí)施過(guò)程中， 應(yīng)按照工程具體情況選擇合適的加固方法，以期能夠達(dá)到最好的加固效果。