如何利用宽柱双梁框架结构改造加固砌体结构

如何利用宽柱双梁框架结构改造加固砌体结构

彭发英

彭发英

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司510000

摘要:在不改变建筑外立面的情况下，采用先施工托换框架，待其形成强度后再拆除被托换的承重墙体，利用宽柱双梁框架结构对砌体结构进行加固改造，拆除内墙，获得大空间。该加固方法考虑了结构传力体系、基础受力情况的改变，外墙与内部框架的连接以及建筑功能要求。通过一砌体结构旅馆建筑改造成大空间商场、商务用房的实例，说明采用宽柱双梁框架结构对现有砌体结构进行加固改造方法的应用和研究，加固改造设计采用PKPM软件对结构进行力学分析，通过对设计内力包络图的分析和整理，选取内力最大的构件作为典型开展砌体结构加固改造设计研究，从而构建兼具平面功能要求、抗震性能要求的结构体系。同时，为了使改造工程更加安全可靠，以提高结构的整体抗震能力，提出了设置剪力栓、浇筑钢筋网叠合层等构造措施。

关键词:宽柱双梁;加固改造;砌体结构;剪力栓;框架结构

20世纪50—80年代建成的建筑大部分为砌体结构，这些建筑往往位于城市的核心部位。随着城市的发展，业主将既有砌体结构改造成大空间的要求越来越多。有的为改造泵房，需要将原泵房内部分内墙进行拆除;也有的为改善办公条件，将2个小开间合并为大开间;有的拆除多道墙体，将住宅、办公楼等由局部改为较大空间的公共建筑;特别是沿街的民用房屋，将底层部分区域改变使用功能，改造成银行或通信公司营业厅。

砌体结构进行大空间改造难度大、风险高，采用框架托换技术可以有效地达到改造目的。该技术的特点是先施工托换框架，待其形成强度后再拆除被托换的承重墙体，达到安全、可靠、方便、快捷的目的。

钢筋混凝土梁托换(双梁托换、单梁托换)、型钢框式托换等方法可用于加固改造工程中。双梁托换即在待拆墙体的顶部两侧或内部采用增加2根对称的梁形成格构式梁，并且新增梁通过拉结筋与原墙体圈梁连接在一起，形成组合，与梁共同承担荷载。单梁托换就是在待拆墙体的顶部，采用1根托梁，以托换顶部待拆墙，并在新增梁两端的下方新增混凝土柱，与原来的部分端墙形成组合柱。型钢框式托换是用型钢梁柱作为托换框架代替需拆除的墙体。

美国土木工程师学会等机构与学者对结构加固与改造也进行了相关研究。文中通过一个砌体结构旅馆建筑改造成大空间商场、商务用房的实例，说明采用宽柱双梁框架结构对现有砌体结构进行加固改造方法的应用和研究，以用于指导工程应用。

1工程概述

工程原为地上3层的旅馆建筑，其使用功能为宾馆，为砌体结构，该楼原有建筑平面如图1所示，原设计使用楼面活荷载为2.0kN/m2。根据业主的使用功能要求，将原①－?的第1层改为大空间的商场，第2，3层改为商务办公。这样需对原第1－3层的①－?承重砌体局部进行拆除并加固改造。改造后建筑平面如图2所示。

图1原有建筑平面示意图

图2改造后建筑平示意图

2加固改造方案

工程中，采用宽柱双梁框架结构进行加固改造，其技术特点:由原墙两侧托换双梁和新增托换柱组成的宽柱双梁框架结构，代替原承重的砌体结构。①－?轴加固改造后的结构平面如图3所示。框架式托换示意图见图4。

图3改造后结构平面示意图

在采用宽柱双梁框架结构对本工程改造加固过程中，荷载的传递路径如下:上部荷载首先由第3层双梁承担，宽柱再将第3层双梁传递来的荷载有效地传递至第2层双梁，最后再由第2层双梁将荷载均匀地传递到下部结构。

图4“宽柱双梁”剖面示意图

3加固改造计算

改造后的结构为宽柱双梁框架结构，混凝土等级为C30，钢筋采用HRB400，抗拉强度设计值为360N/mm2，按地震烈度7度设计。基础、地梁、屋盖构件均为二类a环境，其余为一类环境。柱、梁、板的混凝土保护层厚度分别为30，25，15mm。内力计算采用PKPM软件，对设计内力包络图整理分析，结果见表1－3，表中M为弯矩，Q为剪力，N为轴力。为了减少构件类型，选择内力最大的典型构件进行计算，其他同类构件的配筋与之相同。由表1可知中框架梁在第1层②轴处的内力最大。新增框架梁截面为200mm×450mm为200mm×500mm)，设置在原有圈梁的两侧。根据GB50010—2010《混凝土结构设计规范》(以下简称《规范》)计算梁正截面及斜截面配筋得每根梁支座配置218+122(表示2根直径为18mm和1根直径为22mm的HRB400钢筋，下同)，梁底部配置318;每根梁支座配置218+122，梁底部配置218+122。每根梁箍筋选用双肢箍8@100/200(表示8mm的钢筋，加密区间距为100mm，非加密区间距为200mm，下同)。改造后的第2，3层楼面梁配筋图如图5所示。

图5改造后的第2，3层楼面梁配筋图

由表2可知中框架柱在第1层轴处的内力最大。新增框架柱截面为400mm×700mm，按照规范设计其配筋，X方向配置422，Y方向配置322。柱箍筋选用菱形100/200。由表3可知中基础梁在②轴处的内力最大。新增基础梁截面为300mm×800mm。根据《规范》计算基础梁正截面及斜截面配筋得?－?每根梁的梁顶和梁底对称配置420;每根梁箍筋选用双肢箍8@100/200。

4加固改造构造

通过改变结构体系，不仅改善了建筑物平面功能，又使加固后的建筑物能够达到较高的抗震性能目标。该工程结构体系简单、规则，传力合理，易于提高整体结构的抗震能力。另外工程中还采取了以下构造措施:1)新增柱和墙体构造。常见的框架结构均是先浇筑框架，然后在框架梁上砌筑墙体。墙体荷载直接由框架梁承担，然后传递至框架柱，再至基础。而该工程在浇筑框架前，墙体就已经存在，新加固的框架柱在外墙的内侧，墙体荷载直接传至基础，且沉降已经完成。为了保证加固后的框架和外墙能够在地震发生时共同工作以抵抗地震作用，因而在框架梁、柱与外墙相接处按照GB50367—2006《混凝土结构加固设计规范》采用植筋的方法，设置间距500mm的剪力栓，将框架柱与墙体拉结成整体。

为了保证传力的可靠性和双梁的整体性，预制板下的双梁间每隔一段距离设置了214@500的剪力栓。另外，该工程还通过增设小连梁200×500(450)@2000的方法以加强双梁的共同工作;原有圈梁作为安全储备。

原结构的楼面结构为预应力混凝土空心板，其活荷载标准值为3.0kN/m2，经验算不需要加固。考虑到建筑物中大量采用了预制板，其整体性较差，因此在改造设计时，在原预制板上浇筑钢筋网叠合层，以达到增强预制板整体性的目的

该工程原基础为墙下钢筋混凝土条形基础。由于拆除了原有承重墙体，故传给地基的荷载没有增大，经计算原基础宽度满足新建筑物的要求。但为了保证新加框架柱较好地传力给原基础，即将原墙下钢筋混凝土条形基础的底板作为新的柱下条形基础的底板，在其上新浇筑框架基础梁。基础梁与上部框架同样采用双梁形式。梁间设置连梁，同时在新增基础梁与原基础之间仍设214@500的剪力栓，以保证共同工作。

工程经改造后，结构体系发生改变，外墙由原承重墙变为自承重维护墙。由于建造时间较早，砌体和砂浆标号都有所降低，为了保证墙体抗震承载力，对墙体部分采用双面钢筋网砂浆面层进行加固(即采用6@200双层钢筋网，面层的砂浆强度采用M10，厚度为35mm)。

施工注意事项:

①由专业施工队伍进行施工;

②框架结构施工完毕后，需待强度满足规范和

设计要求后，才能进行原墙体的拆除;

③施工过程中注意对原房屋的检测。

参考文献:

[1]郭樟根,刘佳亮,孙伟民,左从武.FRP加固砌体结构的研究与应用[J].南京工业大学学报(自然科学版),2008(01):105-110.

[2]王曙光,苗启松,刘金龙,刘伟庆,杜东升.砌体结构外套预制钢筋混凝土墙板加固及隔震加层振动台试验研究[J].建筑结构学报,2012,33(11):99-106.

[3]王赟.砌体结构新型加固技术研究进展及实用建议[J].震灾防御技术,2016,11(02):314-321.