河北建筑工程学院河北张家口075000
摘要:在建筑物的使用过程中,我们往往会遇到一些针对原结构需要改变其使用功能,增加其建筑面积的情况。为此,这就需要保证原结构在施工改造后的可靠性能。本文针对一既有钢筋混凝土框架增设夹层后加固的工程案例,简述了当下几种常见的加固方法,并对此工程应用到的加固设计、施工方法进行了简要分析和介绍,希望能够对同行业类似工程的加固改造技术提供参考。
关键词:框架结构;增设夹层;加固改造
AnalysisoftheExpansionTransformationBuildingWithInterliningReinforceBasedontheR.C.Structure
Abstract:Intheprocessofuseofthebuilding,weoftenencountersomeoriginalstructureneedstochangeitsusefunctionandincreasetheconstructionarea.Therefore,itisneedtokeeptheoriginalstructureintheconstructionofreliableperformance.Basedonanexistingreinforcedconcreteframeafteraddinginterliningreinforcementengineeringcase,thispaperexpoundsthepresentseveralcommonreinforcementmethods,andatthesametime,introducedthestrengtheningdesignsandconstructionmethodsaboutthisengineering.hopingtoprovidesomerecommendationsforthereinforcementofsimilarprojectsinthesameindustry.
Keywords:Framestructure;mezzaninealternation;reinforcement
前言
目前在我国城镇建设中,很多建筑项目中使用较多的是钢筋混凝土结构,而随着社会的发展,人们往往通过对已有建筑进行夹层改建改造,扩大建筑使用面积,以此增加其使用功能。这样做不仅可以节省再建过程中消耗的资源,还能充分利用空间,减少扩建过程中对土地的征用。为了保证改造后建筑物结构的安全性与正常使用性不受影响,必须意识到新增夹层部分对原结构的受力性能所带来的影响。本文对混凝土框架楼工程实例的增设夹层加固进行了一些技术探讨,为同类教学、研究、设计及施工人员提供技术参考。
1案例概况
本工程位于石家庄市鹿泉区抱犊寨风景区东侧,建于2012年。由河北星巢先河房地产开发有限公司开发,该建筑原使用用途为宾馆,建筑层数为地下局部一层,地上二层,砼框架结构且局部有夹层,其中基础为柱下独立基础,建筑总高度为15.6m。建筑结构安全等级为二级,结构设计使用年限50年,结构构件耐火等级为二级,框架抗震等级为四级,抗震设防类别为丙类建筑,抗震设防烈度为6度。基础采用钻孔灌注端承摩擦桩,以碎石层作为桩基持力层,单桩竖向承载力特征值为1200KN,混凝土等级为基础垫层C15,过梁、圈梁、构造柱C20,承台、基础梁及拉梁为C30,主体结构为C30,受力钢筋为HRB400级。
该楼原有使用用途地下室为储藏间,一层会议室,板面标高-0.05m,二层厨房、宴会厅等,标高2.95m,夹层为机房、卫生间,标高7.25m,屋面标高14.6m;现由于业务使用功能的需求,甲方拟将夹层部分改造,于轴线4-7/B-C,3-4/C-H,3-5/H-J部分增设混凝土自承式楼板及钢梁,分别用于新建厨房、走廊及健身房,改造后新增建筑面积为778.16m2,如图一;为了保证原结构的安全,需要对改造后的建筑进行设计与加固。
图一修改结构平面图
2受力分析
采用YJKS1.8设计软件建立数据模型,并对改造后的整体结构进行受力验算及抗震性能分析,由于新建结构的扩建位于原结构夹层位置,故重点对扩建后新增板底钢梁的稳定性、夹层及其以下部分框架柱的承载力、新建位置周边附近梁与结构底部基础的受力性能给予着重考虑,如图二所示。经过软件分析后,总结并得出以下结论:
2.1新建夹层后,由于荷载加大导致承台桩的受力均有不同程度的上升,其中,位于新加钢柱底部作用下的桩基受荷达到了1800KN,远远超过了其持力层的承载力;基础承载力不足,必须采取有效措施,消除隐患。
2.2扩建后新增混凝土自承重板底的钢梁的承载力,局部稳定性,整体稳定性,以及其平面内外的稳定性能均能达到相关规定的设计要求。
2.3位于夹层标高部分的框架柱其受力强度并未超过其原有设计值,一、二层范围内的柱子只有轴线5与C交汇处的柱子其轴压比超限;需对此处的柱子加固。
2.4标高7.25m夹层部分周边位置的梁有五处分别有不同程度的配筋不足问题,需要对其进行加固。
2.5地下室梁,柱及其顶板受到的轻微影响可忽略不计。
原结构的相应构件与增设夹层后双方受力性能对比表统计如下:
图二加固构件平面位置
3常用加固方法
3.1柱的加固
柱的加固主要有以下几种,其中,增大截面加固法,此时应根据柱的类型、截面形式、所处位置及受力情况等的不同,采取相应的加固构造方式;新增混凝土等级应比原柱提高一级,且不宜低于C25,新增钢筋穿原结构梁、板、墙的孔洞应采用胶粘剂灌注锚固;外粘型钢加固法上下两端应有可靠锚固,纵向受力角钢应由计算确定,加固之前应将原构件截面的棱角打磨成圆角。新增预应力撑杆、缀板以及各种紧固件应进行防锈处理。
3.2梁的加固
梁主要采用增大截面法,增大截面的尺寸选择应符合构造规定。外粘型钢加固法可大幅度提高梁的承载力,粘贴钢板加固法,是用于补充梁的配筋量不足,达到提高截面承载力的目的。当采用钢绞线网片-聚合物砂浆外加层加固法加固梁前,应先清理、修补原构件,并按聚合物砂浆产品使用说明书的规定进行界面处理。
3.3基础的加固
当基础由于机械损伤、不均匀沉降、冻涨或其他非荷载原因引起开裂或损坏时,可采用注浆法进行加固;因设计错误或功能改变使荷载增大而导致基础承载力不足时,则应选择条基肋梁、柱基肋梁、条基加腋加固法。
4加固具体实施方案
经过分析,增层扩建后,由于荷载增加较多,原KZ14下的桩基础的单桩竖向承载力特征值与设计后的结果相差较大,为满足改造后桩基承载力要求及新旧桩基变形协调,对原桩桩位采取补桩加固法,新增单根混凝土端承摩擦桩,其持力层为碎石层,桩端全截面进入碎石层5m,新增桩基与原桩基尽量保持一致,加固后原桩位共计2根桩。
对于KZ14本身,由于其所缺配筋面积与原柱受力筋面积的比值较小,未扩建时其轴压比为0.67,上层增加钢柱后其值变为0.91(规范规定抗震四级框架结构轴压比限值0.90),轴压比影响轻微,综合考虑后,对柱子采取外层环向围束碳纤维布,如图3进行加固。
而梁由于受影响较大,需要考虑采取多种方式来进行加固,具体选择如下:
4.1对于配筋差值面积与原配筋面积比值在40%以内的,采用粘贴碳纤维布或粘贴钢板的加固形式进行加固梁;其中,当综合考虑钢筋强度、新旧受力折减系数、材料强度、加固材料厚度等因素后,由对应计算公式所算出来的纤维材料的铺贴层数大于3层数,则应采取粘贴钢板的形式,重新计算钢板所用的加固宽度。
图七
结论
(1)改造后的结构应满足现行相关规范、图集的受力及抗震要求,施工结束后要进行质量验收,对存在问题的环节应及时采取补强措施。
(2)通过本工程夹层扩建的优化设计,采取对基础补桩加固、柱的粘碳布加固、梁采用多种加固方式的方案,并进行了内力求解和承载力验算,得出此次结构整体加固效果良好的结论。
参考文献
[1]建筑结构荷载规范(GB50009-2012)[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.
[2]混凝土结构加固设计规范(GB50367-2013)[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.
[4]郭建.钢筋混凝土结构加固改造方法的研究及工程应用[D].湖南:湖南大学土木工程学院,2004,19-42.
[5]张诚正.房屋夹层设计中提高地基容许承载力20%~40%的分析与研究.建筑结构,1992(2)[6]朱晓玲.结构工程设计中的混凝土加固中措施[J].江西建材,2014(01):23.
[7]陈志,刘军.某框架结构加固与加层改造工程分析[J].建筑结构.2010(05).
[8]李文胜.粘钢加固钢筋混凝土梁的试验研究与理论分析[D].武汉:武汉理工大学,2002.
[9]吴刚.安琳.吕志涛.碳纤维布用于钢筋混凝土梁抗弯加固的试验研究[J].建筑结构,2000,30(7):3~6.
[10]杨伟,曾波.某研发中心新增夹层结构整体分析[J].江苏建筑.2014.S1.14-19.