成都某商业中心结构加固改造设计--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

成都某商业中心结构加固改造设计

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：袁龙科

[导读] 摘要：以成都市某商业中心项目结构加固改造为例。

        中航工程集成设备有限公司深圳分公司广东深圳 518000
        摘要：以成都市某商业中心项目结构加固改造为例。设计对原有结构进行了局部加层、增加游泳池、开洞、补洞等改造工作。对改造后的建筑进行整体分析，结果满足规范要求。工程采用了植筋、加大截面等多种方法完成了对原结构的加固和改造。本文从总体设计，加固改造方法，节点设计等几个方面对结构加固改造进行总结和分析，为类似结构设计提供参考。
        关键词：框架结构；加固改造；植筋
        随着社会的高速发展，承载着社会消费需求的商业中心业态也在时刻更新。为迎合消费需求的改变，许多原建筑功能及建筑立面均需要更新。成都市某商业中心此次大范围调整商业业态及流线。结合规范及经验做法，对改造设计过程予以介绍，并对特殊节点设计予以详细说明。并可为类似改造项目的结构设计提供参考。
        1 工程概况
        本工程位于成都市成华区，包括4栋塔楼及6层底部商业裙房和4层地下室。塔楼为住宅，采用剪力墙结构，裙房为商业采用框架结构。塔楼和裙房之间采用200mm宽抗震缝分隔。项目总建筑面积约50万平方米，其中商业裙楼部分约13万平方米。现由于建筑功能改变及中庭流线调整，对其进行了外扩、增层、开洞、补洞等一系列改动。2018年对该工程进行加固改造，主要改造内容有：楼梯、扶梯、电梯调整，部分洞口封堵，新开部分洞口，增加游泳池，增加影院，局部抽柱，形成影院大空间。现已竣工验收，建筑各项功能运营良好。
        2 设计基本情况
        2.1 楼面荷载
        原设计商业楼面活荷载按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）[1]（以下简称荷载规范）取值3.5kN/m2。
        2.2 风荷载
        计算风荷载作用下位移及结构承载力时，风荷载按50年一遇基本风压0.30 kN/m2。
        2.3 地震作用
        按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010<2016年版>）[2]（以下简称抗震规范），成都市抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第三组，设计基本地震加速度为0.10g，水平地震影响系数最大值为0.08，场地特征周期为0.45s，建筑场地类别为II类。
        2.4 抗震等级
        根据《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008）[3]，由于本工程裙房商业面积超过17000m2，裙房定义为乙类建筑。根据抗规6.1.1~6.1.2条，裙房按8度设防烈度确定抗震等级，如表1所示。
        表1 抗震等级分类

        2.5结构材料
        混凝土：根据《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）[4]（以下简称加固规范）第4.1.1条，结构加固用的混凝土，其强度等级应比原结构、构件提高一级。计算时，采用与原设计相同的混凝土强度等级。
        钢筋：原设计钢筋均采用HRB400钢筋。本次设计新增构件钢筋均采用HRB400。
        填充墙：原设计采用M5专用砂浆和A5.0加气混凝土砌块。本次设计，内隔墙采用混凝土轻质墙板（砌体重力密度≤9.0 kN/m3，不应抹灰），可有效减轻自重，减少工艺流程，降低施工难度，提升施工效率。
        3 加固改造设计的后续使用年限、安全等级及设计标准
        3.1 后续使用年限
        按照加固规范3.1.7条，本项目改造设计的后续使用年限为30年。未改造部分使用年限为原设计年限。
        3.2 安全等级
        原设计根据《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）[5]第1.0.8条，建筑结构安全等级为二级。改造后结构构件根据《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB50068-2018）[6]第3.2.1条，安全等级也为二级。
        3.3 整体计算结果及设计标准
        因本工程属于框架结构，原设计结构布置较为合理，本次改造后，经PKPM计算分析，主要计算结果均满足现行规范要求，结构具有良好的抗震性能。
        4 加固改造方法及注意事项
        本工程为已建成项目，裙房主体结构已封顶，住宅塔楼业主已入住。现场施工场地有限，商砼运输较困难。结合建筑功能要求，本着尽可能减少改造工作量、尽可能利用原有结构，减少拆除量、尽量避免增加荷载等原则，指定加固改造方案。按30年后续使用年限对整体结构进行复核。并根据复核结果，综合采用改变受力途径、增大截面、包钢、植筋、黏贴碳纤维等多种加固方法。
        4.1 贴碳纤维法（CFRP）加固方法
        碳纤维复合材料（CFRP）加固方法具有高强、质轻、极好的耐腐蚀性以及施工便捷、适用面广等特点，受到了广泛关注，根据已有研究[7]，对钢筋混凝土梁采用碳纤维复合材料加固，使其极限荷载有明显增幅，表明在钢筋混凝土梁受拉区配置适量CFRP布加固对钢筋混凝土梁受力性能有较大幅度提升，且对钢筋混凝土梁的刚度也有显著增强作用。
        根据加固规范10.2.10条，钢筋混凝土结构构件加固后，其正截面受弯承载力的提高幅度，不应超过40%。
        4.2 外包型钢加固法
        外包型钢加固法是一种广泛采用的混凝土构件加固方法，按其与原构件连接方式分为外粘型钢加固法（也称湿式外包钢加固法）和无粘结外包型钢加固法（也称干式外包钢加固法）；均适用于需要大幅度提高截面承载力和抗震能力的钢筋混凝土柱及梁的加固。
        本项目采用型钢（角钢）外包在原构件四角，并在混凝土构件表面与外包钢缝隙间灌注高强水泥砂浆或环氧树脂浆料，同时利用横向缀板或套箍作为连接件，以提高加固后构件的整体受力性能。混凝土柱四周包裹角钢后，可在不显著增加构件截面尺寸的前提下，大幅提高柱的承载能力。同时该方法在加固过程中现场工作量小，加固后构件的整体稳定性好、受力可靠且构件的截面尺寸基本不变。对建筑功能影响较小。
        根据加固规范9.2.11条，钢筋混凝土结构构件加固后，其正截面受弯承载力的提高幅度，不应超过40%。
        加固大样如图1和图2所示。

        图1 外包型钢加固大样一

        图2 外包型钢加固大样二
        4.3 增大截面加固法
        增大截面加固法是加固改造工程非常常用的一种方法，是通过增加梁的横截面积并配合植筋进行加固，广泛应用于已有建筑物的加固改造工程。加固大样如图3和图4所示。

        图3 梁加宽大样

        图4 梁加宽加高大样
        增大截面加固法相较于其它加固方法，还具备一个特有的优点：当正截面受弯承载力的提高幅度超过40%时，其它加固方法不适用时，可选用增大截面法。
        4.4 小结
        综上所述，在实际工程中，建议按照如表2取值进行加固方法选用。
        表2 加固方法

        5 特殊节点设计
        5.1 新增悬挑梁设计的两种方法
        新增悬挑梁一般根部配筋数量较多，直径较大。若采用植筋方法，则需在一般构件植筋深度的基础上乘以放大系数1.5，植筋深度过深，施工操作困难，对柱损伤过于严重，一旦植筋胶失效，后果严重。因此尽量避免采用植筋方法新增悬挑梁。
        第一种方法：本工程采用柱包钢焊钢牛腿，将钢筋混凝土悬挑梁上下部纵筋焊于牛腿翼缘上的方法，避免密集植筋，保证悬挑梁的安全可靠。
        第二种方法：采用柱包钢+钢梁悬挑结构，悬挑过大部分，在三分之一支点处布置斜撑。此方法符合结构受力，同时为超静定结构，有足够安全储备。
        5.2 梁柱核心区加固方法探讨
        梁柱核心区，根据强柱弱梁原理，如结构梁增幅较大，并且柱截面承载力也应相应加大。则梁柱节点核心区。
        新西兰著名工程师Pauly的相关研究[8]指出，当调幅幅度控制在30%以内时，由于塑性铰区箍筋加密，能够满足对截面曲率延性增加的要求。
        结论：30%以内，梁柱核心区建议不处理。超过30%后，根据以上论述，此时应优先采取加大截面法。同时核心区也需要增加延性。建议核心区加大混凝土截面。
        6 结论
        （1）应根据荷载增加幅度以及现场条件，采用合理的加固方法。避免对主体结构产生过大损坏。
        （2）通过加固，可实现小震不坏，大震不倒的设计目标。
        （3）类似方法可提供给类似工程一定借鉴。
        参考文献：
        [1]金新阳等.GB50009-2012，建筑结构荷载规范[S].中国建筑工业出版社，2012.
        [2]黄世敏、王亚勇等.GB50011-2010（2016年版），建筑抗震设计规范[S].中国建筑工业出版社，2016.
        [3]王亚勇、戴国莹等.GB50223-2008，建筑抗震设防分类标准[S].中国建筑工业出版社，2011.
        [4]梁坦等.GB50367-2013，混凝土结构加固设计规范[S].中国建筑工业出版社，2015.
        [5]GB50068-2001，建筑结构可靠度设计统一标准[S].中国建筑工业出版社，2002.
        [6]GB50068-2018，建筑结构可靠性设计统一标准[S].中国建筑工业出版社，2019.
        [7]赵彤，谢剑，戴自强.碳纤维布提高钢筋混凝土梁受剪承载力试验研究[J].建筑结构，2020，30（7）：21-25.
        [8]Pauly T，Priestley M J N.Seismic design of reinforced concrete and masonry buildings[M].NewYork：JohnWiley & Sons，Inc.，1992.