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崔晓明等 在役建筑结构加固技术 1 0 7 I N I 1 0 ． 1 3 9 0 5 ／ j ． c n k i ． d w j z ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 4 0 在役 建筑结构 加 固技术 崔晓明 ， 包宇航 ， 张世凯 1 ．黑龙江建筑职业技术学院 ， 哈尔滨1 5 0 0 2 5； 2 ．哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院 ， 哈尔滨1 5 0 0 0 1 【 摘要】 目 前 ， 我国有大量的在役建筑因存在安全性能、 使用功能等方面的问题而需要改造和加固。而在 役建筑的改造和加固往往会面临加固改造方案是否合理、 加固后的建筑是否满足安全性能和使用功能等要求。 针对以上问题， 本文以某三层钢筋混凝土框架结构的抽柱改造为实例 ， 开展研究工作。 【 关键词】 钢筋混凝土框架结构； 加固改造； 数值分析 【 中图分类号】 T U 7 4 6 ． 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 5 0 9 0 1 0 7 0 3 建筑结构的改造加固是对由于使用功能变化的 影响， 导致结构或构件不能满足正常的使用要求和安 全要求的在役建筑结构进行相应 的改造加固技术处 理的过程。本文通过三层框架结构抽柱改造的算例 模拟抽柱改造过程， 详细研究抽柱改造的方法以及改 造过程中的关键 问题， 运用 S A T WE等有 限元分析软 件建立合理的模型， 并对结构、 构件受力性能及整体 指标进行数值模拟分析。同时运用 S A T WE对拟改造 后的建筑结构建模并进行有限元分析 ， 预估改造后结 构的受力， 基于此判断出结构改造的关键问题， 从而 提出对结构的加固方案。 1 工程概 况 工程模型为三层钢筋混凝土框架结构 ， 其所在地 场地类别为 I I 类， 抗震设防烈度为 7度， 抗震等级为 三级 ， 设计地震分组为第一组， 地面粗糙程度为 A类。 该结构层高 3 6 0 0 ra m， 填充墙材料为3 0 0 m m厚陶粒墙。 基础形式采用柱下独立基础 ， 基础埋深 一2 ． 0 m， 基础 所用混凝 土为 C 2 0混凝 土。结构梁 、 板 、 柱 均采用 C 3 0 混凝土。原结构平面布置图如图 1 所示。 鲤 I ● l r 『-}T m iI-r r n T i i l ㈠ i l l i I I l I l I lI I Il ～l一 图1 原结构平面布置图 由于建筑使用功能发生变化， 需将原结构改造加 固。改造要求 将本结构第二层⑥轴 、 ⑩轴与⑤、 ⑦、 ⑧、 ⑩轴相交处框架柱抽 出， 将⑧、 ⑩轴与③ 、 ⑩轴相 交区域的梁及相应位置的板除去 ， 将本结构第三层⑥ 轴、 ⑩轴与⑤、 ⑦、 ⑧、 ⑩轴相交处框架柱抽出， 将第三 层梁、 板 ， 全部除去并重新设计施工。改造后形成一 平面尺寸为3 8 ． 4 m1 7 ． 7 m， 高为 7 ． 2 m的大空间。 2 结构抽柱后有 限元分析 2 ． 1 P MC A D建模 通过 P MC A D’ 建立工程模型， 运用 S A T WE有限元 软件进行分析。依据原设计 文件、 建筑结构荷载规 范， 以及结构使用功能的变化 ， 结构荷载标准值取值 如表 1 所示。外墙恒荷载标准值 7 ． 2 k N ／ m， 女儿墙恒 荷载标准值 1 ． 5 k N ／ m。 表 1 改造后结构荷载取值 k N n l 2 ． 2 S A ， I WE运行结果分析 1 结构 自振周期及周期 比。改造后， 结构第 一 平动 T ， 1 ． 1 1 7 2 s ， 第一扭转周期 0 ． 9 8 0 5 s 与 之比为 0 ． 8 8 ， 比抽柱前结构周期 比增大了 0 ． 4 5 。说 明， 改造导致结构整体刚度分布变得不合理 ， 结构扭 转效应过大， 但是由于周期比没有超过 0 ． 9的限值， 不 需做额外的加固措施。 2 在刚性楼板假定下 ， 改造后 ， 结构在各方向 地震作用下， 层间最大位移角如表 2所示。通过表 2 可以看出， 改造后 ， 位移角没有超过1 ／ 5 5 0 的限值。 表 2 改造后结构在各方 向地震作用 下 。 层 间最大位移角 3 位移比。改造后， 结构考虑偶然偏心影响 1 0 8 低温建筑技术 2 0 1 5年第 9期 总第 2 0 7期 的规定水平地震力作用， 各作用及作用方向下 ， 方向 最大层间位移与平均层间位移的比值， 最大为 1 ． 0 8 ， Y 方向最大层 间位移与平均层间位移 的比值， 最大为 1 ． 1 7 。与原 结构相应值 相 比， 有 所变化 ， 但 仍小 于 1 ． 2 ， 符合规范要求。因此， 加固时， 无需考虑结构位移 角变化的影响。 4 刚 重 比。改 造 后 ， 方 向最 小 刚 重 比 1 6 ． 5 2 ， y方向最小刚重比 1 6 ． 3 3 。改造导致了结构 的 重量和外荷载的变化， 和改造前的结构相比， 第一层 和 y 方 向刚重 比分别增加 了 5 ． 8 ％ 和 5 ． 5 ％ ， 第二层 和 y 方向刚重比分别降低了 5 ． 3 ％和 8 ． 3 ％， 第三层 和 y 方向刚重比分别降低了 1 7 ％和 2 4 ％。从总体上 说， 根据 高层建筑混凝土结构技术规程 ⋯规定， 改 造后 ， 结构仍满足结构整体稳定性的的要求， 鉴于原 结构已经考虑重力二阶效应的不利影响， 加固时无需 考虑结构刚重比变化的影响。 5 刚度比。原结构的抽柱改造使结构二层和 三层结构构件减少 ， 其质量和刚度降低， 导致结构整 体的刚度及 刚度分布产生很大的的变化。改造后结 构一层刚度仍然较小， 考虑到原结构已将一层作为薄 弱层 ， 做 1 ． 2 5 放大倍数处理， 改造加固时无需考虑结 构刚度 比变化的影响。 6 剪重比。由于结构外荷载 以及 自重的变 化， 结构剪重比有所改变。第一层、 二层、 三层 方向 剪重 比分别 增加 2 ． 6 ％ 、 2 ． 5 ％ 、 一0 ． 3 ％ ，Y方 向剪 重 比2 ． 9 ％、 2 ． 3 ％、 一1 ． 1 ％， 仍然满足规范对结构剪重 比的要求。因此 ， 改造加固时无需考虑结构剪重 比变 化的影响。 ． 7 柱轴力及轴压 比。由于结构 自身的变化以 及荷载 的变化 ， 改造前后 ， 柱 的轴 力发 生 了明显变化 。 B ／ 1 轴位置处柱的轴力几乎没有变化 ， B ／ 3轴位置处 柱的轴力减少 1 2 3 k N。而 B ／ 5 、 B ／ 7轴位置处柱的轴力 分别增加 1 7 0 ． 5 、 2 2 8 ． 4 k N， 直 接导致 两柱轴 压 比增 大。 抽柱后 ， 最大轴压比为 0 ． 8 9 ， 已经不满足规范要求 ， 需 要进行加固处理。 2 ． 3 拟改造后配筋图以及与原配筋结果的比较 1 拟改造前后柱配筋的对 比。①一层框架柱 除轴压比增大的个别柱纵筋略有增大之外 ， 其余柱纵 筋配置没有变化； ②二层柱除④、 ⑩轴与③、 ⑩轴相交 处四个柱子纵向配筋无变化外， 其它柱子配筋都有增 加。此外， 框架柱箍筋无变化。 2 拟改造前后梁配筋的对比。①一层梁的配 筋无变化 ； ②一层③、 ⑩轴的梁， 各跨底筋略有减少， 但两个边跨外侧支座负筋配筋梁有大幅度增加； 拟改 造后的④ 一 ⑩轴各梁 ， 外侧支座负筋配筋梁增加。 3 结构加固的关键 问题及 建议 基 于对本结构改造后 内力重 分布 的分析 ， 加 固时 应把重点放 在解 决结 构 刚度分 布 不均匀 和 局部 构件 承载力不足上 根据对拟改造后结构 S A T WE分析结 果， 对因刚度不足已采取 1 ． 2 5倍放大系数处理， 与原 结构放 大 系数相 同 ， 因此结 构刚度 问题 可不 做讨论 。 在处理 局部 构件 承载力 不 足的 问题 上 ， 需 解决 ①针 对改造后轴压 比超限的框柱做加固处理； ②对改造后 内力发生变化的框架梁进行承载力验算和超筋验算 ； ③对改造后承载力不足的框架梁做加 固处理 ； ④对改 造后超钢梁做加固处 理。 对该结构可提出如下加固建议 1 为保证结构的安全性和稳定性， 采取先加 固后 改造 的顺序 ， 避免 改造 过程 中 ， 结构 因承 载力 不 足导致受损和坍塌。 2 充分 考虑 到结构 加 固后 ， 加 固材料 和混 凝 土之间可能发生的剥离破坏。加固柱时， 要采取一定 措施 ， 保证对角钢的横 向约束； 加 固梁时， 要保证足够 的锚固长度 ， 并采取增加剪切螺栓等措施增强对构件 的径 向约束 。 4结构加 固方案 根据原设计资料所提供的基本参数， 对原框架结 构进行计算复核， 得到最不利组合下的内力值 ， 并对 拟改造后的结构进行计算分析， 根据计算结果， 判断 出性 能上 弱化 的结构 或构 件 ， 将其 需 要加 固的构 件 ， 视为加固的关键问题处理。根据 G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 混 凝土加固设计规范 ， 提出加固方案， 对所需加固的 构件进行加固。 1 柱的加固。本结构柱加固采用型钢加 固的 方法。以一层部分⑩／ ⑦柱为例依据加固规范， 加固 方法见 图 2 ， 角 钢 与 原 柱 之 间 注 入 改性 环 氧 树 脂 胶 黏剂 。 2 梁的加 固。本结构梁采用粘贴钢板法加 固， 以二层⑧ 一 ⑩／ ⑦梁为例， 加 固方法见图 3 ， 选用粘贴 3 m m厚 ， 1 0 0 m m宽的 Q 2 3 5钢板。 角钢 板与角钢焊缝 11 1 2 柱加固示意图 11 t 3 粱加 固示意图 3 预应力梁及屋面板配筋。依据 预应力混 凝土结构设计及工程应用 改造后结构楼盖⑧ ～ ⑩／ ⑤ 、 ⑦、 ⑧、 ⑩轴间设计为预应力梁。采用后张法有 王寿华 某医技门诊楼结构设计 l 0 9 DO I 1 0 ． 1 3 9 0 5 ／ j ． c n k i ． a w j z ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 4 1 某医技门诊楼结构设计 王寿华 广州市城市规划勘测设计研究院 ， 广州5 1 0 0 6 0 【 摘要】 通过介绍实际工程医技楼的结构设计分析 ， 突出了医疗建筑结构设计考虑使用功能复杂变化以 及需多专业配合的特点。论述了医疗建筑医技楼结构设计考虑要点以及其解决要求。 【 关键词】 医技楼 ； 等效活荷载； 超长混凝土 【 中图分类号】 T U 2 6 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 { 2 0 1 5 0 9 - O 1 0 9 - 0 3 1 工程概况 本工程为某三甲医院的医技门诊楼， 工程地下一 层， 地上 5 层 ， 总高度为 2 3 ． 5 m， 其地下一层为车库 以 及部分的医技用房， 建筑面积为 2 6 0 0 0 m ， 地上 5层为 部分门诊和部分医技， 中间通过走廊相连， 地上部分 建筑面积 4 5 7 0 0 m 。工程采用混凝土框架结构体系， 抗震设 防烈度 为 6度⋯， 设 计基 本地震 加速 度为 0 ． 0 5 g ， 其抗震设防分类为乙类 ， 抗震措施提高 1 度 按 7度设防。全楼框架抗震等级为三级。基础采用预 应力管桩， 地基基础设计 等级为甲级 ， 建筑结构安全 等级为二级， 设计使用年限 5 O年， 基本风压为 ∞。 0 ． 5k N／m 。 2地基基础设计 根据甲方提供勘察报告， 该场地地下水对钢筋混 凝土结构中的钢筋及混凝土结构微腐蚀性 ， 地基土的 液化等级为中等液化。抗浮设计水位为室外地面。 本工程场地揭露基岩为石炭系石灰岩。覆盖层 主要为陆相冲洪积形成地层 ， 岩性复杂 ， 包括淤泥、 淤 泥质土、 黏土、 粉质黏土、 粉土、 砂土、 碎石土 主要 为 卵石 ， 以淤泥质土、 黏土、 粉质黏土、 粉土和卵石 为 主。综合当地施工条件 ， 已有项 目的施工经验以及甲 方对项 目工期的要求 ， 本工程采用 5 0 0 P H CA B型 管桩 ， 壁厚 1 2 5 m m。有效桩长约为2 5～ 3 5 m， 桩端持力 层微风 化石灰 岩层， 单桩竖 向抗 压承 载力特 征 值 1 2 0 0 k N 。采用静压法施工， 终 压值为 2 8 0 0 k N， 复压 2 次， 每次3 5 s 。在穿卵石层时， 压力可适 当加大， 但 最大终压值不宜超过 5 0 0 0 k N。尽量避免断桩。且穿 透卵石层， 不得在卵石层终孔。 3 主体结构计算分析 ． 3 ． 1 结构 平面布置 根据医疗建筑设计 的特点 以及建成后 甲方使用 功能可能比较灵活的要求， 本工程次梁布置采用单向 板布置， 对于比较短的内隔墙以及以后灵活布置的轻 质隔墙， 墙下不再设置次梁。对于不在次梁上的墙体 的重量折算到楼板上。 本工程柱 网尺寸 比较均 匀， 多为 8 ． 4 m8 ． 4 m。 粘结预应力混凝土梁设计。预应力索形取四段抛物 线形， 以曲线在跨中的最低点 C点为原点， 抛物线为 对称曲线， 反弯点水平位置取 0 ． 1 2 5 L 2 ． 1 2 m。预应 力总损失按张拉控制应力的3 0 ％考虑。配筋计算结 果如表 3所示， 普通钢筋采用三级钢。 表 3 预应力梁配筋 5结语 运用 S A T WE有限元软件 ， 对拟改造后结构进行 有限元分析， 可以发现抽柱改造不仅会对结构 刚度及 结构的刚度分布产生很大影响 ， 还会导致局部构件内 力发生骤变。依据计算结果和所确定的拟改造后结 构的薄弱环节以及相关规范和技术标准， 对柱的加固 采用外包角钢法 ， 对梁的加 固采用粘贴钢板加固法， ’ 并对所需要加的固构件给出了加固方法 ， 并设计了改 造后形成的大跨大空间结构中所用的预应力梁。 ． 参考文献 [ 1 ] J G J 3 2 0 1 2 ， 高层建筑混凝土结构技术规程[ s ] ． [ 2 ] G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 ， 混凝土结构设计规范[ s ] ． [ 3 ] 李晨光， 薛伟辰 ． 预应力混凝土结构设计及工程应用[ M] ． 北 京 中国建筑工业出版社 ， 2 0 1 3 ． [ 收稿日期】 2 0 1 5 0 4 2 0 [ 作者简介】 崔晓明 1 9 8 1 一 ， 女， 山东牟平人， 讲师， 研究方 向 建筑工程 。