某办公楼改造为商务酒店结构加固设计.pdf

图 2 标 准层结构 平面布置(单位：mm)天然状态下可塑状，勘察在 2 0个钻孔巾有 4 个钻孔揭露到充填 黏土溶洞，溶洞垂直高度为 0 3 00 6 0 ir l，钻孔见洞率 2 0。(5)地下水：根据钻探揭露，地下水主要为上层滞水和基 岩裂隙水。根据勘察报告显示，场地岩土对建筑材料无腐蚀性。(6)场地土类 型：勘察场地 内未发现有影响工程稳定性 的 不 良地质现象。2 2 基础类型建议 该建筑物可采用人工挖孔桩基础。以石灰岩为桩端持力 层。该建筑场地各土层 自上而下的分布情况及主要设计参数详 见表 1。表 1 工程地质报告提供的岩土性能参数 层序 土层 名称 层 厚()f a k(k P a)压缩模量(M P a)杂填土 2 1 4 0 1 O 0 粉质黏土 2 1 4 0 2 6 0 l 5 1 0 石灰岩 未钻穿 6 0 0 0 3 0 原设计 是根据勘察报告采用人工挖孔桩基础，但在施工过 程中，施工人员发现实际地下水位太高，有流泥塌孔现象，经 项目相关各方的讨论，决定改为先张法预应力高强混凝土管桩(P HC桩)基 础。而此后又因新 的建设管理规 定通知，位 于石 灰岩地区的建设 工程，禁止采用预应力混凝土管桩基础，所 以 经项 目相 关各方 的再次讨 论，改 为现 已实施 的平板式筏 板基 础。该基础持力层为粉质黏土层，承载力特征值 2 6 0 k P a，筏板砼强度等级均为 C 3 0，钢筋级别为 H R B 4 0 0。此次改造为 了合理利用和保护原来结构，尽可能地避免或减少地基基础加 同改造的可能性，把原来的主要填充墙体材料混凝土空心砌块(容重 1 1 8 k N m )改为轻质、节能的加气混凝土砌块(容重 5 5 k N m )，以减轻地基基础的负担。经复核验算，该建筑物 的地基承载力、平筏基础的冲切强度、沉降等均满足要求，地 基基础不需要加同改造。3 上部结构加固设计要点与分析 该建筑物结构安全等级为二级，所在地区的抗震设防烈度 为6。，设计基本地震加速度值为 0 0 5 g，设计地震分组为第 一组，抗震设 防类别为标 准设 防类(丙类)，建筑 场地土类别 为类，场地特征周期为T g=0 3 5 s，重现期 5 0年的基本风 压 为 0 3 5 k N mz，地面粗糙度按 B类 考虑。框架抗震等级为 四 级，剪力墙为 3级。3 1 加 固设 计标 准 按相关规定，混凝土结构改造加固部分的设计使用年限，一般情况下按 3 0年考虑，而新建部分在正常施工、正常使用 及正常维护的情况下，设计使用年限为 5 0年。为了使建筑物 改造加 固部分与新建部分 的使用年 限一致，设计施工 图时采取 了以下变通标准：设计基准期为 5 0年，即荷载、作用的取值 按基准期为 5 0年取值，但由于具体条件的限制(比如使用胶 粘剂或其他 聚合物 的加 同方法，不论厂商如何标榜其产品的优 良性能，我们都必须清醒地意识到这些人工合成的材料，不可 避免地存在老化 问题，况且在工程施 ：现场，还很 容易因错 用 劣质材料或使用的工艺小当，而使建筑物过早地发生破坏)，所 以一些构造要求无法全部满足设计使用年限为 5 0年的要求。设计要求对采用化学植筋法加固的结构构件，应定期检查其1 作状态，检查 的时间 日】隔不应 超过 1 0年，且第一 次检查时 间 应 为该部分结构 构件加 固后投 入使用 的 68年。此后，定期 检查发现问题并及时处理，若重新进行其可靠性鉴定认为该结 构工作正常，可延长其使用年限。3 2加固设计原则 建筑功能改造需遵循以下原则：合理利用和保护原来结 构，避免无谓的拆除；对于必须利用的原有结构，进行改造 设计 时应充分考虑实际状况、受力变化情 况等内容，进行必要 的结构检查、鉴定和安全度复核，以采取合适 的措施，有效保 证结构的安全适用可靠性；在满足有关规范标准和工艺要求 的前提下，囚地制宜、合理有效地利用现有土建结构，使新老 结构共同作用、协调受力，以保证改建后结构的整体性；处 理好关键细节，改造的最终要求是做到技术可靠、安全适用、经济合理、施工简便和确保质量。3 3加 固设 计 分析 经复核验算，该建筑物地基 基础 虽然 不需要加 固改造，但 有 2 0根框 架柱轴压 比不足，超过 了最 大轴压 比 0 9 5，说 明 此部分框架柱的延性差，塑性变形能力和抗倒塌能力不能得到 保证，需进行加同；部分区域梁、板也存在承载力不足的情 况。施T人员根据设计条件和使用要求选择了传统的、施工_ f=艺简 单、适 应性 强，且有 长期 的使用 经 验，适用 于梁、板、柱、墙等构件及一般构筑物的加固方案，例如对原截面尺寸显 著偏小及轴压比明显偏高的构件使用增大截面加固方法(又称 加大截 面法)和定位准且施T方便 的锚 固配合技术。为了全面了解建筑物改造后的整体结构情况，T程采用 S A T WE软件进行财比计算，对 S A T WE计算结果进行整体分 析。结构模型对比计算的主要分析结果见表 2。表 2 改造前后结构模型对 比计算 的主要分析结果 模犁 改造 前(办公楼)改造后(商 务酒店)基底剪力(k N)X l 9 l 7 4 4 0 9 6 2 2 9 4 0 4 1 0 8 剪重比()Y 1 8 7 3 8 3 0 9 4 21 9 2 3 4 1 O 3 X 7 9 3 8 49 结构刚重 比()Y 6 1 2 6 67 周期折减系数 0 8 O 8 X l 27 6 l 2 66 顶 点最 大位移(m)Y 1 6 66 1 6 5 6 X 1 3 0 2 2 1 1 1 3 0 6 9 1 2 最大层 问位移角 层位 Y 1 2 4 9 9 l 2 l 2 5 1 4 1 2 质量参与系数()X 9 9 0 4 9 9 9 8 (计算振型数取 1 5)Y 9 8 9 1 9 9 8 8 X 1 ：3 1 2 1 2 7 2 最大扭转位移 比 层位 Y 1 3 2 2 1 3 0 4 基本周期 T 、T。、T (s)1 6 4 9 3，1 5 1 0 4，1 2 4l l 1 6 0 9 2，1 4 5 81，1 2 0 7 7 T T 1 0 7 5 3 0 7 5 0 结构总质量(t)2 0 0 2 8 3 9 5 2 1 2 9 9 5 7 6 层 1柱的最大轴压比 0 8 9 O 8 5 由表 2的分析结果看，T。0 9，说明结构 的抗 扭性能 好；底层柱的最大轴压比1 4，说 明结构 的整体稳定 性好，并且 2 7，可 以不考 虑重力 二阶效应；剪 重 比 0 0 0 8，说 明墙、柱等竖 向构件 的刚度能确保 结构 的安 全；最 大层 间位 移 角(楼 层 层 间最 大 位移 与 层 高 比值)1 2，说 明结构 的平 面布置不 规则，即结构 的刚心偏 离质心，但 5 0 0 m m(L为洞宽)。对 于门洞底部应 以锚 固角钢、扁钢及等代穿板高强螺栓连接加固。墙中被切断的原 受力钢筋与边框应采用配钻孔塞焊连接，型钢框与混凝土接合 面间应后灌环氧使之结为一体。对原有部分需拆除开洞楼板，采用新加钢筋砼边梁的通常 做法。3 4 2 新 旧混 凝土 结构连 接 为保证新旧 2个部分混凝土能整体工作，共同受力，应 设置一定数量的贯穿结合面的剪力筋。对于板和墙，此剪力 筋可以为穿透拉结筋、化学植筋，亦可为膨胀锚栓，但均须 与新增钢筋网片有可靠连接。对于单面或双面加 固梁，新 旧 受力钢筋靠近时，可直接焊接短筋或弯筋连接；相距较远时，可采用“U”形箍与原箍筋或主筋焊接连接，亦可化学植入锚 栓。对于柱，封闭式箍筋为最理想的剪力筋；但柱截面过大(5 0 0 m m)，尚应在截面中部以植筋方法附加一定的“L”形 或“U”形锚栓。新加纵向受力钢筋端部应有可靠锚固。对于框架柱，下端 可于基础顶面设 置钢筋混凝土 围套进行锚 固，或 附加植筋方法 锚固于原基础；中间穿过各层楼板；上端穿屋面板后弯折环抱 梁并互焊。对于框架梁，顶部负筋可齐柱边设于现浇层，边端 可绕柱后互焊，或设 置锚 固短角钢焊接。梁底正筋，当梁柱边 缘相距较大时，可采用植筋方法锚固于柱，或直接穿孔加焊螺 栓杆 固定于柱边；当梁柱边齐平时，可于柱对边 角部设置短角 钢，用膨胀型锚栓固定于柱，后将梁新增受力边筋与短角钢焊 接。新增梁与原结构柱需要通过植筋连接时，采取以下综合处 理措施来保证锚固的可靠性：新增框架梁的角部钢筋从柱侧 32 面拉通。原柱截面短向尺寸较小，可以钻孔穿透，钢筋拉 通。其他钢筋植入原柱且原柱通过增大截面法加固，加 固后 可增强对植筋的约束和锚固作用。应根据钢筋受力状况确定 植 筋深度。例如，框架梁顶钢筋 的植 入深度严格按相关规范执 行。若梁底钢筋如拉通部分已能满足该处应力包络图要求，且 不小于梁顶钢筋总量的 0 3 倍，则其余钢筋的植入深度可按受 压钢筋锚固的构造要求执行。梁顶、梁底应在纵横向采用不同 的标高进行植筋，以免相互冲突。4 加固施工要求。(1)加固工程的专业性较强，施工单位必须具有相应的资 质，机制健全，有良好的管理能力，施工人员稳定且信誉 良 好、业绩优 良并且具备加固工程经验。(2)加固施工前必须现场核对被加固构件的实际外形和尺 寸，复查受损情况及确定好施工操作条件和安全措施，如果发 现有与设计图纸不符合的情况，应按实际尺寸调整。尺寸变化 较大的，应及时通知设计方进行 调整。施工 中若发现原结构或 相关工程隐蔽部位的构造有严重缺陷，如破损、严重裂缝、孔 洞、主筋锈蚀、混凝土腐蚀等，应暂停施工，会同设计方采取 有效措施处理后方可继续施工。(3)遵循按照结构构件问传力顺序、受力主次关系方向拆 除的原则，自上而下、先非结构构件后结构构件、先水平构件 后竖向构件、先次要构件再主要构件，依次拆除。在开展拆 除 不需要 的结构构件 的准备工 作时，应掌握 结构构件 的连接状 况、结构构件腐蚀受损现状、结构构件变形现状及需保护的结 构构件和范围，其不得超出图纸给定的范围。拆除施工时采取 严格 的施工措施，避免重敲重凿，对应保 留的结构构件予以妥 善保护；将拆除时暴露的任何与图纸不符的情况及时报请设计 方处理，并对应该保留的结构构件的任何损伤及时处理。(4)为 了达到加固工程 的预期效果，加固施工前承包加固 单位制 定施 工方 案(包括合理 的加 固顺 序)，经过 业主和监理 公 司认真审定后方可施工。采用加大截面法将新混凝土和 旧混 凝 土结合成一体共 同工作，必 须处理好结合面：将 原结构表面 凿毛并 冲刷干净，刷界面剂。浇筑新增加混凝土时应有可靠 的 施工工艺和技术措施，以确保 混凝 土密实并与原结构混凝土接 合紧密，确保楼房在正常使用年限内的安全可靠。5 结语 虽然结构加固改造工程 比普通的结构设计更加复杂和繁 琐，成本也相对较高，但是结构设计是一个充满了挑战与乐 趣，发现问题、分析问题、解决问题的过程。本工程通过特殊 节点设计，明确了新、老结构的受力关系，最大限度地减少了 结构变化对原有结构产生的不利影响，较好地实现建筑功能的 改变。具体工程在初始条件、地域特点等许多方面具有其特殊 性，因此经概念设计、方案比较后 选定 的实施方案也在一定程 度上受到具体工程的特殊 因素 制约，故上述 的内容，包括结构 体系、计算原则及一些具体问题的处理都是针对本工程特点提 出，仅供同行参考。固 参考文献 G B 5 0 0 6 8-2 0 0 1，工程 结构可靠度设 计统一标 准 s G B 5 0 2 9 2-1 9 9 9，民用建筑可靠性鉴 定标 准 s G B 5 0 0 1 1 2 0 1 O，建筑抗震设计规 范 S G B 5 0 0 0 7-2 0 0 2，建筑地基基础设计规 范I s G B 5 0 0 0 9-2 0 0 1(2 0 0 6年版)，建筑结构荷载规范 s 6 G B 5 0 0 1 0-2 0 0 2，混凝土结构设计规范 S 7 G B 5 0 3 6 7-2 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