商住樓加層續(xù)建工程抗震與加固設(shè)計

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關(guān)鍵詞：商住樓，抗震加固設(shè)計

1工程概況

某商住樓為8層建筑,其中1、2層為商場,2層以上為住宅。1層高5.5m,2層層高3.8m,3至頂層層高3m,總高度27.45m。建筑結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),人工挖孔樁基礎(chǔ),一柱一樁,樁徑均為1.2m?？偨ㄖ娣e約3100m2。首層柱結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1原首層柱結(jié)構(gòu)圖

該工程于2007年1月完成設(shè)計工作,2007年3月份開工,在三層梁樓板混凝土施工完畢時,發(fā)現(xiàn)首層柱混凝土強度不足。經(jīng)現(xiàn)場無損檢測和抽芯試驗,首層柱(樁頂標高～建筑2層梁底標高范圍)混凝土強度測試值為25.6～27.5MPa(原設(shè)計為C35)。

與此同時,建設(shè)單位提出加建一層的要求。增加一層后,房屋總高度變?yōu)?0.45m,屬高層建筑設(shè)計范疇。

顯然,直接加層勢必造成建筑結(jié)構(gòu)的安全隱患,后繼施工前,必須對已建部分進行加固處理。處理方法：首先,分析在已建結(jié)構(gòu)上直接加層的結(jié)構(gòu)模型的受力特性,特別需要判別其是否滿足《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)(以下簡稱《高規(guī)》)及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001)(以下簡稱《抗規(guī)》)的要求,從而確定需加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件；進而對已建部分結(jié)構(gòu)進行加固設(shè)計,最后,驗算加固后的加層結(jié)構(gòu)模型是否滿足現(xiàn)行規(guī)范的各項要求。

2房屋直接加層的結(jié)構(gòu)受力特性分析

2.1直接加層的結(jié)構(gòu)計算模型

原設(shè)計采用PKPM系列工程軟件SATWAE進行內(nèi)力分析和配筋計算。為模擬基于首層柱混凝土強度不足情況下,直接加層后建筑結(jié)構(gòu)的受力特性,直接加層的結(jié)構(gòu)模型是在原設(shè)計模型的基礎(chǔ)上,項在紡建種設(shè)福方察要臥求扛的晌加計層程部叉位看相量應(yīng)恒增習(xí)加飽一屑個垃結(jié)改構(gòu)活層問。假根賀據(jù)委柱旨混慕凝景土襯強志度速檢斧測算報津告汁,杏改尼首倉層全柱題混晉凝廁土齡強敗度嗓等敘級位為左C第2礎(chǔ)5疼,去按蹦《絮高芒規(guī)議》屑進居行室設(shè)左計糧,顆振砍型盼數(shù)詳取萌2美4窯個碗(亂原犧設(shè)比計粒取攏2帆1宵個宋)京,凝其截余圍參稍數(shù)偷同錦原檢設(shè)川計厲。

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賺千表23種情況的計算周期

表33種情況的樓層位移角

3加固設(shè)計

通過以上分析,可確定需加固的結(jié)構(gòu)部位是首層柱、個別2層柱、結(jié)構(gòu)1、2層部分框架梁,且加固施工的時機,應(yīng)選擇在現(xiàn)時樓面活荷載(甚至建筑裝修恒載)尚未形成的有利時期。

3.1框架梁的加固設(shè)計

采用外粘貼鋼板加固法,既可增加梁的承載力和剛度,又可減少對室內(nèi)使用空間的影響。考慮到結(jié)構(gòu)1、2層框架梁加固前并未承受樓面荷載,此時應(yīng)力水平指標很低,故不考慮應(yīng)力滯后的影響,按《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》(GB50367-2006)進行加固設(shè)計。同時,通過驗算,應(yīng)防止加固后的梁出現(xiàn)“強彎弱剪”現(xiàn)象。部分框架梁加固圖見圖3所示。

圖3梁加固立面圖

3.2框架柱加固設(shè)計

框架柱除承載能力不足外,其x向抗側(cè)力剛度也不足。結(jié)合建筑室內(nèi)使用空間要求,采用增大截面法加固。角柱沿x、y兩個方向增大截面尺寸,中柱、邊柱沿x向(柱短邊)增大截面尺寸。加固用混凝土強度等級C30,HRB335級鋼筋,加固所需鋼筋用量,按加層后所需鋼筋總量減去原設(shè)計鋼筋用量確定。在新舊混凝土結(jié)合面,后錨抗剪短筋以增強新舊混凝土的協(xié)同作用。新舊混凝土組合截面的混凝土強度按式(1)折算:

fcc=1/2(fc0+0.9fc)[2](1)

式中fcc為新舊混凝土組合截面的混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；fc0為舊混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；fc為新混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值。

求得新舊混凝土組合截面的fcc=12.39MPa,電算錄入時按C25強度等級。首層框架柱加固后的截面尺寸見圖5,部分柱加固圖見圖6～圖9所示。

圖5加固后首層柱結(jié)構(gòu)圖

圖6柱加固立面圖

4加固后加層的結(jié)構(gòu)驗算

加固后加層的結(jié)構(gòu)電算模型,首層、2層柱截面按加固后的尺寸錄入,加固后的框架梁截面尺寸,根據(jù)剛度等效的原則,由式(2)、式(3)推導(dǎo)出等剛度的混凝土梁截面尺寸計算公式(式4)[2,3],按換算截面尺寸錄入。未加固的梁、柱按原尺寸,其余計算參數(shù)同直接加層的結(jié)構(gòu)模型。加固后加層結(jié)構(gòu)的電算結(jié)果見表1～表3。

圖7柱加固基礎(chǔ)節(jié)點圖

圖8柱加固中間層節(jié)點圖

圖9柱加固節(jié)點平面圖

EI=Ec0Ic0+0.5EaAaa2a(2)

EI=1/12Ec0?bh3(3)

(4)

式中,EI為加固后的截面剛度近似值；Ec0和Ea分別為原構(gòu)件混凝土和加固用鋼材的彈性模量；Ic0為原構(gòu)件截面慣性矩；Aa為加固構(gòu)件一側(cè)外粘鋼材截面面積；aa為受拉與受壓兩側(cè)鋼材截面形心之間的距離；b0為加固前梁的截面寬度；h0為加固前梁的截面高度；b為等剛度換算后梁的截面寬度,取b=b0；h為等剛度換算后梁的截面高度。

從表1～3中可以看出,加固后加層結(jié)構(gòu)的自振周期有所降低,x方向地震作用下的層間位移角和柱的軸壓比均能滿足規(guī)范要求。另外,加固后的周期比、剪重比、剛重比(未列出)等均符合規(guī)范要求。

5結(jié)語

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