趙國(guó)鵬  馬迎

（西部建筑抗震勘察設(shè)計(jì)研究院  710054 西安） 

     

    隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市用地逐漸緊張，故有為數(shù)不少的既有建筑物需要加層改造，或因用途改變而需要改造。在改造之前對(duì)建筑物進(jìn)行合理的計(jì)算分析，繼而做出安全、合理、經(jīng)濟(jì)、可行的加層方案。

 

    西安某鋼筋混凝土框筒結(jié)構(gòu)建筑是集商業(yè)購(gòu)物、餐飲、辦公、SOHO為一體的綜合建筑，現(xiàn)有建筑高度81.300m,地上24層，地下2層。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架--核心筒結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用筏基，地基處理采用素混凝土樁復(fù)合地基,本工程抗震設(shè)防烈度為8度，場(chǎng)地類(lèi)別為II類(lèi)場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，主體結(jié)構(gòu)為A級(jí)高度高層建筑，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，建筑抗震設(shè)防烈類(lèi)別為丙類(lèi)，結(jié)構(gòu)使用年限50年,人防地下室抗力等級(jí)為六級(jí)，戰(zhàn)時(shí)為人防物資庫(kù)。該地區(qū)基本風(fēng)壓0.35KN/m²,基本雪壓0.25KN/m²。2005年8月完成設(shè)計(jì)，2007年主體結(jié)構(gòu)已封頂。

 

    因功能需要，現(xiàn)欲在原建筑物標(biāo)高81.300 m處增層，新增第一層層高為3.3 m，層頂標(biāo)高84.600m，新增第二層層高為3.15 m，層頂標(biāo)高87.750m，原建筑屋面核心筒和周?chē)�混凝土柱頂�?biāo)高均為90.1 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。新增層樓面板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。

 

    應(yīng)業(yè)主對(duì)加層部分使用功能需要和建筑師所提供的條件，新增兩層平面布置同標(biāo)準(zhǔn)層平面，保留局部筒體和突出屋面的鋼筋混凝土柱，新增兩層利用原有結(jié)構(gòu)的豎向受力構(gòu)件，水平受力構(gòu)件采用熱扎H型鋼，樓面采用壓型鋼板組合樓蓋。

 

    加層結(jié)構(gòu)方案，第一層層高3.3m，第二層層高3.15。混凝土柱間距最大8.3 m，截面尺寸為600mm x 600mm。梁采用熱扎H型鋼，新增樓面采用壓型鋼板組合樓蓋，樓承板規(guī)格采用YX75-230-690型組合樓板，厚度為t=1.0mm。 

 

    3.1計(jì)算參數(shù)的選取

    3.1.1 與結(jié)構(gòu)整體計(jì)算相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)，按相關(guān)規(guī)范及原設(shè)計(jì)圖紙選用，主要計(jì)算參數(shù)如下：

 

 

    3.1.2 混凝土強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋材料強(qiáng)度和原設(shè)計(jì)相同，層高按原設(shè)計(jì)圖紙取用，

    3.1.3 荷載選擇

    （1）原結(jié)構(gòu)的荷載按照業(yè)主提供的經(jīng)審查通過(guò)的結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)確定。

    （2）加層結(jié)構(gòu)的主要荷載

    恒載：樓面荷載取6 KN/㎡（包括1 KN/㎡輕質(zhì)墻折算荷載）；屋面荷載取6 KN/㎡。

    活載：因樓面使用功能為辦公場(chǎng)所，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）表4.1.1取2.0KN/㎡；屋面為上人屋面，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表4.3.1取2.0 KN/㎡。

 

    3.2加層后整體性能指標(biāo)分析

    原結(jié)構(gòu)采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件-SATWE進(jìn)行計(jì)算，加層后結(jié)構(gòu)仍采用SATWE進(jìn)行計(jì)算。

 

    3.2.1上部結(jié)構(gòu)整體計(jì)算結(jié)果分析

    3.2.2  基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚度1800㎜，采用筏板有限元對(duì)現(xiàn)有復(fù)合地基及基礎(chǔ)進(jìn)行復(fù)核，加層后地基承載力滿(mǎn)足要求。板底、板頂?shù)挠?jì)算配筋面積均小于現(xiàn)有鋼筋面積。

 

    綜上所述，本工程在原結(jié)構(gòu)頂增加兩層，對(duì)原結(jié)構(gòu)影響有限，局部采取補(bǔ)強(qiáng)措施后即可滿(mǎn)足要求。

 

    4.1通過(guò)對(duì)SATWE計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，加層部分無(wú)超限情況出現(xiàn)，樓板采用壓型鋼板混凝土組合樓面，主要考慮壓型鋼板作為澆灌混凝土的模板，節(jié)省了大量的模板和支撐，同時(shí)由于壓型鋼板非常輕便，堆放、運(yùn)輸及安裝都非常方便；由于框架-核心筒結(jié)構(gòu)在水平力作用下剛度相差比較大，框架部分變形呈彎剪型變形，而核心筒呈彎曲型變形，由于該組合樓蓋平面內(nèi)剛度很大，能有效地傳遞水平作用，使框架和核心筒能在水平力作用下協(xié)同工作。組合樓蓋計(jì)算采用STS系列軟件，計(jì)算后選用1.0㎜厚YX-75-230-690的壓型鋼板即能滿(mǎn)足要求，樓板與鋼梁連接采用焊釘連接。構(gòu)造做法見(jiàn)圖1、圖2.

圖1 樓承板和鋼梁連接剖面示意 

圖2 樓承板和混凝土墻連接剖面示意

 

    4.2  鋼梁的強(qiáng)度和穩(wěn)定均滿(mǎn)足要求，應(yīng)力比均無(wú)超限，最大為0.97，鋼梁的強(qiáng)度發(fā)揮比較充分，一定程度節(jié)省了鋼材。由于工程現(xiàn)狀，利用原有柱子作為豎向承重構(gòu)件，鋼梁作為水平承重構(gòu)件，利用化學(xué)錨栓傳遞彎矩和剪力，采用《混凝土后錨固技術(shù)規(guī)程》（JGJ145-2004）公式5.2.2-2、5.3.2-2、5.3.2-4、6.3.1-1、6.3.1-1、6.3.1-2進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果即能滿(mǎn)足要求，鋼梁和連接板采用栓焊連接，焊縫形式采用全熔透坡口焊，計(jì)算采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》計(jì)算公式σ=M/b _f t_f(h-t_f)≤f_t^w (32-13)，經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足要求；高強(qiáng)螺栓抗剪承載力計(jì)算利用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）計(jì)算公式 N_v^b=0.9n_fμ P (7.2.2-1) 經(jīng)計(jì)算后均滿(mǎn)足要求,其構(gòu)造做法見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 鋼梁與原有鋼筋混凝土柱連接示意圖 

圖4 施工后鋼梁與原有鋼筋混凝土柱連接

    鋼主梁與次梁連接用鉸接連接方式，計(jì)算方法同上式(《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）計(jì)算公式 N_v^b=0.9n_fμ P (7.2.2-1) ),計(jì)算滿(mǎn)足要求.

    4.3  加層后對(duì)原結(jié)構(gòu)構(gòu)件所產(chǎn)生的損傷和病害進(jìn)行處理的方案。

 

    利用SATWE進(jìn)行計(jì)算后和原結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行比較，在部分梁的跨中正彎矩和跨端負(fù)彎矩區(qū)抗彎承載力不滿(mǎn)足要求，需要將該部分梁的抗彎承載力提高12.5%才能滿(mǎn)足加層后抵抗彎矩的要求，現(xiàn)對(duì)該部分梁進(jìn)行加固，在加固方法的選擇上采用了粘鋼法，因?yàn)檎充摲ㄏ鄬?duì)其它加固方法而言，對(duì)原構(gòu)件基本上沒(méi)有損傷，可充分發(fā)揮原構(gòu)件的作用，由于鋼材厚度一般比較小，它對(duì)結(jié)構(gòu)自重、構(gòu)件外形、使用空間幾乎沒(méi)有影響，且施工工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易保證，同時(shí)相對(duì)造價(jià)較低。計(jì)算采用《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》受彎構(gòu)件正截面加固的計(jì)算公式(10.2.3-1)。加固后即可滿(mǎn)足要求。

 

    (1)施工中發(fā)現(xiàn)原結(jié)構(gòu)或相關(guān)工程隱蔽部位的構(gòu)造有嚴(yán)重缺陷時(shí)，應(yīng)暫停施工，在會(huì)同加固設(shè)計(jì)單位采取有效措施處理后方可繼續(xù)施工。

    (2) 新增混凝土構(gòu)件與原有混凝土構(gòu)件接觸面處，應(yīng)將原構(gòu)件混凝土外表面鑿毛并鑿除浮漿、空鼓等缺陷，清理至密實(shí)部位，用清水沖洗干凈，并刷高標(biāo)號(hào)素水泥漿結(jié)合層一道后，再澆筑混凝土。

    (3)關(guān)于化學(xué)錨栓的安裝與錨固，以及錨固的質(zhì)量與驗(yàn)收應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》JGJ145-2004的要求。

 

    該工程經(jīng)加層加固后于2008年已完工，經(jīng)過(guò)5.12汶川大地震后，加層部位和連接節(jié)點(diǎn)均未出現(xiàn)異樣。建筑使用正常，獲得業(yè)主好評(píng)。

通過(guò)本工程實(shí)踐證明，采取有效合理的加層加固方案極為重要，不僅要滿(mǎn)足建筑使用功能和建筑立面效果，而且還要滿(mǎn)足抗震設(shè)防要求和經(jīng)濟(jì)、方便施工的要求。