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1工程概況 該工程為某企業(yè)辦公大樓，于2011年6月設(shè)計(jì)完成，原設(shè)計(jì)為地上8層，地下1層，總建筑面積為8080m2，建筑高度為29．85m。地下部分主要以設(shè)備用房為主，地上部分主要以辦公、會(huì)議為主。設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為梁板式滿堂紅基礎(chǔ)，樓(屋)面為現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)。2013年，由于企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，原有辦公大樓的辦公面積無(wú)法滿足現(xiàn)在企業(yè)的使用要求。根據(jù)甲方要求在原辦公樓頂增標(biāo)準(zhǔn)辦公樓層(約1加2層800m2)，以滿足企業(yè)人員的辦公需求。 2設(shè)計(jì)原則 1)加固設(shè)計(jì)要對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，了解原結(jié)構(gòu)的受力形式，以確定設(shè)計(jì)時(shí)的力學(xué)計(jì)算方向。結(jié)構(gòu)加固時(shí)的力學(xué)計(jì)算通常對(duì)于單一桿件進(jìn)行，而且通常是基于強(qiáng)度要求進(jìn)行加固的，所以運(yùn)用材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行分析與計(jì)算是加固設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)力學(xué)計(jì)算，可以明確原結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)所在，進(jìn)而確定設(shè)計(jì)的思路，選定加固方法。2)對(duì)加層以后的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，明確所加部分對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響程度，以確定在現(xiàn)有的加固方法下，原結(jié)構(gòu)是否能滿足加層后的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求。因?yàn)闊o(wú)論哪種加固方法對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的提高都是有限的，所以加層后的原結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度差值必須是在現(xiàn)有的加固方法的可提高范圍之內(nèi)。3)在加固過(guò)程中會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，所以加固方法的選用應(yīng)在盡可能少破壞原有結(jié)構(gòu)的原則下進(jìn)行。 3設(shè)計(jì)思路 1)在滿足使用功能的前提下，盡量減輕上部新加層的荷載。將荷載較大的房間放到底層，上部新加層則以荷載較小的辦公、會(huì)議為主;另外，減小新加混凝土構(gòu)件的斷面，內(nèi)部采用輕質(zhì)隔墻板進(jìn)行房間分割。同時(shí)，盡可能保持上下柱網(wǎng)尺寸不變，使平面布置更加靈活。2)經(jīng)計(jì)算分析，增加2層后，地震力對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響明顯增大。為了減小地震力對(duì)原框架的不利影響，可在結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)奈恢迷黾右恍┘袅?，使結(jié)構(gòu)體系由原來(lái)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)改為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。這樣可以有效的減少原框架所承擔(dān)的地震力，使整體結(jié)構(gòu)的地震周期、位移等重要指標(biāo)滿足規(guī)范要求。3)地基和基礎(chǔ)的問(wèn)題:本工程采用天然地基，基礎(chǔ)落于卵石層上，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告該層卵石的地基承載力特征值為300kPa，滿足加層后的地基承載力要求。且經(jīng)過(guò)兩年的使用及地基的壓密效應(yīng)，地基承載力可提高20%左右，有一點(diǎn)的安全度。所以本工程地基可不做加固處理，只需對(duì)基礎(chǔ)梁板進(jìn)行強(qiáng)度加固。 4加固方法 1)基礎(chǔ)加固:該工程采用鋼筋混凝土梁板式滿堂紅基礎(chǔ)，基礎(chǔ)梁斷面為500×1000，筏板厚度為600mm。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)梁截面的驗(yàn)算，基礎(chǔ)梁斜截面抗剪承載力滿足設(shè)計(jì)要求，正截面抗彎承載力存在不足:a．基礎(chǔ)梁上部跨中彎矩較大，原配筋不能滿足要求，可在基礎(chǔ)梁頂部?jī)山峭獍麹100×10角鋼，兩角鋼之間采用－40×4的綴板連接，并用d12的膨脹螺栓固定角鋼，角鋼與基礎(chǔ)梁采用結(jié)構(gòu)膠粘牢;b．基礎(chǔ)梁底部負(fù)彎矩較大，原配負(fù)筋不能滿足要求，由于在基礎(chǔ)梁底部采取加固措施難度較大，可在梁頂支座負(fù)彎矩處加250×1000的混凝土斜向腋角，以增加梁底負(fù)彎矩承載力。2)框架柱加固:框架柱在整個(gè)結(jié)構(gòu)中承擔(dān)大部分的豎向荷載和水平地震荷載，本工程框架柱在4層以下斷面為700×700，4層以上斷面為600×600。通過(guò)加層后的結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，框架柱承載力不足主要有兩種情況:a．在較大的豎向荷載作用下，混凝土抗壓承載力不足，柱子軸壓比超過(guò)規(guī)范限值，可采用增大柱截面的方法進(jìn)行加固，在原框架柱四周澆筑一層混凝土外殼，并在這層混凝土外殼內(nèi)配置計(jì)算所需的鋼筋，這種方法不僅可以提高柱子的抗壓承載力，還可以提高柱子的抗彎剛度;b．框架柱抗壓承載力滿足要求，而抗彎承載力不足，可以采用外包角鋼的方法進(jìn)行加固，在框架柱四角包角鋼，并在橫向用綴板連接成整體，角鋼與混凝土柱之間用結(jié)構(gòu)膠充分粘結(jié)，這種方法對(duì)構(gòu)件的截面尺寸增加不多，但混凝土柱的承載力可以有較大的提高。3)梁板加固:梁是框架結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，且數(shù)量較多。本工程中梁承載力不足主要是由于加層后地震力增大，造成部分框架梁彎矩增大，配筋不足;還有一些是因?yàn)榉块g功能改變，荷載增大造成的配筋不足。針對(duì)以上問(wèn)題，可采取兩種方法進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng):a．粘鋼板加固，用結(jié)構(gòu)膠將鋼板粘貼于梁的上下受力表面，以補(bǔ)充梁的鋼筋量不足，達(dá)到提高梁受彎承載力的目的，并用d10的錨栓進(jìn)行附加錨固;b．粘碳纖維布加固，用結(jié)構(gòu)膠將碳纖維布粘貼于梁的上下受力表面，以補(bǔ)充梁的鋼筋量不足，達(dá)到提高梁受彎承載力的目的，并用“壓結(jié)鋼片+射釘”進(jìn)行附加錨固，碳纖維布可根據(jù)計(jì)算粘1層～2層。一般來(lái)說(shuō)樓板加固比較容易，且受地震力的影響較小，可采用粘碳纖維布的方法進(jìn)行加固，用結(jié)構(gòu)膠將200mm寬碳纖維布在需加固樓板的雙面雙向粘貼，間距根據(jù)計(jì)算確定。為了提高碳纖維布的耐久性，所有碳纖維布均采用“壓結(jié)鋼片+射釘”進(jìn)行附加錨固。4)剪力墻加固:本工程剪力墻為新加構(gòu)件，以分擔(dān)框架所承受的水平地震力。新加剪力墻與原有構(gòu)件的連接處，鋼筋采用植筋錨固。 5加固構(gòu)造要求 1)新舊混凝土的連接。新澆混凝土強(qiáng)度應(yīng)比原構(gòu)件設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度提高一級(jí);為了增加新舊混凝土間的結(jié)合能力，原構(gòu)件結(jié)合面應(yīng)進(jìn)行鑿毛處理，鑿去一切風(fēng)化疏松層、碳化銹裂層及嚴(yán)重油污層，直至完全露出堅(jiān)實(shí)的基層為止，并在此基礎(chǔ)上鑿毛，使表面凸凹差不小于4mm，然后用水沖洗干凈;混凝土澆筑前，原混凝土表面應(yīng)涂刷界面結(jié)合劑一道，隨涂隨澆。2)植鋼筋。鋼筋植入前應(yīng)除銹，錨孔應(yīng)采用鉆孔成形，不得用手鑿，孔內(nèi)應(yīng)采用壓縮空氣吹凈并用水沖洗，植筋用膠粘劑應(yīng)飽滿并使鋼筋有可靠的錨固;植筋用的膠粘劑必須采用改性環(huán)氧類或改性乙烯基脂類的膠粘劑;植筋時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和圖紙要求放線，利用鋼筋定位儀測(cè)試鋼筋位置，確定植筋的位置;采用植筋錨固時(shí)，其錨固部位的原構(gòu)件混凝土不得有局部缺陷，若有局部缺陷，應(yīng)先進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或加固處理后再植筋;當(dāng)植筋的直徑大于20mm時(shí)，應(yīng)采用A級(jí)膠;鋼筋植入孔內(nèi)，建議孔徑見(jiàn)表1。3)外粘鋼。用磨光機(jī)打磨原構(gòu)件混凝土粘合面，除去2mm～3mm表面，直至露出混凝土新面，然后用空氣泵吹除粉粒，表面應(yīng)清洗干凈，并將原構(gòu)件截面的棱角打磨成半徑不小于7mm的圓角;采用外粘鋼加固混凝土構(gòu)件時(shí)，應(yīng)采用改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑進(jìn)行充分灌注，并用夾具將鋼板或型鋼夾緊;外粘型鋼的注膠應(yīng)在型鋼構(gòu)架焊接完成后進(jìn)行。4)外粘碳纖維布。碳纖維布粘貼前應(yīng)清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并用修復(fù)材料表面修復(fù)平整;加固所選用的碳纖維布均為高強(qiáng)度Ⅰ級(jí)碳纖維布，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于3400MPa;在受彎加固時(shí)，應(yīng)使碳纖維布的纖維方向與被加固構(gòu)件軸線方向一致;在受剪加固時(shí)，應(yīng)使碳纖維布的纖維方向與被加固構(gòu)件軸線方向垂直;粘結(jié)碳纖維布的膠粘劑必須是專門配制的改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑及表面防護(hù)材料;其粘貼部位混凝土含水率不應(yīng)大于4%。5)需加固的混凝土結(jié)構(gòu)。其長(zhǎng)期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃;必須先進(jìn)行加固施工，等加固施工全部結(jié)束構(gòu)件達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行上部加層部分施工;構(gòu)件在加固過(guò)程中不得在其上部加任何荷載;加固過(guò)程中不得破壞加固范圍以外的結(jié)構(gòu);植筋鉆孔時(shí)不得破壞原構(gòu)件中的鋼筋;對(duì)使用膠粘方法加固后的構(gòu)件，應(yīng)定期檢查其工作狀態(tài)，檢查的時(shí)間間隔不應(yīng)遲于10年。 6結(jié)語(yǔ) 以上是本人對(duì)工程加固技術(shù)的一些認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)心得。該工程現(xiàn)已全部完工，并投入使用，效果良好?，F(xiàn)代社會(huì)飛速發(fā)展，技改工程、提標(biāo)項(xiàng)目越來(lái)越多，加固技術(shù)必將在工程設(shè)計(jì)中得到更加廣泛的應(yīng)用。 作者：馬瑞斌 單位：煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院 |
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