现浇框架剪力墙结构改造加固设计
2015-04-14
随着城市经济建设的飞速发展，城市用地逐渐紧张，原有的办公和住房结构完好,因层数少,建筑面积及功能已不能满足日益增长的需求,特别是处于城市中心地带的旧房。因此,对已有建筑改造加固也就成了人们普遍关心的问题。对已有建筑进行改造加固设计，最大优点是不占用建筑用地,且缩短建设周期，已越来得到社会的重视。在改造之前对建筑物进行合理的计算分析，继而才能做出安全、合理、经济、可行的改造加固设计方案。
1 工程概况
某建筑大楼，为十八层现浇框架—剪力墙结构，建筑结构安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，框架抗震等级四级，剪力墙抗震等级三级，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，基础采用桩基。原一至三层为普通办公楼，现改造为超市，超市活载标准值为3.5kN／m2，走道、楼梯活载标准值为3.5kN／m2，部分区域将摆放大型设备，荷载根据实际设备重量计算；同时，一层到二层在S～R轴与12～15轴之间增设扶梯，二层至三层在C～D轴与3～15轴之间增设自动人行梯，一层至三层在F～D轴与1～3轴之间设置升降梯。
2 改造方案确定
具体改造方案的确定需根据建设方选购电梯设备尺寸以及功能要求进行，本工程具体改造方案要求如下所述。
2.1 扶梯改造方案
本楼一层层高为3900mm，建设单位订购扶梯高度为3900mm，梯梁水平近距为10475mm，扶梯倾角为35°。扶梯下支撑点需设机坑，故在一层15轴左侧需将楼板凿除并增设下沉钢筋混凝土机坑。扶梯需要有足够的净空高度，在二楼在10～15轴凿除部分楼板，且凿除12轴框架梁，楼板凿除部分还需在其边缘增设现浇钢筋混凝土梁。
2.2 自动人行梯改造方案
二层层高为3400mm，订购自动人行梯高度为3400mm，梯梁水平近距为18466mm，倾角为12°，其改造与扶梯改造相似，为满足机坑和净空要求，凿除相应位置梁板，同时考虑自动人行梯荷载较大，跨度长在跨中及9～14轴之间增设一竖向支撑，新增支撑形式采用立柱横梁结构，柱子与原结构连接采用植筋。
2.3 升降梯改造方案
升降梯从一层到三层，根据升降机所需尺寸在相应位置凿除楼板并增设相应钢筋混凝土梁。升降梯所需机房部分考则虑在四层楼面以上1m多处设置机房并封顶，同时考虑以防升降机运作异常情况对建筑结构破坏，在升降机底基坑下设置两个缓冲墩。
3 改造加固设计
3.1 结构计算分析
将扶梯、自行人梯、升降梯以及新增现浇混凝土梁板及其荷载加至于框架结构上，并对凿除部分梁板构件删减，调整后采用PKPM软件进行整体结构计算分析。整体结构计算后，新结构底层柱墙最大组合内力增加不足原结构底层柱墙最大组合内力的1％，且原结构桩基础可满足现改造后结构承载力要求，可不进行基础加固处理；并对新框架结构刚度，柱、梁等承载力和配筋校核，计算结果显示只存在部分梁板承载力不足。针对梁配筋面积不足较少的（承载力不足少于40％），可采用粘贴碳布、粘钢或包钢进行加固，个别梁承载力明显不足，则需要进行加大截面加固。对于梁、板加固采用粘贴碳布还是粘钢或者包钢加固则根据工程部位实际状况、受力特点等具体情况进行综合考虑分析。
3.2 楼板加固
部分楼板荷载增加，楼板配筋不足，但是楼板刚度满足要求，则在板面支座、板底采用200G／m2厚度0.111mm碳纤维布加固，高强度Ⅰ级及配套胶粘剂。碳纤维布施工应注意事项：
①对粘贴部位应铲除抹灰层并用砂轮打磨表面疏松层和油脂，直至露出新混凝土界面，再用丙酮擦拭，若有凹凸不平部位应用修补材料补平；
②涂刷基底树脂时，应用滚筒刷或特制毛刷均匀涂布在已用丙酮擦净的混凝土表面，调好的胶应在规定时间内用完；
③胶粘剂均与涂抹于混凝土表面，其厚度应满足要求；
④用特制滚筒沿纤维受力方向在已贴好的碳纤维布上多次滚压，挤出空气使用碳纤维布与混凝土表面紧密粘贴；
⑤在最后一层碳纤维布表面均匀涂抹胶粘剂；
⑥加固后在碳纤维布表面应作相关防护处理，例如粉刷水泥砂浆等。
3.3 梁结构加固
依据计算分析结果，对于梁加固采用以下几种方法加固：
1）承载力不足较少（加固后承载力提高40％以下），采用外粘贴型钢加固。梁底加固如图7－1所示；当钢板全部粘贴在梁底面有困难时，将部分钢板对称粘贴在梁的两侧面，但需把粘贴区控制在距受拉边缘1／4梁高度范围内，粘贴钢板宽度需进行修正。梁面支座处粘钢加固遇柱处应绕柱距梁边在4倍板厚范围内延伸锚固，按此方法虽将钢板粘贴于楼板上，但在距梁边在4倍板厚范围板仍为Ｔ型梁翼缘，可充分发挥粘贴钢板的受力性能提高梁面的承载力，并且施工简单、方便，延伸长度应根据混凝土结构加固设计规范10.2.4条计算确定，若确实无法绕柱延长锚固，翻柱子进行锚固。
2）在承载力不足偏大（加固后承载力提高仍在40％左右），且抗扭不足的情况下采用外包钢加固，如图1所示。钢箍板需穿过楼板，钻孔采用半重叠钻孔法，箍板穿插安装、焊接，若梁面有粘贴钢板，则将其包裹。
