研发楼结构加固设计研究

 摘要：本文通过工程实例，对续建建筑的加固设计过程进行了分析和总结；对加固过程中采用的加固方法给出了典型详图；对加固设计过程中应注意的问题进行了分析，并提出了几点处理意见。

关键词：抗震鉴定；增大截面加固法；外粘型钢加固法；植筋间距；短柱

1工程概述

本项目位于上海市紫竹科学园区，基地建设用地面积约6250m2，总建筑面积约20000m2。设计施工周期较长，分为如下三个阶段：2012年拟建一栋7层研发楼，地下两层地下车库，地上一层层高5.5m，其它层层高4.2m，建筑高度约31m，采用框架结构。在施工完成两层地下车库后项目暂停。2014年拟修改建筑功能为电影院，地上共5层，其中1、2、3层设局部夹层，建筑高度仍为31m左右。柱网仍基本沿用原设计，主要调整为在单体西侧增设一排框架柱（5根），在北侧增加2根柱子，此7根柱子在地库顶板进行转换，另取消5/F轴处原柱网的一根柱子。地下车库建筑主要调整为增设一部自动扶梯至B1层。对已建成的地下车库进行加固，主要采用增大截面法。但在地下车库加固施工尚未完成时停工。2017年底项目重新启动，仍为建设一栋7层的研发楼，相比2012年版主要修改内容：各层层高调整，建筑高度调整为约35m；建筑边界调整，对结构影响为四边悬挑板跨度调整；一层主入口处调整为局部越层；部分楼层楼面活荷载调整；设备井道调整。结构体系仍采用框架结构。2018年7月现场施工至七层楼板时，应业主要求，增加两部1层至屋面层的楼梯，进行整体加固设计与施工，如图1所示。

2抗震鉴定报告加固方案专项论证报告

本项目地下车库建造于2012年，地上部分于2018年新建（续建），根据《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009），《现有建筑抗震鉴定与加固规程》（DGJ08-81-2015）等规范要求，属于C类建筑，应遵循现行设计规范进行加固与新建部分的设计。根据上海宝冶工程技术有限公司房屋质量检测站出具的《房屋抗震鉴定报告》，主要结论如下：原地下车库梁、板、柱的混凝土强度基本满足原设计要求；结构体系和结构构件配筋及构造等措施基本符合鉴定要求；混凝土柱垂直度满足规范要求；地库内楼板存在板底结露、混凝土楼板裂缝、板底及混凝土梁底存在明显钢筋锈蚀痕迹、部分梁底露筋，应结合加固施工，对这些损伤进行对症修缮；经验算，地库内部分混凝土梁、柱构件承载力不满足计算要求，部分柱轴压比超过规范规定限值，应对这些构件采取加固补强措施。将地上新建部分与原地下车库整体建模计算，结合《房屋抗震鉴定报告》，确定地下结构工程加固方案，编制《地下结构加固论证报告》。主要包括工程概况、新建结构总体设计、针对工程质量结构检测报告质量及外观缺陷采取处理措施、地下结构工程加固方案、地下室及基础相关计算书等五部分内容。由建设单位组织不少于3名相关专家召开了针对地下结构加固方案的论证会，并形成会议意见。专家建议地下主要受力构件均宜优先采用增大截面的加固方法。因为2014年拟建电影院进行地下室加固时，现场未经相关部门验收，中途停工，故由建设单位组织总包单位和检测单位，根据2014年版地下室加固图纸，结合现场实际情况进行比对，在图纸上标示处已施工部分和未施工部分，并签字发设计单位。设计单位收到书面资料后，到现场进一步核实。

3结构加固设计

3.12017年原地下室加固设计。

（1）将地上新建部分和地下已建部分按照现行规范整体建模计算，因新建部分功能、层数与2012年最初版本基本相同，建筑高度、各层层高、局部区域荷载、各层面积虽然均有一定的调整，但基本仍在原来的框架内，变化幅度不大，经建模计算，地上仍可采用框架结构及原柱网，故地下室加固范围即为对原梁板柱的加固，无新增剪力墙等抗侧力构件。（2）根据2012年原图及现计算模型，复核桩基及基础设计。原桩基设计未考虑水浮力的有利作用，因上海地区常年水位较高，本项目为两层地下室，基础埋深在10m左右，可考虑一定的水浮力的有利作用，假设考虑半层高（2~3m）的水头的作用参与组合，原桩基即可满足现使用要求，故基础部分可不进行加固。（3）根据2012年原图、现计算模型结果、2014版加固图纸及现场核对结果，逐一复核梁柱配筋。对原配筋不满足现计算结果的构件均需进行加固。结合前述专家论证会意见，除个别次梁外，本工程梁柱均采用增大截面法进行加固。典型加固详图如图2所示。

3.22018年整体加固设计。2018年7月，现场施工至七层时，接建设单位通知，需要在地上部分首层~屋面层另外增加两部楼梯。（1）可行性判断。因楼梯在结构平面上被认定为楼板开洞，需判断增加两部楼梯是否会导致结构出现楼板开洞面积大于30%，楼板有效宽度小于50%等新的平面不规则类型。本工程因入口大厅处越层，二层楼板处本已存在楼板不连续的不规则情况，且之前设计中已针对此项不规则采取了进行楼板应力分析、加厚楼板厚度、加强楼板配筋等措施，增加两部楼梯并未导致出现新的不规则类型。

（2）因新增楼梯的高度范围为首层~屋面层，且上海市规定楼梯间四周梁柱均应提高一个抗震等级，此项修改对结构整体指标及配筋均有一定的影响，应整体计算复核并整体加固。

（3）建模计算，根据计算结果及时修改7层以上未施工区域的梁板柱施工图发现场，尽量减少后期加固对主体影响范围。（4）核对模型计算结果和7层以下原图纸配筋，对新增楼梯开洞部位及周边、其它配筋不足部位进行加固设计。此时如地上结构采取增大截面加固法，框架柱及框架梁截面增大将导致结构整体刚度增大，进一步导致整体地震力增大，可能出现较大范围的配筋不足问题。综合考虑后，框架柱采用外粘型钢加固法，框架梁采用增大截面加固法和粘贴钢板加固法，次梁采用增大截面加固法。实际计算后证明，此加固方法较有效控制了加固影响范围。典型加固详图如图3所示。

4其它注意事项

4.1植筋边距与间距对截面的影响。加固过程中需广泛使用到植筋技术，根据规范要求，植筋与混凝土边缘距离不宜小于5d，且不宜小于100mm，当混凝土中配筋满足一定要求时，植筋与边缘的最小距离可适当减少，但不应小于50mm，植筋间距不应小于5d。这要求我们在采用增大截面加固法时，细致考虑钢筋间距与排布的问题。如梁加高时底部需采用4根直径25mm的钢筋，则需梁宽度不小于450mm时，方可满足植筋间距的要求。在加固梁正截面承载力时，也可根据计算结果控制需植入柱子的钢筋根数，使一部分底部钢筋不锚入框架柱，降低施工难度，保证植筋质量。地下室为已建，地上为新建建筑时，地上一层框架柱截面同地下室加固后柱截面或略小于时，可利用地下加固新增钢筋直接向上延伸，避免首层柱钢筋需在地下柱原截面内植筋，钢筋排布及现场施工操作难度较大。

4.2短柱问题。《建筑抗震加固技术规程》第6.1.2条规定，加固后的框架应避免形成短柱、短梁或者强梁弱柱。本工程地下一层被加固的柱子原截面900mm×900mm，柱净高4.1m，加固后柱截面1100mm×1100mm，如按照柱净高与柱截面高度之比Hn/h计算，则这些柱子加固后变成了短柱，但因地下室顶板为嵌固端，地下部分框架柱承担的地震剪力较小，按照实际的剪跨比公式Mc/Vch0计算后，剪跨比均大于2，并非短柱。地上部分框架柱如采用增大截面加固法，每边需增加80mm以上，则截面宽度高度至少会增加160mm以上，局部楼层原本即存在短柱，局部楼层将出现新的短柱，增大截面进一步减小了框架柱的剪跨比，降低了柱子的变形能力，对抗震不利，故地上采用外粘型钢法加固框架柱也有此方面因素的考虑。

4.3外粘型钢加固柱的延伸段问题。根据《混凝土结构加固设计规范》要求，外粘型钢的两端应有可靠的连接和锚固。对柱的加固，角钢下端应锚固于基础；中间应穿过各层楼板，上端应伸至加固层的上一层楼板底或屋面板底。《抗震抗震加固技术规程》、上海市《现有建筑抗震鉴定与加固规程》对此也均有类似的规定。本工程采用外粘型钢加固框架柱，比对模型计算结果和原配筋时，每层需进行加固的仅为个别柱，因规范对外粘型钢加固柱延伸段的要求，六层需加固柱的角钢延伸至七层顶楼板（即屋面板）板底，各层需加固柱的角钢向下均延伸至地下室基础顶。

4.4防腐和防火问题。当采用粘贴碳纤维、粘贴型钢、钢板方法对混凝土结构进行加固时，除应要求其从竣工之日起，业主应至少每隔十年对构件的工作状态进行检查外，尚应注意其表面防护问题。碳纤维加固表面应采用25mm厚1：3水泥砂浆防护；粘钢加固表面应首先进行除锈和清洁处理，涂刷防锈漆两道后采用25mm厚1：3水泥砂浆防护，也可采用其他具有防腐蚀和防火性能的饰面材料加以保护；当处于2a类环境时，应进一步加大保护层厚度。

5结语

（1）改建、扩建、续建工程均应进行抗震鉴定，比较复杂的尚应组织专家召开加固方案论证会。（2）现有建筑抗震加固应根据抗震鉴定结果、使用功能、施工便宜性、后续使用年限等综合考虑，确定合理的加固方案。（3）加固设计过程中应注意植筋间距对钢筋排布的影响，采用增大截面加固法时应避免形成短柱降低柱的抗震变形能力，粘贴碳纤维和粘贴钢板加固后应注意采取表面防护措施，满足防腐蚀和防火要求。

参考文献

[1]《建筑抗震鉴定标准》（GB50023-2009）.中国建筑工业出版社.

[2]《建筑抗震加固技术规程》（JGJ116-2009）.中国建筑工业出版社.

[3]《现有建筑抗震鉴定与加固规程》（DBJ08-81-2015）（上海市）.同济大学出版社.

[4]紫竹创意港A区131#地下车库抗震鉴定报告.上海宝冶工程技术有限公司房屋质量监测站.

[5]混凝土结构加固构造（13G311-1）.中国计划出版社.[6]《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）.中国建筑工业出版社.