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框架結構抗震鑒定與加層加固改造設計

發布時間：2014-07-15

李玲玲1 ，鄭七振1 ，王東1 ，楊玨1，2
( 1．上海理工大學土木工程系，上海200093; 2．中冶集團建筑研究總院華東分院，上海200093)
［提要］某9 層現澆混凝土框架結構房屋，由于使用功能的改變，要對其進行加層改造。為保障其以后能夠正常安全的使
用，依據抗震規范對其進行了全面的結構檢測和抗震鑒定。通過現場檢測、結構計算分析，針對結構直接加層帶來的柱軸壓
比超限、梁承載力不足、層間位移超限等問題，給出了鑒定結論，同時提出了補強加固建議，可供類似工程參考。
［關鍵詞］框架結構; 抗震鑒定; 補強加固
［中圖分類號］ TU746． 3 ［文獻標識碼］ A
Seismic Appraisal and Strengthening Design of An Extension-story-frame Structure
Li Ling-ling1 ，Zheng Qi-zhen1 ，Wang Dong1 ，Yang Jue1，2 ( 1． Department of Civil Engineering，University of Shanghai for
Science and Technology，Shanhai 200093，China; 2． East China Branch of Central Research Institute of Building＆Contruction，MCC
Group，Shanghai 200093，China)
Abstract: Because of the change of functions，a nine-storey cast-in-place concrete frame office building is reconstructed with storey
adding． Assure to normal safe use，according to the code for seismic design buildings，seismic appraisal and dynamical test of the
structure are conducted． Based on the results of structure analysis and field test，aim at the problems when inserting layers directly，for
instance，the axial compression ratios of some frame columns will be out of the limit，the longitudinal reinforcement ratios of frame
beams will be less than the service level，and some stories drift will be out of the limit of seismic design code，some suggestions of
reinforcing and strengthening are proposed ． It will supply the reference for other similar project．
Keywords: frame structure; seismic appraisal; reinforcing and strengthening http://www.shjgu.com/
近幾年來，我國破壞性地震頻頻發生，導致建筑結構的破壞和倒塌，造成了嚴重的人員傷亡和經濟損失。老的抗震規范與現行國家設計規范和標準的要求有一定的差距，同時房屋經過長時間使用后，會造成結構不同程度的的老化和破壞，結構的承載力進一步降低，影響到以后的正常安全使用，需要對原結構進行全面的檢測和抗震鑒定，并且根據新規范進行驗算加固。
1 工程概況
某商務樓位于上海市中山北路止園路口，始建于1986 年，原設計為9 層現澆混凝土框架結構，無地下室，建筑面積6753 m2 ，長47． 0m，寬17． 5m，建筑總高度約為37． 2m，底層層高6． 0m，其余層層高均為3． 9m，采用柱下獨立樁承臺，承臺基底標高為
－ 2． 4m。建筑平面見圖1 所示。房屋最初設計用途為上海春光服裝車間，后作為商務辦公樓及商業網點使用至今。房屋過去曾對標高3． 0m 處用現澆混凝土無梁樓蓋結構進行局部夾層改造，在1 軸線和D 軸線外增設兩層附樓，附樓與主樓間設有變形縫，為獨立結構。目前房屋擬增加兩層，其中新加頂層用于屋面平改坡，并采用鋼
結構進行屋頂平面改坡; 重新分配各樓層的使用功能，其中1 層～ 2 層主要用于餐飲; 原夾層用于出租房，主要用于影像出圖等; 3 層及3 層以上均為商務辦公室; 房屋改造后，房屋的外立面及局部構造發生相應變動，由于鋪設管道需要，部分梁和樓板需重新開鑿洞口并新砌筑各辦公室隔墻。考慮原建筑建成時間太長，而且改變了其使用功能，為保證建筑的安全，需對該房屋進行抗震鑒定，并根據鑒定結果對房屋進行改造和加固。
2 現有結構檢測與鑒定
2． 1 結構現狀復核與完損情況檢測現場收集建筑平、立面尺寸以及現有梁及柱截面尺寸和配筋等情況與原設計圖紙基本相符。對主要構件進行現場目測、局部鑿開以及儀器測試等方法進行全面檢查。現場檢測發現，房屋各單元的損傷及缺陷主要
有: 屋面防水層老化，局部排水不暢，女兒墻出現開裂、破損現象; 部分填充墻出現開裂滲水現象; 現澆樓( 屋) 面板出現開裂破損及滲水現象; 附樓及夾層存在部分結構損傷。
2． 2 混凝土構件檢測
現場采用回彈法及鉆芯法對建筑物中的混凝土構件強度進行了隨機抽查測試，具體操作過程按照《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》( JGJ /23-2001) 及《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》( CECS03: 2007) 進行。評定結果為混凝土外觀質量
較差，構件表面存在蜂窩麻面，混凝土強度離散性大，房屋混凝土現有強度推薦值為C25，低于原設計
強度C28。混凝土保護層碳化情況較為嚴重，個別構件的碳化深度已到達鋼筋表面。
2． 3 傾斜和差異沉降檢測
采用J2 － 2 經緯儀測量房屋外墻轉角處的水平偏差，據此推算房屋的豎向傾斜率，測試結果發現:最大傾斜偏差量為44． 3mm，最大相對傾斜率為1. 4‰; 滿足《建筑地基基礎設計規范》( GB 50007-2002) 關于該高度范圍內建筑結構相對傾斜率的限值( 3‰) 要求。采用NA2 水準儀測試房屋部分樓層平面的不均勻沉降趨勢，測試結果顯示: 房屋樓( 屋) 面整體未表現出有規律的不均勻沉降趨勢。
2． 4 抗震性能鑒定
根據《建筑抗震鑒定標準》［2］ ( GB 50023-95) 的兩級鑒定法對各部分結構抗震性能進行鑒定。原結構體系、構造與上海市工程建設規范《建筑抗震設計規程》( DBJ08-9-2003) 比較結果見表1 所示。從表中可看出，原結構的構造存在若干不能滿足現行規范要求之處，其余構造措施基本滿足抗震規程要
表1 第一級鑒定對照表
Table 1 The first level identification table
鑒定項目原結構現行規范備注
框架形式雙向框架宜為雙向框架滿足
節點形式整澆節點宜為整澆節點滿足
混凝土強度C25 ＞ C18 滿足
柱端箍筋( ≤1 /6Hc
) ?6@ 250 ?6@ 200 不滿足
梁端箍筋( ≤1 /6Hb
) @ 250 不應＞ @ 200 不滿足
框架柱寬度最小400 不宜小于300 滿足
求。
3 房屋抗震驗算
3． 1 計算條件
根據現場檢測結果并結合正常使用條件，采用
中國建筑科學研究院編制的PKPM( 2005 版) 計算
程序進行復核驗算。計算時，不考慮原結構中施工
缺陷、鋼筋銹蝕等不利因素的影響，擬加層部分框架
柱與原框架柱連接均以剛接考慮。驗算的部分參數
如下［1］:
抗震設防: 7 度( 0． 10g) ，抗震設防第一組
抗震等級: 二級
場地土類別: IV 類
基本風壓: 0． 55 kN /m2 ，B 類粗糙度
混凝土強度: 取C25
屋面活載: 2． 0 kN /m2 ( 上人屋面)
樓面活載: 2． 0 kN /m2 ( 辦公室、會議室) ，2． 5
kN /m2 ( 餐廳、走廊、衛生間) ，5． 0 kN /m2 ( 儲藏室、
配電間) ，7
． 0 kN /m2 ( 電梯機房)
3． 2 計算結果
( 1) 地基基礎: 房屋基礎為柱下獨立樁承臺，承臺間設置閉合基礎系梁，其中邊柱為一柱4 樁，中柱為一柱6 樁，單樁極限承載力為180t。根據改造方案計算，現有基礎基本滿足改造后的使用要求，但基礎承載力已基本接近限值。
( 2) 框架柱: 由于房屋整體荷載較原設計荷載
增加較多，根據改造方案計算: 房屋1 層～ 7 層大部分框架柱軸壓比大于現行設計規范規定的限值，最大者達1． 30。3 層以上部分框架柱配筋不能滿足使用要求。
( 3) 框架梁: 由于新增樓面荷載集中作用于部分框架梁上，荷載傳遞途徑與原設計存在差異，根據改造方案計算: 房屋各層2 ～ 10 軸線框架橫梁各支座處梁頂部配筋不能滿足承載力要求; 房屋B、D 軸線框架縱梁各支座處梁頂部配筋不能滿足承載力要
求，其余框架梁基本滿足改造后的使用要求。
( 4) 樓( 屋) 板: 根據改造方案計算，房屋樓( 屋) 面板基本滿足改造后的使用要求。
( 5) 結構抗震變形: 房屋在多遇地震作用下最大層間彈性位移角的計算值見表2 所示，結構的最大周期為2． 85s。根據《建筑抗震設計規范》［6］ ( GB50011-2001) 第5． 5． 1 條規定，鋼筋混凝土框架結構的層間彈性位移角限值為1 /550。從表2 中可以看出，房屋在地震作用下層間彈性位移角最大值為1 /384，超出規范的彈性變形要求。表2 加固前多遇地震下層間彈性位移角結果
Table 2 The results of elastic drift angle under frequent
earthquake before the reinforcement
樓層
X 向Y 向
最大層間位移角
Max( Dx / h)
最大層間位移角
Max( Dy / h)
9 層1 / 613 1 / 643
8 層1 / 532 1 / 538
7 層1 / 490 1 / 480
6 層1 / 450 1 / 446
5 層1 / 500 1 / 544
4 層1 / 476 1 / 519
3 層1 / 450 1 / 494
2 層1 /423 1 /484
夾層1 /384 1 /495
1 層1 /503 1 /682
4 房屋加固措施
針對現場檢測結果及根據改造方案計算后出現的問題，擬采取以下加固措施［3 ～ 5］:
( 1) 對屋面滲水部位應進行封縫和防水處理，或全面重換屋面防水層。
( 2) 對已產生裂縫的墻體，鑿除粉刷層后，用Φ6@ 200 雙向鋼筋網加40 厚細石混凝土或高標號水泥砂漿分層壓光進行加固。對于開裂較寬的裂縫，應對裂縫進行封堵，并采取防水措施。
( 3) 對于破損的混凝土構件應采用聚合物砂漿進行修補，為保證新舊混凝土的可靠連接，必要時，需補充一定的構造鋼筋。
( 4) 對結構增設部分縱、橫混凝土抗震墻以提高房屋結構的整體剛度，具體布置見圖2 所示，使房屋在多遇地震作用下的抗震變形能滿足規范要求，有效地傳遞地震荷載。

加固抗震墻布置圖

圖2 新增抗震墻布置圖
Fig． 2 Additional shear wall layout
( 5) 對軸壓比超限的框架柱，采用擴大斷面法進行加固，具體做法見圖3 所示。

柱增大截面示意圖

圖3 柱增大截面示意圖
Fig． 3 Increasing section diagram of columns
( 6) 對于承載力不足的混凝土梁采用擴大截面法進行結構補強，具體做法見圖4。
5 結構加固后計算結果結構進行加固后主要受力部分仍為框架部分，所以對加固后的結構仍然按框架結構再次進行抗震驗算。計算表明，結構剛度比加固前增大，并且加固后的結構框架柱、梁的配筋滿足承載力要求; 柱子的軸壓比明顯減小，最大者為0． 75，滿足現行設計規范規定的限值。加固后結構在地震作用下的層間位移驗算結果參見表3 所示，加固后結構的最大自振周期為1．46s，從表3 中可見，x，y方向地震作用下結構的層間位移均小于規范規定的1 /550 限值。表3 加固后結構在多遇地震下層間彈性位移角Table 3 Elastic drift angle under frequentearthquake after the reinforcement
樓層X 向Y 向最大層間位移角Max( Dx / h)最大層間位移角
Max( Dy / h)
9 層1 /1493 1 /1222
8 層1 /1236 1 /1058
7 層1 /1043 1 /930
6 層1 /904 1 /844
5 層1 /901 1 /814
4 層1 /856 1 /789
3 層1 /833 1 /790
2 層1 /847 1 /833
夾層1 /875 1 /917
1 層1 /1220 1 /1342
6 結語
( 1) 加固設計前，必須對原結構進行全面的檢測、鑒定，檢測出原結構主要承重構件的實際強度、不均勻沉降及構件損傷情況，并進行抗震驗算;把檢測及計算結果作為制定結構加固方案的依據。
( 2) 根據改造方案驗算，基礎承載力基本滿足改造后使用要求。但在加層改造及未來使用過程中，應加強房屋的沉降監測，如出現不均勻沉降，視沉降發展的程度而采取相應措施，及時處理。
( 3) 改造加固設計方案選取過程中，在滿足承載能力要求的基礎上，應盡量使用施工方便、工效
高、對原結構受力影響小的加固方法。
( 4) 改造設計時，新增辦公室分隔墻體盡可能采用雙面石膏板，減輕樓面線荷載，以此減少樓面荷
載增加量。按文中建議的方法加固后，結構的抗震性能能夠滿足現行規范要求。該工程于2008 年竣工，并已
投入使用，3年來工作情況良好。參考文獻( References) :
［1］ GB 50223-2008，建筑工程抗震設防分類標準［S］
GB 50223-2008，Standard for Classification of Seismic
Construction Standards［S］( in Chinese)
［2］ GB 50023-2009，建筑抗震鑒定標準［S］
GB 50023-2009， Standard for Seismic Assessment of
Buildings［S］( in Chinese)
［3］ JGJ 116-2009，建筑抗震加固技術規程［S］
JGJ 116-2009， Technical Specification for Seismic
Strengthening of Buildings［S］( in Chinese)
［4］ GB 50010-2002，混凝土結構設計規范［S］．
GB 50010-2002，Code for Design of Concrete Structures
［S］． ( in Chinese)
［5］丁紹祥．混凝土結構加固工程技術手冊［M］．武漢: 華
中科技大學出版社，2008
Ding Shao-xiang． Technical Manual of Concrete Structure
Reinforcement Project［M］． Wuhan: Huazhong Science
and Technology University Press，2008( in Chinese)
［6］ GB 50011-2001，建筑抗震設計規范［S］
GB 50011-2001，Code for Seismic Design of Buildings
［S］( in Chinese)

上一條某商城的加固改造設計
下一條梁側錨貼鋼板加固鋼筋混凝土梁抗彎性能試驗研究

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