商住楼加层续建工程抗震与加固设计

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关键词：商住楼，抗震加固设计

1工程概况

某商住楼为8层建筑,其中1、2层为商场,2层以上为住宅。1层高5.5m,2层层高3.8m,3至顶层层高3m,总高度27.45m。建筑结构为钢筋混凝土框架结构,人工挖孔桩基础,一柱一桩,桩径均为1.2m。总建筑面积约3100m2。首层柱结构见图1。

图1原首层柱结构图

该工程于2007年1月完成设计工作,2007年3月份开工,在三层梁楼板混凝土施工完毕时,发现首层柱混凝土强度不足。经现场无损检测和抽芯试验,首层柱(桩顶标高～建筑2层梁底标高范围)混凝土强度测试值为25.6～27.5MPa(原设计为C35)。

与此同时,建设单位提出加建一层的要求。增加一层后,房屋总高度变为30.45m,属高层建筑设计范畴。

显然,直接加层势必造成建筑结构的安全隐患,后继施工前,必须对已建部分进行加固处理。处理方法：首先,分析在已建结构上直接加层的结构模型的受力特性,特别需要判别其是否满足《高层混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)(以下简称《高规》)及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)(以下简称《抗规》)的要求,从而确定需加固的结构构件；进而对已建部分结构进行加固设计,最后,验算加固后的加层结构模型是否满足现行规范的各项要求。

2房屋直接加层的结构受力特性分析

2.1直接加层的结构计算模型

原设计采用PKPM系列工程软件SATWAE进行内力分析和配筋计算。为模拟基于首层柱混凝土强度不足情况下,直接加层后建筑结构的受力特性,直接加层的结构模型是在原设计模型的基础上,项在纺建种设福方察要卧求扛的晌加计层程部叉位看相量应恒增习加饱一屑个垃结改构活层问。假根贺据委柱旨混慕凝景土衬强志度速检斧测算报津告汁,杏改尼首仓层全柱题混晋凝厕土龄强败度嗓等叙级位为左C第2础5疼,去按蹦《絮高芒规议》屑进居行室设左计粮,颗振砍型盼数详取萌2美4窑个碗(乱原牺设比计粒取拢2帆1宵个宋)京,凝其截余围参稍数偷同锦原检设川计厉。

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赚千表23种情况的计算周期

表33种情况的楼层位移角

3加固设计

通过以上分析,可确定需加固的结构部位是首层柱、个别2层柱、结构1、2层部分框架梁,且加固施工的时机,应选择在现时楼面活荷载(甚至建筑装修恒载)尚未形成的有利时期。

3.1框架梁的加固设计

采用外粘贴钢板加固法,既可增加梁的承载力和刚度,又可减少对室内使用空间的影响。考虑到结构1、2层框架梁加固前并未承受楼面荷载,此时应力水平指标很低,故不考虑应力滞后的影响,按《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)进行加固设计。同时,通过验算,应防止加固后的梁出现“强弯弱剪”现象。部分框架梁加固图见图3所示。

图3梁加固立面图

3.2框架柱加固设计

框架柱除承载能力不足外,其x向抗侧力刚度也不足。结合建筑室内使用空间要求,采用增大截面法加固。角柱沿x、y两个方向增大截面尺寸,中柱、边柱沿x向(柱短边)增大截面尺寸。加固用混凝土强度等级C30,HRB335级钢筋,加固所需钢筋用量,按加层后所需钢筋总量减去原设计钢筋用量确定。在新旧混凝土结合面,后锚抗剪短筋以增强新旧混凝土的协同作用。新旧混凝土组合截面的混凝土强度按式(1)折算:

fcc=1/2(fc0+0.9fc)[2](1)

式中fcc为新旧混凝土组合截面的混凝土轴心抗压强度设计值；fc0为旧混凝土轴心抗压强度设计值；fc为新混凝土轴心抗压强度设计值。

求得新旧混凝土组合截面的fcc=12.39MPa,电算录入时按C25强度等级。首层框架柱加固后的截面尺寸见图5,部分柱加固图见图6～图9所示。

图5加固后首层柱结构图

图6柱加固立面图

4加固后加层的结构验算

加固后加层的结构电算模型,首层、2层柱截面按加固后的尺寸录入,加固后的框架梁截面尺寸,根据刚度等效的原则,由式(2)、式(3)推导出等刚度的混凝土梁截面尺寸计算公式(式4)[2,3],按换算截面尺寸录入。未加固的梁、柱按原尺寸,其余计算参数同直接加层的结构模型。加固后加层结构的电算结果见表1～表3。

图7柱加固基础节点图

图8柱加固中间层节点图

图9柱加固节点平面图

EI=Ec0Ic0+0.5EaAaa2a(2)

EI=1/12Ec0•bh3(3)

(4)

式中,EI为加固后的截面刚度近似值；Ec0和Ea分别为原构件混凝土和加固用钢材的弹性模量；Ic0为原构件截面惯性矩；Aa为加固构件一侧外粘钢材截面面积；aa为受拉与受压两侧钢材截面形心之间的距离；b0为加固前梁的截面宽度；h0为加固前梁的截面高度；b为等刚度换算后梁的截面宽度,取b=b0；h为等刚度换算后梁的截面高度。

从表1～3中可以看出,加固后加层结构的自振周期有所降低,x方向地震作用下的层间位移角和柱的轴压比均能满足规范要求。另外,加固后的周期比、剪重比、刚重比(未列出)等均符合规范要求。

5结语

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