框架結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)淺談
2015-07-13
1工程概況
本工程為上海市閔行區(qū)江川文化館改造加固項(xiàng)目，位于上海市鶴慶路366號(hào)。房屋為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，地上四層，一層層高為5m，二、三層層高為4.25m，四層層高為3.6m，建筑總高度為17.55m，建筑面積約為6000m2。本文將結(jié)合此工程，淺談框架結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)。
2框架結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)
2.1基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)
房屋原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用筏板樁基礎(chǔ)，由于改造后荷載增大較小，原基礎(chǔ)承載力能夠滿足改造后要求。故僅針對(duì)新增加柱和墻增設(shè)新基礎(chǔ)。柱下基礎(chǔ)采用承臺(tái)靜壓錨桿樁基礎(chǔ)，錨桿靜壓樁截面為250mm×250mm，樁長(zhǎng)l=25m。之所以采用此基礎(chǔ)形式，一是考慮到房屋新增結(jié)構(gòu)和原結(jié)構(gòu)沉降量相差不應(yīng)過(guò)大，如過(guò)大容易導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)整體性能和拼接部位產(chǎn)生混凝土裂縫，二是靜壓錨桿樁獨(dú)立性強(qiáng)且對(duì)原基礎(chǔ)影響相對(duì)較小。
在條件允許的情況下，新增墻下設(shè)置基礎(chǔ)梁，梁上砌墻。在1～4軸/J～K軸范圍內(nèi)，由于條件所限墻下無(wú)法設(shè)置基礎(chǔ)梁，故在二層原有梁下垂釣4根鋼柱（1軸/K軸、2軸/K軸、3軸/K軸、4軸/K軸），詳見圖1。二層梁原配筋富余量較大，垂釣鋼柱后承載力仍滿足要求。
2.2上部結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)
此工程需拔除六根柱（5軸/G～H軸之間、5軸/E～G軸之間、5軸/D～E軸之間、2軸/B軸、3軸/B軸、4軸/B軸），新增一根柱（1軸/B軸），局部樓板增加，建筑功能做相應(yīng)調(diào)整。現(xiàn)以二層為例，平面圖詳見圖2。
在對(duì)房屋上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固時(shí)，其做法是首先找出結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的不安全部位，其次再?gòu)募訌?qiáng)整體結(jié)構(gòu)抗震性能的角度出發(fā)，對(duì)加固后的結(jié)構(gòu)按新的計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行強(qiáng)度和變形分析。這樣既考慮到了薄弱構(gòu)件，也防止了針對(duì)薄弱構(gòu)件加固后造成原薄弱部位的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致房屋的整體抗震性能不滿足要求。
針對(duì)結(jié)構(gòu)的薄弱問(wèn)題采用不同的加固方法，通常有三大類：提高承載力、提高剛度和延性、同時(shí)提高承載力和剛度。本工程房屋改造加固采用的是第三種方法，即同時(shí)提高承載力和剛度。
原結(jié)構(gòu)建模計(jì)算后發(fā)現(xiàn)第一周期為平動(dòng)周期，滿足要求；第二周期為扭轉(zhuǎn)周期，第三周期為平動(dòng)周期，均不滿足要求。Y方向的位移角為1/457>1/550，不滿足要求。局部柱超筋，局部梁配筋不滿足要求。
對(duì)于超筋的柱，配筋不足較多的梁，均采用了加大截面法進(jìn)行加固。加大截面法相比碳纖維加固有如下優(yōu)點(diǎn)：提高原節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的初裂值，節(jié)點(diǎn)剛度提高較大，提高節(jié)點(diǎn)耗能能力較好。但加大截面加固法中如何使新舊部分混凝土整體工作，共同受力是一關(guān)鍵問(wèn)題，新、老混凝土的結(jié)合面是加固結(jié)構(gòu)受力時(shí)的薄弱環(huán)節(jié)。因此，從設(shè)計(jì)構(gòu)造上配置足夠的貫穿于結(jié)合面的剪切摩擦筋或錨固件將兩部分連接起來(lái)，是確保結(jié)合面能有效傳力，并使新舊兩部分混凝土整體工作的重點(diǎn)。其次梁柱交接處加入箍筋鉆孔時(shí)可能對(duì)原結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，故應(yīng)按照等體積配箍率的原則將其換算成粗而稀的鋼筋。
考慮到加固范圍不大、工期緊、不能破壞原結(jié)構(gòu)等因素，對(duì)于配筋不足較少的梁，采用粘鋼加固法進(jìn)行加固，如圖4。鋼筋混凝土受彎構(gòu)件外部粘鋼加固是在構(gòu)件承載力不足區(qū)段（正截面受拉區(qū)、正截面受壓區(qū)或斜截面）表面粘帖鋼板，這樣可以提高被加固構(gòu)件的承載力，且施工方便，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平。在對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行粘鋼加固前須將混凝土表面打磨平整，除去表面浮塵（漿）油污等雜質(zhì)，直至完全露出結(jié)構(gòu)新面；對(duì)于凹凸不平的粘貼面用修復(fù)材料進(jìn)行表面平整，并保持混凝土表面清潔、干燥，其主要工藝要求為：
?。?）鋼板及配套JGN結(jié)構(gòu)膠應(yīng)具有產(chǎn)品合格證、應(yīng)用許可證，并附有相關(guān)的產(chǎn)品規(guī)格及主要。
?。?）粘貼鋼板，應(yīng)粘貼密實(shí)、平整無(wú)氣泡。
?。?）粘貼鋼板，膠層應(yīng)呈突起狀，其平均厚度不小于1.5mm；
（4）粘貼鋼板時(shí)應(yīng)避免接觸酸、堿性材料，附近應(yīng)沒(méi)有電焊等強(qiáng)紫外線光源。
現(xiàn)以二層4～5軸/C～D軸之間東西向梁頂加固為例。梁原截面為240mmx400mm，原上部鋼筋為2Φ16，原箍筋Φ6@200，原有配筋不滿足現(xiàn)在的計(jì)算配筋，需進(jìn)行粘鋼加固。
在支座粘貼鋼板時(shí)，若遇柱有障礙，則將鋼板繞過(guò)柱位，在梁側(cè)4倍板厚Hb范圍內(nèi)，將鋼板粘貼與板面上。
針對(duì)房屋剛度較小，整體性較差，采取了加斜撐的加固方法。根據(jù)以往結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，增加房屋四周的剛度，使房屋內(nèi)柔外剛，可以很有效的控制房屋的扭轉(zhuǎn)，而局部增設(shè)鋼筋混凝土抗震墻或斜撐的方法可以很有效的提高房屋剛度。在4軸/C～D軸（一層、二層）、12軸/G～H軸（一層、二層）、5～6軸/J軸（一層）處增加斜撐，以起到調(diào)整房屋的剛度，從而使得改造加固后的房屋可以滿足抗震規(guī)范要求。
對(duì)加固后的結(jié)構(gòu)按新的計(jì)算簡(jiǎn)圖重新進(jìn)行強(qiáng)度和變形分析。結(jié)果比較未加固前剛度及承載力有了明顯提高，均滿足規(guī)范要求。
3結(jié)論
本工程所采用的加固方法為典型的框架結(jié)構(gòu)抗震加固方法。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)如何在既滿足安全要求前提下，又滿足建筑功能需求，經(jīng)濟(jì)合理。我總結(jié)以下幾點(diǎn)自己的經(jīng)驗(yàn)：
選擇合理的新增基礎(chǔ)形式，盡量減少對(duì)原基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的影響。本工程新增柱下基礎(chǔ)形式為承臺(tái)錨桿靜壓樁。
房屋在加固過(guò)程中，有時(shí)結(jié)構(gòu)可行，但建筑未必可行。所以不能想當(dāng)然的用思維定勢(shì)去加固，必須結(jié)合實(shí)際情況，具體部位具體給出合理的加固方案。本工程部分墻體下無(wú)法設(shè)置基礎(chǔ)，最后采用了二層梁下垂釣鋼柱的方法解決了困難。
抗震加固設(shè)計(jì)不僅要考慮到局部，即對(duì)某薄弱構(gòu)件的加固，還要考慮到整體，即加固了薄弱構(gòu)件后有可能使得薄弱環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移而帶來(lái)新的隱患。本工程在增加了斜撐后，對(duì)模型進(jìn)行復(fù)算，周期、位移均滿足規(guī)范要求，并重新檢查是否出現(xiàn)了新的薄弱構(gòu)件。
加固所采用的混凝土等級(jí)需較原混凝土等級(jí)提高一等級(jí)。本工程原混凝土等級(jí)為C30，加固設(shè)計(jì)所采用的新混凝土等級(jí)為C35。
薄弱構(gòu)件根據(jù)承載力不滿足要求的程度及實(shí)際施工的情況合理選擇加固方法。本工程采用的是加大截面法、粘鋼加固法。
