某辦公樓增層加固改造設(shè)計(jì)

1、某辦公樓增層加固改造設(shè)計(jì)    摘要:桂林市某辦公樓由于使用需要,按現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范先對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接增層加固改造設(shè)計(jì)。在盡量保留原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,基礎(chǔ)、梁和柱采用加大截面法,墻體采用增設(shè)壁柱法,并在原坡屋頂上增設(shè)新的結(jié)構(gòu)層作為辦公室樓面。通過對(duì)上述過程的設(shè)計(jì)分析,介紹了一些有效的方法,可供同類建筑加固改造參考。關(guān)鍵詞:磚混結(jié)構(gòu);增層;加固改造隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市人口增長(zhǎng),人民生活水平不斷提高,原有的辦公和住房結(jié)構(gòu)完好,因?qū)訑?shù)少,建筑面積及功能已不能滿足日益增長(zhǎng)的需求,特別是處于城市中心地帶的舊房。因此,對(duì)舊房加層改造也就成了人們普遍關(guān)心的問題。但是,由于舊房

2、拆除、改建新房工程量很大,加上配套工程,造價(jià)費(fèi)用很高,且舊房增層改造利用空間發(fā)展,已越來得到社會(huì)的重視,它的最大優(yōu)點(diǎn)是不占用建筑用地,且縮短建設(shè)周期。本文根據(jù)桂林市某辦公樓加固改造的設(shè)計(jì)實(shí)踐進(jìn)行一些這方面的探討。1工程概況該辦公樓是桂林市某派出所的辦公樓,位于地震烈度6度區(qū),所以該改造增層工程不作抗震設(shè)防。環(huán)境類別為一類,建筑場(chǎng)地為類,基本風(fēng)壓0·3 kN/m2,底面粗糙度類別為C類。采用獨(dú)立基礎(chǔ),地基承載力特征值為190 kPa,總建筑面積約1 378·16 m2,其中原建筑面積為720·07 m2,新增建筑面積為658·09 m2,建筑設(shè)計(jì)使用年限為

3、主體結(jié)構(gòu)50a。原建筑為兩層,局部為一層,改造后建筑層數(shù)為三層,建筑類型為辦公類建筑,結(jié)構(gòu)類型為磚混結(jié)構(gòu)。由于在原有結(jié)構(gòu)上增加一層半(三層及二層的一部分),局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)承載能力不足,需要進(jìn)行加固處理。增層及加固部位詳見圖1。2結(jié)構(gòu)增層2·1增層方案選擇對(duì)舊房進(jìn)行增層改造是緩解土地緊張的有效方法之一,在改造前應(yīng)作必要的勘察,特別是對(duì)基礎(chǔ)的查勘。它包括:基礎(chǔ)的類型、實(shí)際尺寸、埋深及破損情況。在此基礎(chǔ)上,還要了解舊房的原設(shè)計(jì)資料,在進(jìn)行技術(shù)鑒定后進(jìn)行增層改造。增層的方法有兩種:直接增層法和改變荷載傳力途徑增層、外套框架結(jié)構(gòu)增層法。(1)直接增層。所謂直接增層法是在原房屋結(jié)構(gòu)上不改變?cè)Y(jié)

4、構(gòu)承重體系和平面布置,直接進(jìn)行增層的方法。這種方法適合于原有房屋的結(jié)構(gòu)布置合理,主要承重結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)的承載力和變形性能滿足增層的要求,或經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)處理后能滿足要求的房屋,增層的層數(shù)一般不宜超過3層,費(fèi)用較低,結(jié)合原有房屋的抗震加固進(jìn)行增層,經(jīng)濟(jì)效益更好。(2)改變荷載傳力途徑增層。當(dāng)原房屋的基礎(chǔ)及承重結(jié)構(gòu)體系不能滿足增層后承載力的要求,或由于房屋使用功能要求需改變建筑平面布置,相應(yīng)需改變結(jié)構(gòu)布置及荷載傳遞途徑時(shí),也可采用改變上部結(jié)構(gòu)的傳力途徑。此法適用于原房屋墻體結(jié)構(gòu)有承載潛力,通過增設(shè)部分墻體、柱子或經(jīng)局部加固處理后,即可滿足增層要求的房屋。(3)外套結(jié)構(gòu)增層。如增層改造要求增加的層數(shù)比較多,

5、采用直接加層改造無法滿足要求時(shí)可采用外套框架法。外套框架結(jié)構(gòu)增層法是在地基承載力潛力不大而又增層較多時(shí)采用的,通常加層層數(shù)較多。這種方法使新加結(jié)構(gòu)與原有體系聯(lián)系較少,基礎(chǔ)另設(shè),在舊房外圍另套框架。該工程原結(jié)構(gòu)為兩層,局部為一層,且原有建筑為小開間的磚混結(jié)構(gòu),加層改造后亦無大開間要求,因此采用直接增層法。對(duì)原有結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行校核后,在原來墻體上直接砌筑砌體材料,然后架樓板或屋面板。直接增層具有投資少、工期短、施工方便等優(yōu)點(diǎn),十分適合此類辦公樓的增層設(shè)計(jì)。2·2原有結(jié)構(gòu)承載力校核該建筑已建成10 a,原基礎(chǔ)為獨(dú)立基礎(chǔ),地基承載力特征值為150 kPa。由于地基土在長(zhǎng)期荷載作用下,促使地基

6、土中孔隙水逐漸排出,孔隙比降低,使地基土被壓縮,從而提高了地基土的容許承載力。根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料表明,一般使用10 a以上房屋,地基承載力大約提高20%30%1。此處考慮舊基礎(chǔ)下的地基持力層在長(zhǎng)期荷載作用下,未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫,地基土經(jīng)壓縮固結(jié)已基本完成,承載力有所提高。根據(jù)勘察報(bào)告可知,現(xiàn)在基礎(chǔ)的地基承載力特征值為190 kPa,而房屋增加一層,荷載也相應(yīng)增加,根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB5007-2002)對(duì)其進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算2,發(fā)現(xiàn)J-25柱下獨(dú)立基礎(chǔ)承載力不滿足要求,須作加固處理。筆者采用PKPM設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算分析,計(jì)算構(gòu)件在最不利組合時(shí)控制內(nèi)力,結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行配筋計(jì)算。對(duì)新加層的

7、配筋結(jié)果即為設(shè)計(jì)配筋,對(duì)原有結(jié)構(gòu)的配筋結(jié)果要求與現(xiàn)有的實(shí)際配筋相比較,以確定是否對(duì)原有構(gòu)件進(jìn)行加固。結(jié)果顯示,加層后部分柱的軸壓比大幅度提高,不能滿足承載力要求, A、C、F軸部分墻體由于荷載的增加出現(xiàn)局部承壓不足,必須對(duì)其進(jìn)行加固處理。2·3結(jié)構(gòu)增層方案原有的材料特性以竣工圖為準(zhǔn),對(duì)于增層墻體,應(yīng)采用輕型材料以減輕下部結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)。新加層的材料特性為:基礎(chǔ)混凝土為C25,其余部分為C20;新增墻體采用240 mm厚MU10燒結(jié)多孔磚, M7·5混合砂漿。建筑物增層改造應(yīng)遵循安全可靠、有利抗震這一基本原則,在新舊結(jié)構(gòu)布置時(shí),盡可能利用原有結(jié)構(gòu)的墻體、基礎(chǔ)、柱子,確保計(jì)算簡(jiǎn)圖符

8、合受力狀態(tài)、傳力明確,構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工方便。新增墻體應(yīng)壓在舊墻上,即墻墻傳力方式,當(dāng)壓在梁上時(shí),一定要對(duì)梁進(jìn)行抗彎抗剪驗(yàn)算,不可將墻直接壓在樓板上。鋼筋混凝土柱上下新舊交接處,將原柱保護(hù)層打掉,漏出主筋,鑿毛,與新加柱主筋焊接,焊接長(zhǎng)度大于等于15d;接頭處1 m范圍內(nèi)箍筋間距硬加密;混凝土必須鑿毛,用水沖洗干凈后刷素水泥砂漿一道,然后用C30細(xì)石混凝土澆筑。為了使增層部分新增荷載均勻傳遞到原建筑物上,防止增層后產(chǎn)生不均勻沉降,在增層房屋頂部設(shè)置鋼筋混凝土封閉圈梁;同時(shí)承重墻上的門窗洞口,應(yīng)上下對(duì)齊,其洞頂均需設(shè)過梁,利于結(jié)構(gòu)受力明確和建筑上的外形統(tǒng)一。3結(jié)構(gòu)加固3·1基礎(chǔ)加固處理增層

9、后,由于荷載增大, J-25基底反力增加,必須提高基礎(chǔ)承載力。通常,直接增層時(shí)盡可能利用富余的地基容許荷載力,若舊房基礎(chǔ)為條基,而經(jīng)驗(yàn)算原有地基容許荷載力不能滿足增層要求時(shí),應(yīng)采用各種擴(kuò)大基礎(chǔ)底面的辦法或卸荷法或改變承重方式(如:改橫墻承重為橫縱墻承重)。鑒于地基承載力較高,采用鋼筋混凝土套擴(kuò)大基礎(chǔ)底面的方法3,目的是擴(kuò)大了基礎(chǔ)底面積,減輕原有基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān),使上部荷載的一部分由新增寬的基礎(chǔ)承受。此處,基礎(chǔ)加寬部分新增的縱向鋼筋可采用植筋法錨入柱基內(nèi),也可直接與柱內(nèi)縱筋焊接,并保證有足夠的錨固長(zhǎng)度。植筋技術(shù)是在原有需要改造的部位根據(jù)工程擬需用鋼筋以適當(dāng)?shù)你@孔和深度,采用化學(xué)膠粘結(jié)劑使新增的擬用鋼筋

10、與混凝土粘結(jié)牢固,并使新增鋼筋能發(fā)揮設(shè)計(jì)所期望的性能。但植筋技術(shù)對(duì)施工工藝要求較高,要有相應(yīng)施工資質(zhì)的施工隊(duì)伍,施工時(shí)還應(yīng)注意重錘輕打,查明鋼筋位置,為了盡量不損傷原結(jié)構(gòu)4,5,該工程采用施工工藝較簡(jiǎn)單、操作方便的焊接法連接,見圖2。3·2墻體加固經(jīng)計(jì)算, A、C、F軸部分墻體由于上部增層后,荷載加大,造成墻體受壓承載力不足,必須對(duì)其進(jìn)行加固處理。扶壁柱法是工程中最常用的墻體加固方法,這種方法可有效的增加墻體的折算厚度和墻體截面或減少墻體的計(jì)算高度,從而有效提高墻體的受壓承載力。增加壁柱,壁柱標(biāo)高從基礎(chǔ)頂?shù)?·6 m標(biāo)高的挑梁底,受力鋼筋錨入柱頂挑梁,錨固長(zhǎng)度不少于38d,

11、壁柱頂與挑梁底結(jié)合緊密?；炷练霰谥c原墻體及基礎(chǔ)的連接十分重要,其基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨(dú)立柱基,并與原基礎(chǔ)加強(qiáng)連接,見圖3。3·3梁的加固為了獲得較好的加固效果,節(jié)約經(jīng)濟(jì),本工程采用加大截面法進(jìn)行加固。該法因受力合理、布置靈活、傳力明確、工藝簡(jiǎn)單,可靠性好,提高承載力、剛度幅度大,增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性十分明顯等優(yōu)點(diǎn),得到廣泛的應(yīng)用。梁的荷載及跨度都不大,但通過計(jì)算,梁的承載力不滿足要求。如梁LL-2,經(jīng)過核算,須將梁的截面尺寸加大到240 mm×550 mm,并增加216 mm的鋼筋才能滿足正截面受彎承載力的要求,如圖4所示。在截面的受拉區(qū),增加現(xiàn)澆混凝土配U形箍筋5,6及縱向鋼

12、筋增大構(gòu)件截面,通過新加部分和原構(gòu)件共同工作,可有效地提高構(gòu)件承載力,改善正常使用性能。3·4柱的加固由于增層后,柱的軸壓比大幅度增大,但部分柱的軸壓比不能滿足規(guī)范要求,且根據(jù)業(yè)主要求,工程改造期間一層需要辦公,不能影響其正常使用,因此可采用混凝土加大截面補(bǔ)強(qiáng)3柱。由于加大截面加固法加大了原柱的混凝土截面和配筋量,因此這種方法不僅提高柱的承載力,還可以降低柱的長(zhǎng)細(xì)比,提高柱子的剛度。按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行正截面承載力計(jì)算,將柱截面尺寸加大到240 mm×400 mm,增加2 16 mm的鋼筋后再?gòu)?fù)核達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。柱的補(bǔ)強(qiáng)縱筋可采用鉆孔植筋法錨入上下板內(nèi)進(jìn)行連接,植筋前,先清除鋼筋

13、錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)的鐵銹,再用小鋼筋把浸泡好的膠粘劑放入孔內(nèi),膠粘劑的用量以插入鋼筋后有小量溢出為宜,隨即可將鋼筋旋入或錘擊打入板內(nèi)4,如圖5所示。4屋面處理在增層改造工程中,必須要利用原有屋面作為樓面,而原有屋面具有一定的坡度,不能直接作為樓面,有的屋面結(jié)構(gòu)往往還不能滿足改建后樓面活荷載的要求。對(duì)基礎(chǔ)梁板承載力不能滿足加層后作為樓面結(jié)構(gòu)需要的老屋頂,應(yīng)連同處理坡度等有關(guān)問題一并考慮,做比較分析后選擇可行的結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方案。必要時(shí),可在老屋頂上增設(shè)新的承重樓面結(jié)構(gòu)層。該建筑二層局部原為坡屋面,現(xiàn)需在原結(jié)構(gòu)上新增第三層,須將對(duì)原屋面進(jìn)行處理。綜上所述,工程需要在原坡屋面上增設(shè)新的結(jié)構(gòu)層作為辦公室

14、樓面。根據(jù)業(yè)主要求,增層改造期間,不能影響正常的辦公,且為了使施工方便,快速,新增樓面采用預(yù)制板。施工時(shí),以新增兩根花藍(lán)梁(LL4a和LL4)及原坡屋頂?shù)奈菁沽簽橹螌?duì)預(yù)制板進(jìn)行找平,新增梁以兩端墻為支點(diǎn),并保證施工時(shí)為避免梁的荷載傳給板,梁底與原屋面板頂留有一定距離,見圖6。經(jīng)核算,屋脊梁作為預(yù)制板的支撐時(shí),承載力不能滿足要求,故須先對(duì)屋脊梁進(jìn)行加固,然后再將預(yù)制板置于屋脊梁上。加固時(shí),在屋脊梁支座兩邊各L/3處鑿開,沖刷干凈再用C30的混凝土澆注,施工過程中應(yīng)避免損壞原結(jié)構(gòu)鋼筋。其他平屋頂,坡度較小,經(jīng)計(jì)算其承載能力滿足要求,只需鏟除原有防水層后在原基層上做新的找平層。5結(jié)論建筑物的增層改

15、造是一項(xiàng)技術(shù)較為復(fù)雜的工作。它需要對(duì)已建建筑物做全面的調(diào)查研究,從現(xiàn)場(chǎng)的補(bǔ)充勘查到詳細(xì)的結(jié)構(gòu)方案審核及計(jì)算復(fù)核,都必須認(rèn)真細(xì)致的進(jìn)行,以便提出可行的切合實(shí)際的改建設(shè)計(jì)方案。該工程辦公樓改造根據(jù)業(yè)主的要求,在盡量保持原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行增層加固設(shè)計(jì),使其承載力滿足要求,并增強(qiáng)了其抗震性能。改建工程于已投入使用1 a,至今房屋未發(fā)現(xiàn)裂縫,增層改建達(dá)到了預(yù)期效果。根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算,辦公樓增層改建的造價(jià)要比重建一個(gè)新辦公樓的造價(jià)節(jié)約30%左右,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。參考文獻(xiàn):1徐志川·多層混合結(jié)構(gòu)建筑物增層改造設(shè)計(jì)J·福建建筑,2004,(5):69-70·2GB 5007-2002,建筑地基基