框架結(jié)構(gòu)抗震鑒定與加層加固改造設(shè)計

某框架結(jié)構(gòu)抗震鑒定與加層加固改造設(shè)計
李玲玲1 ，鄭七振1 ，王東1 ，楊玨1，2
( 1． 上海理工大學(xué)土木工程系，上海200093; 2． 中冶集團(tuán)建筑研究總院華東分院，上海200093)
［提要］ 某9 層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋，由于使用功能的改變，要對其進(jìn)行加層改造。為保障其以后能夠正常安全的使
用，依據(jù)抗震規(guī)范對其進(jìn)行了全面的結(jié)構(gòu)檢測和抗震鑒定。通過現(xiàn)場檢測、結(jié)構(gòu)計算分析，針對結(jié)構(gòu)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(jié)論，同時提出了補強加固建議，可供類似工程參考。
［關(guān)鍵詞］ 框架結(jié)構(gòu); 抗震鑒定; 補強加固
［中圖分類號］ TU746． 3 ［文獻(xiàn)標(biāo)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://m.www926ya.com/
近幾年來，我國破壞性地震頻頻發(fā)生，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。老的抗震規(guī)范與現(xiàn)行國家設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求有一定的差距，同時房屋經(jīng)過長時間使用后，會造成結(jié)構(gòu)不同程度的的老化和破壞，結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)一步降低，影響到以后的正常安全使用，需要對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢測和抗震鑒定，并且根據(jù)新規(guī)范進(jìn)行驗算加固。
1 工程概況
某商務(wù)樓位于上海市中山北路止園路口，始建于1986 年，原設(shè)計為9 層現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，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(biāo)高為
－ 2． 4m。建筑平面見圖1 所示。房屋最初設(shè)計用途為上海春光服裝車間，后作為商務(wù)辦公樓及商業(yè)網(wǎng)點使用至今。房屋過去曾對標(biāo)高3． 0m 處用現(xiàn)澆混凝土無梁樓蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部夾層改造，在1 軸線和D 軸線外增設(shè)兩層附樓，附樓與主樓間設(shè)有變形縫，為獨立結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)進(jìn)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(wù)辦公室; 房屋改造后，房屋的外立面及局部構(gòu)造發(fā)生相應(yīng)變動，由于鋪設(shè)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?？紤]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(jìn)行抗震鑒定，并根據(jù)鑒定結(jié)果對房屋進(jìn)行改造和加固。
2 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)檢測與鑒定
2． 1 結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀復(fù)核與完損情況檢測現(xiàn)場收集建筑平、立面尺寸以及現(xiàn)有梁及柱截面尺寸和配筋等情況與原設(shè)計圖紙基本相符。對主要構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場目測、局部鑿開以及儀器測試等方法進(jìn)行全面檢查。現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)開裂、破損現(xiàn)象; 部分填充墻出現(xiàn)開裂滲水現(xiàn)象; 現(xiàn)澆樓( 屋) 面板出現(xiàn)開裂破損及滲水現(xiàn)象; 附樓及夾層存在部分結(jié)構(gòu)損傷。
2． 2 混凝土構(gòu)件檢測
現(xiàn)場采用回彈法及鉆芯法對建筑物中的混凝土構(gòu)件強度進(jìn)行了隨機(jī)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(shù)規(guī)程》( JGJ /23-2001) 及《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》( CECS03: 2007) 進(jìn)行。評定結(jié)果為混凝土外觀質(zhì)量
較差，構(gòu)件表面存在蜂窩麻面，混凝土強度離散性大，房屋混凝土現(xiàn)有強度推薦值為C25，低于原設(shè)計
強度C28?；炷帘Ｗo(hù)層碳化情況較為嚴(yán)重，個別構(gòu)件的碳化深度已到達(dá)鋼筋表面。
2． 3 傾斜和差異沉降檢測
采用J2 － 2 經(jīng)緯儀測量房屋外墻轉(zhuǎn)角處的水平偏差，據(jù)此推算房屋的豎向傾斜率，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn):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(chǔ)設(shè)計規(guī)范》( GB 50007-2002) 關(guān)于該高度范圍內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)相對傾斜率的限值( 3‰) 要求。采用NA2 水準(zhǔn)儀測試房屋部分樓層平面的不均勻沉降趨勢，測試結(jié)果顯示: 房屋樓( 屋) 面整體未表現(xiàn)出有規(guī)律的不均勻沉降趨勢。
2． 4 抗震性能鑒定
根據(jù)《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》［2］ ( GB 50023-95) 的兩級鑒定法對各部分結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行鑒定。原結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)造與上海市工程建設(shè)規(guī)范《建筑抗震設(shè)計規(guī)程》( DBJ08-9-2003) 比較結(jié)果見表1 所示。從表中可看出，原結(jié)構(gòu)的構(gòu)造存在若干不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求之處，其余構(gòu)造措施基本滿足抗震規(guī)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(jié)構(gòu)現(xiàn)行規(guī)范備注
框架形式雙向框架宜為雙向框架滿足
節(jié)點形式整澆節(jié)點宜為整澆節(jié)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(yīng)＞ @ 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(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果并結(jié)合正常使用條件，采用
中國建筑科學(xué)研究院編制的PKPM( 2005 版) 計算
程序進(jìn)行復(fù)核驗算。計算時，不考慮原結(jié)構(gòu)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(shù)
如下［1］:
抗震設(shè)防: 7 度( 0． 10g) ，抗震設(shè)防第一組
抗震等級: 二級
場地土類別: IV 類
基本風(fēng)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(wèi)生間) ，5． 0 kN /m2 ( 儲藏室、
配電間) ，7
． 0 kN /m2 ( 電梯機(jī)房)
3． 2 計算結(jié)果
( 1) 地基基礎(chǔ): 房屋基礎(chǔ)為柱下獨立樁承臺，承臺間設(shè)置閉合基礎(chǔ)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(jù)改造方案計算，現(xiàn)有基礎(chǔ)基本滿足改造后的使用要求，但基礎(chǔ)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(shè)計荷載
增加較多，根據(jù)改造方案計算: 房屋1 層～ 7 層大部分框架柱軸壓比大于現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范規(guī)定的限值，最大者達(dá)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(shè)計存在差異，根據(jù)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(jù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的最大周期為2． 85s。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》［6］ ( GB50011-2001) 第5． 5． 1 條規(guī)定，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)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(guī)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(jié)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(xiàn)場檢測結(jié)果及根據(jù)改造方案計算后出現(xiàn)的問題，擬采取以下加固措施［3 ～ 5］:
( 1) 對屋面滲水部位應(yīng)進(jìn)行封縫和防水處理，或全面重?fù)Q屋面防水層。
( 2) 對已產(chǎn)生裂縫的墻體，鑿除粉刷層后，用Φ6@ 200 雙向鋼筋網(wǎng)加40 厚細(xì)石混凝土或高標(biāo)號水泥砂漿分層壓光進(jìn)行加固。對于開裂較寬的裂縫，應(yīng)對裂縫進(jìn)行封堵，并采取防水措施。
( 3) 對于破損的混凝土構(gòu)件應(yīng)采用聚合物砂漿進(jìn)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(gòu)造鋼筋。
( 4) 對結(jié)構(gòu)增設(shè)部分縱、橫混凝土抗震墻以提高房屋結(jié)構(gòu)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(guī)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(kuò)大斷面法進(jìn)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(kuò)大截面法進(jìn)行結(jié)構(gòu)補強，具體做法見圖4。
5 結(jié)構(gòu)加固后計算結(jié)果結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固后主要受力部分仍為框架部分，所以對加固后的結(jié)構(gòu)仍然按框架結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行抗震驗算。計算表明，結(jié)構(gòu)剛度比加固前增大，并且加固后的結(jié)構(gòu)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(xiàn)行設(shè)計規(guī)范規(guī)定的限值。加固后結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移驗算結(jié)果參見表3 所示，加固后結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的層間位移均小于規(guī)范規(guī)定的1 /550 限值。表3 加固后結(jié)構(gòu)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(jié)語
( 1) 加固設(shè)計前，必須對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的檢測、鑒定，檢測出原結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的實際強度、不均勻沉降及構(gòu)件損傷情況，并進(jìn)行抗震驗算;把檢測及計算結(jié)果作為制定結(jié)構(gòu)加固方案的依據(jù)。
( 2) 根據(jù)改造方案驗算，基礎(chǔ)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(yīng)加強房屋的沉降監(jiān)測，如出現(xiàn)不均勻沉降，視沉降發(fā)展的程度而采取相應(yīng)措施，及時處理。
( 3) 改造加固設(shè)計方案選取過程中，在滿足承載能力要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量使用施工方便、工效
高、對原結(jié)構(gòu)受力影響小的加固方法。
( 4) 改造設(shè)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(jié)構(gòu)的抗震性能能夠滿足現(xiàn)行規(guī)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(xiàn)( References) :
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