天河软件园加固工程设计与分析.pdf

第7 期 2 0 0 8 年7 月 广 东土 木与建 筑 G UANGDONG ARCHI T E C TURE C I VI L E NGI NEE RI NG No 7 J 【 兀 L 2 O 0 8 天河软件园加 固工程设计与分析 朱庆科 ( 广东省电信规划设计院有限公司 广州 5 1 0 6 3 0 ) 摘要 ： 介 绍某软件 园加 固设计 方案及 思路 ， 分析对 比不 同计算模型 ， 从而优化设计方案 ， 同时采取 对碳 纤维布 控制拉应变， 减小构件 弯曲变形 ， 控制 裂缝 宽度 ； 增加边 梁和环柱锚板等技术措 施 ， 解决 了相关的施 工难题 。 关 键 词 ： 结 构加 固；加 大截 面 ；粘 贴碳 纤 维布 ；粘 贴钢 板 1工程概 况 本工程位于广州天河某软件园办公楼裙楼 4楼， 建筑规模 4 3 8 4 m2 装修面积 3 9 0 4 m 2 。 结构加 固面积 约 4 0 0 m 2 本工程采用框架剪力墙结构 楼面结构采 用 井字 梁布 置形式 根据业主要求 需要把原建筑物部分区域改造为 电池电力室，而该区域原楼面活载按6 k N m 2 设计 根据 电信专用房屋设计规范 规定 ， 电池 电力室 活载为 1 5 k N m 而该区域不能满足其荷载要求， 因 此对相应构件需要进行加 固处理才能满足业主的使 用要求 2 结构加 固方案 的确定 2 1 检测 与鉴 定 根据 混凝 土结构加固设计规范 z 的要 求 ， 我 们建议对原建筑物相应加固区域进行检测和鉴定 主要 目的是检验原建筑物是否按原设计 图纸进行施 工 以及是否达到原设计 的各项材料技术指标要求 检测 内容包括相应 区域 的梁板柱 和基础 的截 面尺 寸、 保护层厚度 、 配筋 、 混凝土强度等级以及主体结 构的裂缝和不均匀沉降情况等 检测数量及位置可 参照 混凝土结构工程施工质量验收规范 的规定 与要 求确 定 检测 结 果 表 明 ， 各 项 材料 的技 术指 标 均 达 到设 计 要求 相 应 区域 的结 构 构 件尺 寸 和 配筋 与 原设 计 相符 可以以原图纸为依据进行加固改造设计 2 2 计 算分 析与对 比 ( 1 )确定使用年限 对正常使用、正常维护的房屋结构而言 。 3 O年 是一个可以接受的标志性年限， 根据文献 2 的要求 并与业主共同协商 确定本工程设计使用年限 3 0年。 ( 2 )确定荷载 根据 建筑结构荷载规范 、 文献 1 以及楼面 结构布置特点 电池电力室区域活荷载取值分别为 ： 楼板 1 5 k N m 2 次梁 9 k N m ， 主梁和基础6 k N m 。 加 上文献 2 中有相关规定 ， 楼面活荷载标准值除应按 现行荷载规范的规定取用外 尚应按下一 目标使用期 乘 以修 正 系数 k 予 以修 正 由于本 工程 设 计使 用 年 限为 3 O年 楼面活荷载修正系数 k 取 1 0 。 ( 3 )建立模型进行计算分析和对比 a直接加 载模型 按改造后实际设计荷载计算 即楼板活荷载取 1 5 k N m 2 次梁活荷载取 9 k N m 主梁和基础活荷载 取6 k N m 其它设计参数保持不变 加固配筋量为本 模 型计算配筋结果 与原结构配筋的差值 ， 记为 G ； b 间接加载模型 按 增加 的设 计荷 载 ( 改造 后实 际设计 荷载 与原 设计的差值) 进行计算 加固配筋量为本模型计算配 筋结果 。 记为 G ， 将模型 a 、 b的计算结果进行对 比分析 ， 得 ： G = ( G 一 G ) G l= 2 0 ， 也即采用模型 a 的方案与采用模 型 b的方案相比 配筋量可减少 2 O 。 笔者认为配筋差异较大的主要原因为 ：原结 构配筋设计有一定的富余 ： 模型 b重复考虑了风荷 载 以及抗震 构造措 施 采用模 型 a的数据 进行加 固设 计会更加接近实际受力情况 可以充分利用原有钢 筋 的富余量 达 到经济 合理 的效 果 但 要求 原 结构 图 纸较完整 实际构件尺寸配筋与其相符： 采用模型 b 较符合简化设计理论 ， 方便计算配筋 适用于原结构 图纸不全的情况 。 但偏于保守 经济性稍差 。 根据检测结果并综合考虑以上因素 本工程采用 61 2 0 0 8 年7月 第7 期 朱庆科： 天河软件园加固工程设计与分析 J U L 2 0 0 8 N o 7 模型 a的数据进行加固设计 。 并采取了相应的技术措 施， 合理考虑二次加载对变形的影响。 3采取的技术措施 ( 4 )加固方案的选择 笔者认为加 固设计方案应具有 良好 的施工性 否 则会 因施 工难 度 的增 大 造 成 工期 长 劳 动 用 工 多， 安全系数低等 ， 从而影响加固质量 因此既要考 虑价格 比、 性能 比和质量比， 还要体现出工艺技术的 科 学性 和先进性 笔者根据模 型 a 的计算结果进行 加 固方案选择 主要考虑以下因素： 加固区域所在楼层在梁底约5 0 ra m处设置了 消防管线 ， 梁底可施工空间很小 梁底增大截面加固 不具备现场施工条件 ： 楼面改造要求提高的承载力较多 在截面不 变的情况下 ， 规范要求提高不超过 4 0 其 目的是控 制加 固后构件 的裂缝宽度 和变 形 而且也强 调 了“ 强 剪弱弯” 的设计原则 本工程超 出 4 0 故相应构件 的截 面需要增 大 ： 在各种加固方案中， 碳纤维加固法具有材料 自重轻、 强度高、 固化后强度高于钢材数倍、 耐腐蚀性 和耐久性好 、 劳动强度小( 每个作业面只需 l 2人) 、 施工工期短等优点 ； 而采用粘钢法 ， 则具有造价低 、 施工 简单 、 占用空 间小 、 加 固效果好 等优点 。 本工程工期紧迫 经综合考虑以上因素， 最终决 定采 用 以下组 合加 固设计 方案 ( 如 图 1 ) ： 对梁采用梁顶增加叠合层加大截面和梁底 粘贴 钢板结合 加 固 ： 对楼板采用板面增加叠合层加大截面和板 底粘贴碳纤维布结合加固： 根据验算结果 柱和基础不需加固便可以满 足使用要求 该 设 计方 案确 定后 经 验 算证 明能很 好地 满 足 规范 对挠度和裂缝的要求 3 1 对碳纤维布实施控制拉应变 。 以减少构件弯曲 变形 ， 有效地 控制结 构 的裂缝 宽度 由于碳纤维布的弹性模量很低 接近于钢材 但 其 强度 则高得 多 ，因此其拉 应变应 较大才 能发挥其 高强 的特点 。 如果碳纤 维布 的应力要 达到文 献 2 规 定的抗拉强度设计值( 2 0 0 0 2 3 0 0 ) N m m 2 则其应变 需达到 HR B 3 3 5钢筋设计应变的 6 6 7倍或屈服应 变( 取屈服强度 3 8 0 N m m ： ) 的5 2 6 倍。 对于符合平截 面假定的碳纤维布加固受弯构件 由于碳纤维与受 拉纵筋相距不大， 两者的应变较为接近 在正常使用 状态下碳纤维布的高应变要求较难实现 据相关测 算 ， 当碳纤维布强度设计值按加 固规范取值 其强度 利用 系数为 0 3 1 0 。 本 工程从安全性 和适用性出发 对碳纤维布应变设计值取 0 0 0 7 5 相应的抗拉强度 设计值取 1 5 0 0 N ra m z ( 高强 级) 。 3 2 新旧混凝土界面采用 Y J 混凝土界面结合剂 由于新旧混凝土的结合强度很低 直接浇筑很 不理想 故新混凝土浇筑前 先涂刷一层高粘性的界 面结合剂， 随涂随浇 使结合面混凝土的粘结抗剪 、 抗拉强度接近或高于混凝土本身 避免结合面过早 开裂 破坏 3 - 3 采 用喷射混 凝土 浇筑工 艺 加固构件新增部分楼板 比原楼板截面小要求 在原 构件表 面凿毛并 洗净后 浇筑 新增截 面厚度 为 6 0 ra m， 采用一般机械振捣浇筑较 困难 质量不易保 证。采用喷射混凝土浇筑工艺 施工较简便 混凝土 质量和结合性能可显著提高。 与普通混凝土相比 喷 射混凝土早期强度较高 常温下 1 d抗压强度可达 6 1 5 MP a ： 与旧混凝土的粘结强度较高 抗拉强度可 达 1 5 2 5 MP a 接 近混凝土本身 粘结强度 比普通 6 2 图 1 I区加 固平 面 及剖 面 图 粘 贴 钢 板 般 u 垡板板 壁 堕 壁 堑 垄 鱼 i 1 1 I 2 0 0 8 年7 月 第7 期 广 东土 木与建 筑 J U t , 2 0 0 8 N o 7 混 凝土 高出 2 4倍 ： 3 4 控 制粘 贴钢板 厚度 本工程主梁 、 次梁分 别 采 用 6 ra m 和 5 m m 钢 板井梁交接部位双层粘 贴 钢板 总厚 度控制 在 1 0 m m以内 为防止混凝 土 与钢板 的粘 接劈裂 破 坏 端部 采取 相应措 施 3 5 增 加 并 排 框 架 梁 处 理 边梁 问题 图 2边梁与外墙的连接部位 由于建筑外墙支撑于边梁( 如图 2 ) ， 如果直接在 梁面和梁底进行加固则施工难度较大 本工程采用 增加并排框架梁 新增梁与边梁采用植筋方法有效 连接 ，在新增梁梁顶楼板对应位置开孔 1 5 0 5 0 0 作为灌注混凝土之用 ， 如图 3所示。 M I 2 化 学锚栓(8 ) M 1 6 化学锚栓( 4 根 ) _ _-_ _ _ _ _ _。 。一 塑 堑 (与 原 楼 板 用 植 筋 腔 粘 结 蚤 碹 覃 图 4中柱 箍筋大样图 3 6 增加环柱锚板 ， 提高锚 固效果。 根据文献 2 的相关规定计算 ， 新增钢筋植人柱 长度为 2 5 d ， 但 由于柱 节点 内钢 筋密 集 ， 施 工难 度很 大 ， 于是采取增加环柱锚板 新增梁筋与锚板双面满 焊的方法提高锚 固效果， 满足规范要求， 如 图4 。 4结束 语 本工程现已施工完毕 ， 经验收合格后投入使用， 在使用过程中， 能较好地满足业主的需求 达到了较 好 的经济使用效果。 砖墙 植筋 1 2 2 0 0 界面 处理 双 钢筋 植人 箍筋 钻孔穿筋 双 面 焊 I 簇 嚣 预钻浇灌孔 ( l 5 0 5 0 0 ) 钢 筋植入柱1 0 d 监 图 3边 梁 大 样 参考文献 f 1 Y D T 5 0 0 3 2 0 0 5 电信专用房屋设计规范 2 G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6混凝土结构加固设计规范 3 G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2 混凝 土结构工程施工质量验收规范 4 G B 5 0 0 0 9 2 0 0 1建筑结构荷载规范( 2 0 0 6年版 ) 5 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2混凝土结构设计规范 6 黄小许 ， 黄穗欢 ， 罗 辉群 关 于现行 混凝土结构加 固设 计规范 中碳纤维布抗拉强度设计取值问题的探讨 M 注册结构工程师继续教育选修课 培训教材 63