上海東方飯店裝配式結(jié)構(gòu)的綜合改造與加固

1、港口科技港口建設(shè)上海東方飯店裝配式結(jié)構(gòu)的綜合改造與加固駱俊(上海港務(wù)工程公司,上海200438摘要:,場檢測和改造分析。,案和加固技術(shù)。該工程的改造項(xiàng)目較多,。關(guān)鍵詞:高層建筑綜合改造CoandReinforcingfortheoftheShanghaiOrientHotelLuoJun(ShanghaiHarborEngineeringCorporation,Shanghai200438)Abstract:Inordertomeetownersrequirementofreformandreinforcingforthemainarchitec2turalstructureofShangha

2、iOrientHotel,asitemeasuretotheoriginalstructureandanalysishasbeenmade.Thispaperputsforwardtheprincipleandgeneralthoughtsofreformandrein2forcing,andintroducesitsmainreformplanandmultireinforcingtechnology.Therearemanyreformitemsinthisengineering,soitcouldbereferencedbysimilarreformandreinforcingproje

3、ctofhighbuildings.Keywords:highbuildingcomprehensivereformreinforcingplan1工程概述1.1原結(jié)構(gòu)概況分主樓和副樓兩部分,主樓主體結(jié)構(gòu)為20層的框架剪力墻結(jié)構(gòu)(剪力墻為抗風(fēng)墻而非抗震墻),局部帶有一層地下室,副樓為8層的框架結(jié)構(gòu),建筑面積約2萬m。主體建筑建造于上世紀(jì)80年代,按74規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(抗震不設(shè)防),樓面由預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土板與后整澆層結(jié)合而成,框架梁為裝配式預(yù)制梁。原結(jié)構(gòu)平面示意見圖2。1.2改造要求2上海東方飯店位于上海外灘中山東二路,原結(jié)構(gòu)用途為辦公樓、招待一體的綜合樓見圖1,業(yè)主要求將原結(jié)構(gòu)改造成高檔酒店(圖

4、1b)。1)主樓加3層,局部突出屋面結(jié)構(gòu);副樓加2層;2)電梯和樓梯改造,使得主樓剪力墻每層均(a)加固前的建筑(b)改造后效果圖圖1上海東方飯店有2個位置新開門洞;3)樓梯間更換位置;4)主樓下部4個夾層大面積洞口進(jìn)行封補(bǔ);26港口科技港口建設(shè)5)局部樓面需開設(shè)洞口;6)改造后結(jié)構(gòu)的后續(xù)使用年限為50年;7)該建筑位于外灘風(fēng)貌保護(hù)區(qū),改造后的大樓總體風(fēng)格要與該區(qū)域其他建筑相協(xié)調(diào)。該樓的改造項(xiàng)目較多,因此對類似高層建筑的改造加固具有典型示范意義。2檢測和改造分析2.1原結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測加密區(qū),箍筋最小直徑為6mm,體積配箍率不足比較嚴(yán)重;(3)原結(jié)構(gòu)為裝配式結(jié)構(gòu),節(jié)點(diǎn)不滿足抗震要求。3)抗震規(guī)范對

5、結(jié)構(gòu)體系的規(guī)則性、剛度大小和均勻性都有要求,原結(jié)構(gòu)需進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系調(diào)整。2.3結(jié)構(gòu)體系問題分析1)原結(jié)構(gòu)形式為預(yù)制組合結(jié)構(gòu),抗震整體性能較差。2),根據(jù)建筑、),但外墻無縱向抗震墻連接;:(1)X向剛度偏弱。從原結(jié)構(gòu)平面布置(圖2)可以看出,X向墻肢很少,原結(jié)構(gòu)在此方向剛度偏小,縱向框架梁柱的地震內(nèi)力偏大。經(jīng)計算,X向最大層間位移角為1/726,達(dá)不到現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn);(2)Y方向存在偏心較大。Y方向抗側(cè)剛度主要由軸、軸的剪力墻以及幾榀橫向框架提供,其中以剪力墻為主。由于軸剪力墻墻肢較長,剛度較為集中,又由于軸剪力墻受開洞影響,剛度削弱,因此該結(jié)構(gòu)整體剛度中心偏左,偏心距達(dá)3m;(3)原結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

6、偏大。由于X墻肢偏少及Y向偏心,使得結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)偏大,最大的扭轉(zhuǎn)位移角(某層平面最大位移比平均位移)達(dá)1.41。改造前對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行了現(xiàn)場檢測,結(jié)果如下:1)混凝土強(qiáng)度、樓層高度、構(gòu)件尺寸基本達(dá)到原設(shè)計值。2),平整度、相對高差,3)混凝土梁、,、,。4)求,箍筋間距基本符合原設(shè)計,但箍筋無加密區(qū)。2.2加固改造原因分析在原結(jié)構(gòu)滿足原設(shè)計要求、材料強(qiáng)度和耐久性滿足相關(guān)要求的前提下,結(jié)構(gòu)需要加固:1)使用荷載或者結(jié)構(gòu)剛度變化,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化,構(gòu)件承載力不夠,需要加固補(bǔ)強(qiáng);2)規(guī)范提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),一方面導(dǎo)致設(shè)計內(nèi)力提高,構(gòu)件承載力不足,需要加固補(bǔ)強(qiáng);另一方面對抗震構(gòu)造提出更高的要求。2.2.1功能變

7、化1)加層、樓層洞口封補(bǔ)等,加大了使用荷載,導(dǎo)致了豎向荷載、地震作用和風(fēng)荷載的增加,大部分構(gòu)件需要承載力加固。2)剪力墻開洞,樓梯間更換位置等,影響了結(jié)構(gòu)整體剛度和內(nèi)力分布,可能導(dǎo)致部分構(gòu)件需要進(jìn)行加固;同時,剪力墻開洞形成的剪力墻邊緣構(gòu)件和連梁需要進(jìn)行抗震加固。3)樓板局部開洞,需要進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)。2.2.2達(dá)到現(xiàn)行抗震規(guī)范的要求1)新規(guī)范有抗震設(shè)防要求,增加了地震作用注:三類鋼撐的布置樓層:鋼支撐-1(K形,120層);鋼支撐-2(對角,-120層);鋼支撐-3(K形,-19層)圖2原結(jié)構(gòu)平面及新增支撐布置考慮,導(dǎo)致設(shè)計內(nèi)力加大,多數(shù)構(gòu)件需要加固。2)抗震構(gòu)造不足的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)需要加強(qiáng):(1)

8、梁端配箍無加密區(qū);箍筋最小直徑為6mm,不滿足新規(guī)范不小于8mm的限制要求;(2)柱縱筋最小配筋率不滿足要求,箍筋無2.4抗震構(gòu)造檢查,見表1由于原結(jié)構(gòu)按74規(guī)范進(jìn)行設(shè)計,抗震不設(shè)防。依據(jù)現(xiàn)行抗震規(guī)范,7度設(shè)防,大于60m的框架-剪力墻結(jié)構(gòu),框架為2級;剪力墻為2級;小于30m的框架結(jié)構(gòu)為3級。因此,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測27港口科技港口建設(shè)的數(shù)據(jù)和原設(shè)計資料,同時考慮加層、剪力墻開洞等改造內(nèi)容,對結(jié)構(gòu)構(gòu)件、連接節(jié)點(diǎn)等的抗震構(gòu)造情況進(jìn)行檢查,檢查結(jié)果見表1、2。表1主樓原結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造不足內(nèi)容項(xiàng)目結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況現(xiàn)行規(guī)范要求(二級)梁端箍筋加密區(qū)長度不小于框架梁(6(8)250、200、1501.5hb和50

9、0mm,箍筋最大間距箍筋100,無加密區(qū)不超過hb/4、8d、100mm中的較小值,箍筋最小直徑為8mm最大軸壓比為1.340.18%提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能出發(fā),采取有效措施優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置(如,滿足規(guī)則性要求以及滿足剛度、延性、多道設(shè)防要求)然后才是構(gòu)件加固。(2)抗震構(gòu)造,特別是節(jié)點(diǎn)的抗震構(gòu)造優(yōu)先。除滿足抗震計算要求外,更應(yīng)該關(guān)注抗震構(gòu)造,特別是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造,以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和延性,增加結(jié)構(gòu)在地震力作用下的防倒塌能力和耗能能力。2),施工簡便,()、施工簡便加固工藝;(3)同等加固效果前提下優(yōu)先選擇經(jīng)濟(jì)可靠不宜超過0.850.2%柱縱向每側(cè)配筋率柱縱向配筋率每側(cè)不小于最小配筋率0.65%(

10、中柱最小配筋率0.8%(中柱和邊和邊柱)、0.75%(角柱)、1.0%(角柱);柱框架柱密區(qū)箍筋最大間箍筋(8300(6柱加8d、100mm;250,無加密區(qū)8mm;區(qū)距不大于且(d時)抗震墻厚度不應(yīng)小于160mm1、7300mm,及層高的1/20(底部加強(qiáng)區(qū)電梯井筒1/16)抗震墻抗震墻周邊應(yīng)設(shè)置梁(暗梁)1、7軸抗震墻兩端與框架柱連接成整體,洞口兩和端柱組成的邊框,抗震墻底側(cè)無邊緣構(gòu)件部加強(qiáng)部位的端柱和緊靠洞口的端柱箍筋宜沿全長加密的加固方法。3)合理利用原結(jié)構(gòu)承載力,避免拆除和對原結(jié)構(gòu)的損傷。(1)盡量利用原有抗風(fēng)墻的剛度,改造為抗震墻,給結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系提供剛度;(2)盡量利用原有預(yù)制空

11、心樓板的承載力。3.2加固改造思路1)體系加固:根據(jù)主樓特點(diǎn),在剛度集中部6.1.7屋蓋的整體性及其與抗震墻裝配式裝配式節(jié)點(diǎn)不滿足抗震的可靠連接?，F(xiàn)澆面層厚度不宜小于樓蓋節(jié)點(diǎn)要求50mm抗震墻之間的樓、屋蓋的長寬比不宜超過3。位的剪力墻上開洞,適當(dāng)削弱該剪力墻的剛度;在剛度較小的部位設(shè)置K形鋼支撐或?qū)卿摀?并減小結(jié)構(gòu)兩個方向的剛度差,控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。副樓改造為雙向框架,并適當(dāng)增大梁柱截面以滿足抗震位移要求。2)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)加固:對結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)按“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”、“強(qiáng)剪弱彎”的原則進(jìn)行加固,特別注重節(jié)點(diǎn)的加固效果。3)對于抗震構(gòu)造不足的情況,選用合適的抗震構(gòu)造加固方式,見表3。表

12、3加固處理方法的選擇情況梁箍筋不足柱軸壓比超限柱和節(jié)點(diǎn)縱向配筋率不足;箍筋直徑不足,箍筋間距、肢距過大,無加密區(qū);改造加固方式采用粘貼碳纖維或加U型鋼板進(jìn)行加固。采用型鋼套箍加固,個別柱適當(dāng)加大截面。采用型鋼套箍加固,柱端綴板加密。同時在軸和軸增設(shè)鋼支撐兩道以減小梁柱負(fù)擔(dān)的水平力而減小梁柱配筋需求。表2副樓抗震不足內(nèi)容(三級)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況規(guī)范要求梁端箍筋加密區(qū)長度不小于1.5hb和500mm,箍筋最大間框架梁(8250、200,(6距不超過hb/4、8d、150mm中箍筋200,無加密區(qū)的較小值,箍筋最小直徑為8mm最大軸壓比1.36不宜超過0.9向配筋率每側(cè)不小于柱最小配筋率0.785%

13、柱縱0.2%,最小配筋率0.7%(中(中柱和邊柱、角柱)柱和邊柱)、0.9%(角柱)框架柱柱箍筋(6250、加密區(qū)箍筋最大間距為200,150mm,柱根100;箍筋最小無加密區(qū)直徑為8mm加密區(qū)箍筋肢距不宜大于箍筋肢距最大為450mm250mm且20倍箍筋直徑(d=6mm時120mm)3加固改造原則和總體思路3.1加固改造基本原則1)除滿足豎向承載的要求外,抗震加固是本工程的重點(diǎn)。(1)結(jié)構(gòu)體系加固優(yōu)先。結(jié)構(gòu)體系加固是從28350mm,并采用植筋抗震墻厚度不夠,洞口底層抗震墻加厚至方式與原有墻結(jié)合成一體,在開口端則無邊緣構(gòu)件采用U型鋼板加固形成約束邊緣構(gòu)件。港口科技港口建設(shè)4主要加固改造方案和

14、加固技術(shù)4.1剪力墻開洞和加固粘鋼加固剪力墻的典型截面大樣見圖4、5。原結(jié)構(gòu)軸剪力墻沿全軸分布,剪力墻開洞前結(jié)構(gòu)在Y方向上剛度過于集中,不利于整體受力和多道設(shè)防的要求。因此,在軸剪力墻的G軸和K軸之間,K軸和M軸之間開設(shè)洞口。針對不同情況,對剪力墻采用不同加固方法:1)底層剪力墻部分墻肢(軸)剪壓比超限,采用加大截面加固(加厚100m),配筋按現(xiàn)行規(guī)范要求,典型截面見圖3。圖54.2X方向的剛度為主M軸之間、軸和;Y方向因軸剪力,沿軸在K軸和M軸之間布置一道鋼支撐。支撐布置位置見圖2。表4給出了有無支撐方案的整體性能指標(biāo)計算結(jié)果對比。從表中可以看出增加支撐前,原結(jié)構(gòu)X方向和Y方向的最大層間位移

15、角均大于現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的限值1/800,增加鋼支撐后滿足要求。另外,通過增加鋼支撐的方法X方向框架梁的配筋減少30%,可以不考慮該方向梁加固。圖3剪力墻邊緣構(gòu)件加大截面加固另外,在增設(shè)鋼撐后,整體結(jié)構(gòu)增加了一道抗震防線,多道防線提高了結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。表4有無支撐計算結(jié)果對照方案整體性能指標(biāo)最大層間位移角扭轉(zhuǎn)位移角框架梁、柱的配筋不增加鋼支撐X方向:1/726Y方向:1/800X方向:1.07Y方向:1.412)其他墻肢的水平和縱向分布鋼筋滿足要求,但邊緣構(gòu)件不滿足構(gòu)造或承載力要求,采用粘鋼法加固。對剪力墻開洞后形成的連梁和剪力墻邊緣構(gòu)件也采用粘鋼法加固。經(jīng)委托專業(yè)單位進(jìn)行了粘鋼加固剪力墻低周

16、反復(fù)荷載試驗(yàn),結(jié)果表明,對于未設(shè)置任何約束邊緣構(gòu)件的剪力墻采取豎向角鋼、豎向扁鋼和水平扁鋼進(jìn)行加固能夠達(dá)到甚至超過按照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計的剪力墻所能達(dá)到的水平承載力,其抗震耗能能力也較好,但加固設(shè)計施工時要保證構(gòu)件端部可靠的錨固方式。實(shí)際工程中粘鋼加固設(shè)計施工時在結(jié)構(gòu)易損部位適當(dāng)加大了粘鋼量。增加鋼支撐X方向:1/964Y方向:1/872X方向:1.06Y方向:1.31X方向框架梁配筋減少30%,加固量減少100%支撐的類型分K型支撐和對角支撐兩種,構(gòu)造示意見圖6。圖6K形鋼支撐、對角支撐布置示意圖4.3構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)處理圖4剪力墻邊緣構(gòu)件外包粘鋼加固4.3.1梁加固1)梁抗彎采用粘鋼板方案29港口科技

17、港口建設(shè)梁頂支座負(fù)筋不足和梁底配筋不足均采用粘鋼板加固。需要特別指出的是,對梁底支座配筋和梁頂支座配筋不足,粘貼的鋼板都必須可靠地連接到框架柱上。2)梁抗剪采用套箍粘鋼方案梁抗剪加固采用套箍粘鋼方案,即在梁底側(cè)面和側(cè)面粘貼U形鋼板。由于工程的框架梁很大部分為花籃梁,截面不是標(biāo)準(zhǔn)的矩形。另外,由于樓板為預(yù)制板,不能進(jìn)行較大面積的開洞。因此,粘鋼在梁側(cè)的鋼板箍無法連通至樓面,必須采用鋼筋增加錨固。為增加粘鋼抗剪的效果以及為增加梁端的延性,新增的鋼箍應(yīng)形成封閉的圍箍。梁加固典型構(gòu)造如圖7所示。圖9柱套箍粘鋼加固及柱底錨固大樣箍和增加縱筋面積直接有效;同梁粘鋼加固結(jié)合,可以顯著增強(qiáng)框架梁柱節(jié)點(diǎn)的整體性

18、;相對于外包混凝土,柱包鋼加固施工較為簡便,無濕作業(yè),工期節(jié)省。加固典型大樣見圖9。4.3.3節(jié)點(diǎn)加固圖7梁加固示意圖4.3.2柱加固1)軸壓比超限的柱采用加大截面法加固,采用無收縮灌漿料,其優(yōu)點(diǎn)是:自身強(qiáng)度高(28天強(qiáng)度60MPa)、粘結(jié)性好、容易密實(shí)、早強(qiáng)(2天即可拆模);施工十分便捷,無需大型機(jī)械設(shè)備;在柱加大截面中應(yīng)用十分合適,并且柱單邊加大僅需7cm,對建筑使用功能影響很小。典型構(gòu)造見圖8。圖10節(jié)點(diǎn)加固大樣對于梁柱節(jié)點(diǎn)加固,只要將梁和柱各自的加密區(qū)鋼圍套連接成一體,形成連通的、整體的鋼圍套,可以十分有效地加強(qiáng)對梁柱節(jié)點(diǎn)的約束和提高其抗震延性。實(shí)現(xiàn)方法是附加角鋼用焊接的方法使之成為一