某辦公樓增層加固改造設計

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

2、拆除、改建新房工程量很大,加上配套工程,造價費用很高,且舊房增層改造利用空間發(fā)展,已越來得到社會的重視,它的最大優(yōu)點是不占用建筑用地,且縮短建設周期。本文根據(jù)桂林市某辦公樓加固改造的設計實踐進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防。環(huán)境類別為一類,建筑場地為類,基本風壓0·3 kN/m2,底面粗糙度類別為C類。采用獨立基礎,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,建筑設計使用年限為

3、主體結構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,結構類型為磚混結構。由于在原有結構上增加一層半(三層及二層的一部分),局部結構構件出現(xiàn)承載能力不足,需要進行加固處理。增層及加固部位詳見圖1。2結構增層2·1增層方案選擇對舊房進行增層改造是緩解土地緊張的有效方法之一,在改造前應作必要的勘察,特別是對基礎的查勘。它包括:基礎的類型、實際尺寸、埋深及破損情況。在此基礎上,還要了解舊房的原設計資料,在進行技術鑒定后進行增層改造。增層的方法有兩種:直接增層法和改變荷載傳力途徑增層、外套框架結構增層法。(1)直接增層。所謂直接增層法是在原房屋結構上不改變原結

4、構承重體系和平面布置,直接進行增層的方法。這種方法適合于原有房屋的結構布置合理,主要承重結構與地基基礎的承載力和變形性能滿足增層的要求,或經(jīng)補強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,費用較低,結合原有房屋的抗震加固進行增層,經(jīng)濟效益更好。(2)改變荷載傳力途徑增層。當原房屋的基礎及承重結構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,相應需改變結構布置及荷載傳遞途徑時,也可采用改變上部結構的傳力途徑。此法適用于原房屋墻體結構有承載潛力,通過增設部分墻體、柱子或經(jīng)局部加固處理后,即可滿足增層要求的房屋。(3)外套結構增層。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可采用外套框架法。外套框架結構增層法是在地基承載力潛力不大而又增層較多時采用的,通常加層層數(shù)較多。這種方法使新加結構與原有體系聯(lián)系較少,基礎另設,在舊房外圍另套框架。該工程原結構為兩層,局部為一層,且原有建筑為小開間的磚混結構,加層改造后亦無大開間要求,因此采用直接增層法。對原有結構承載力進行校核后,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,十分適合此類辦公樓的增層設計。2·2原有結構承載力校核該建筑已建成10 a,原基礎為獨立基礎,地基承載力特征值為150 kPa。由于地基土在長期荷載作用下,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。此處考慮舊基礎下的地基持力層在長期荷載作用下,未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫,地基土經(jīng)壓縮固結已基本完成,承載力有所提高。根據(jù)勘察報告可知,現(xiàn)在基礎的地基承載力特征值為190 kPa,而房屋增加一層,荷載也相應增加,根據(jù)建筑地基基礎設計規(guī)范(GB5007-2002)對其進行復核驗算2,發(fā)現(xiàn)J-25柱下獨立基礎承載力不滿足要求,須作加固處理。筆者采用PKPM設計軟件進行結構的整體計算分析,計算構件在最不利組合時控制內(nèi)力,結合現(xiàn)行規(guī)范進行配筋計算。對新加層的

7、配筋結果即為設計配筋,對原有結構的配筋結果要求與現(xiàn)有的實際配筋相比較,以確定是否對原有構件進行加固。結果顯示,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,必須對其進行加固處理。2·3結構增層方案原有的材料特性以竣工圖為準,對于增層墻體,應采用輕型材料以減輕下部結構的負擔。新加層的材料特性為:基礎混凝土為C25,其余部分為C20;新增墻體采用240 mm厚MU10燒結多孔磚, M7·5混合砂漿。建筑物增層改造應遵循安全可靠、有利抗震這一基本原則,在新舊結構布置時,盡可能利用原有結構的墻體、基礎、柱子,確保計算簡圖符

8、合受力狀態(tài)、傳力明確,構造簡單,施工方便。新增墻體應壓在舊墻上,即墻墻傳力方式,當壓在梁上時,一定要對梁進行抗彎抗剪驗算,不可將墻直接壓在樓板上。鋼筋混凝土柱上下新舊交接處,將原柱保護層打掉,漏出主筋,鑿毛,與新加柱主筋焊接,焊接長度大于等于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,在增層房屋頂部設置鋼筋混凝土封閉圈梁;同時承重墻上的門窗洞口,應上下對齊,其洞頂均需設過梁,利于結構受力明確和建筑上的外形統(tǒng)一。3結構加固3·1基礎加固處理增層

9、后,由于荷載增大, J-25基底反力增加,必須提高基礎承載力。通常,直接增層時盡可能利用富余的地基容許荷載力,若舊房基礎為條基,而經(jīng)驗算原有地基容許荷載力不能滿足增層要求時,應采用各種擴大基礎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大基礎底面的方法3,目的是擴大了基礎底面積,減輕原有基礎的負擔,使上部荷載的一部分由新增寬的基礎承受。此處,基礎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度。植筋技術是在原有需要改造的部位根據(jù)工程擬需用鋼筋以適當?shù)你@孔和深度,采用化學膠粘結劑使新增的擬用鋼筋

10、與混凝土粘結牢固,并使新增鋼筋能發(fā)揮設計所期望的性能。但植筋技術對施工工藝要求較高,要有相應施工資質的施工隊伍,施工時還應注意重錘輕打,查明鋼筋位置,為了盡量不損傷原結構4,5,該工程采用施工工藝較簡單、操作方便的焊接法連接,見圖2。3·2墻體加固經(jīng)計算, 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,必須對其進行加固處理。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算高度,從而有效提高墻體的受壓承載力。增加壁柱,壁柱標高從基礎頂?shù)?·6 m標高的挑梁底,受力鋼筋錨入柱頂挑梁,錨固長度不少于38d,

11、壁柱頂與挑梁底結合緊密?；炷练霰谥c原墻體及基礎的連接十分重要,其基礎采用鋼筋混凝土獨立柱基,并與原基礎加強連接,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,本工程采用加大截面法進行加固。該法因受力合理、布置靈活、傳力明確、工藝簡單,可靠性好,提高承載力、剛度幅度大,增加結構穩(wěn)定性十分明顯等優(yōu)點,得到廣泛的應用。梁的荷載及跨度都不大,但通過計算,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、筋增大構件截面,通過新加部分和原構件共同工作,可有效地提高構件承載力,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強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,還可以降低柱的長細比,提高柱子的剛度。按現(xiàn)行規(guī)范進行正截面承載力計算,將柱截面尺寸加大到240 mm×400 mm,增加2 16 mm的鋼筋后再復核達到了設計要求。柱的補強縱筋可采用鉆孔植筋法錨入上下板內(nèi)進行連接,植筋前,先清除鋼筋

13、錨固長度范圍內(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,有的屋面結構往往還不能滿足改建后樓面活荷載的要求。對基礎梁板承載力不能滿足加層后作為樓面結構需要的老屋頂,應連同處理坡度等有關問題一并考慮,做比較分析后選擇可行的結構加固補強設計方案。必要時,可在老屋頂上增設新的承重樓面結構層。該建筑二層局部原為坡屋面,現(xiàn)需在原結構上新增第三層,須將對原屋面進行處理。綜上所述,工程需要在原坡屋面上增設新的結構層作為辦公室

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,新增樓面采用預制板。施工時,以新增兩根花藍梁(LL4a和LL4)及原坡屋頂?shù)奈菁沽簽橹螌︻A制板進行找平,新增梁以兩端墻為支點,并保證施工時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,屋脊梁作為預制板的支撐時,承載力不能滿足要求,故須先對屋脊梁進行加固,然后再將預制板置于屋脊梁上。加固時,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,施工過程中應避免損壞原結構鋼筋。其他平屋頂,坡度較小,經(jīng)計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結論建筑物的增層改

15、造是一項技術較為復雜的工作。它需要對已建建筑物做全面的調查研究,從現(xiàn)場的補充勘查到詳細的結構方案審核及計算復核,都必須認真細致的進行,以便提出可行的切合實際的改建設計方案。該工程辦公樓改造根據(jù)業(yè)主的要求,在盡量保持原結構的基礎上進行增層加固設計,使其承載力滿足要求,并增強了其抗震性能。改建工程于已投入使用1 a,至今房屋未發(fā)現(xiàn)裂縫,增層改建達到了預期效果。根據(jù)經(jīng)濟核算,辦公樓增層改建的造價要比重建一個新辦公樓的造價節(jié)約30%左右,取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。參考文獻:1徐志川·多層混合結構建筑物增層改造設計J·福建建筑,2004,(5):69-70·2GB 5007-2002,建筑地基基